使用熱敏攝像頭進(jìn)行PCB診斷

可能有一段時(shí)間，當(dāng)你第一次打開一個(gè)新制造的樣機(jī)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)你已經(jīng)達(dá)到了實(shí)驗(yàn)室電源的電流限制。即使你把電流限制增加到超過你所期望的電路板所能消耗的電流，實(shí)驗(yàn)室的電源仍然是有限的。如果安全的話，你可以用手指在木板上戳來戳去，但是你摸不到任何摸上去很燙的零件。此外，用萬用表四處探測不會(huì)發(fā)現(xiàn)任何短路、意外低電阻或顯著的電壓降。那么，下一步你能做些什么來追蹤新原型的問題在哪里？如果你發(fā)現(xiàn)了這篇文章的標(biāo)題，你可能已經(jīng)猜到答案是使用熱相機(jī)。

與笨手笨腳的人類手指不同的是，熱相機(jī)可以檢測出視野中微小的溫差。這允許您快速識(shí)別任何消耗電流的組件。電路板的任何部分或區(qū)域都會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量很容易被熱攝像頭捕捉到。

作為一個(gè)例子，下面是一個(gè)隔離調(diào)節(jié)器的熱圖像，它在5 V下的電流超過100 mA。在圖片的右上角，我們可以看到一個(gè)限流電阻和一個(gè)LED。LED的電流僅為5.2毫安，在較冷的電路板背景下，以及為其提供電流的軌道，仍然可以很容易地識(shí)別出來。

使用熱相機(jī)，我們還可以看到熱傳遞到其他層的情況。例如，下面是電路板底部的熱圖像，上面顯示了一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器。運(yùn)行幾分鐘后，您可以清楚地看到板和銅多邊形吸收的熱量。

熱相機(jī)也提供了好處，一旦你的電路板啟動(dòng)和運(yùn)行，允許你密切監(jiān)測一個(gè)電源設(shè)備，如下面所示的開關(guān)模式調(diào)節(jié)器，與一個(gè)相對(duì)較大的感應(yīng)器。這是一個(gè)很好的功能，你可以清楚地看到在****率的區(qū)別，黑色環(huán)氧樹脂體的感應(yīng)器和白色的文字打印在它下面的圖片。

看上面的圖片，我們可以清楚地看到調(diào)節(jié)器IC上也有一個(gè)溫度梯度。

上面是從另一個(gè)角度看調(diào)節(jié)器的熱圖像，顯示調(diào)節(jié)器IC上的溫差為2℃。這是因?yàn)榧呻娐返挠覀?cè)與大型銅澆口的銅連通性明顯高于左側(cè)，如下圖所示。

許多處于價(jià)格區(qū)間低端的熱敏相機(jī)的一個(gè)問題是它們有固定的焦距。這些固定聚焦的熱光學(xué)元件很難處理離鏡頭很近的物體，例如PCB。它們通常更多地用于建筑檢查應(yīng)用，而不是用于檢查距離僅幾英寸/厘米的對(duì)象。

我的Altium社區(qū)的一位成員報(bào)告說，他們使用廉價(jià)的激光切割鏡頭作為相機(jī)的對(duì)焦元件，而且效果很好。所以，我想我會(huì)用我相對(duì)便宜的相機(jī)試試這個(gè)技術(shù)。我已經(jīng)有了激光切割機(jī)和一些備用鏡片，所以這是一個(gè)非常簡單的測試。和他們的相機(jī)相比，我的相機(jī)不太容易配上一個(gè)額外的鏡頭。然而，使用一點(diǎn)膠帶很快讓我嘗試了這個(gè)想法，它產(chǎn)生了奇跡，給了我一個(gè)臨時(shí)的安裝，直到我能找到更永久的東西。

激光切割鏡片有各種直徑和焦距。正確的透鏡直徑相對(duì)簡單；它只需要和相機(jī)鏡頭一樣寬。焦距是指鏡頭需要離物體多遠(yuǎn)才能獲得焦距。在本文中，我使用的是2英寸焦距的鏡頭，但是3英寸或4英寸的鏡頭可以讓你更好地了解整個(gè)電路板。1.5英寸透鏡也很常見，如果需要觀察單個(gè)小型無源元件產(chǎn)生的熱量，則可以非常仔細(xì)地觀察電路板的特定部分。如果您使用0402或更小的組件，這將是完美的。

雖然熱相機(jī)絕對(duì)是極好的診斷工具，但它們只能用來觀察****性材料，而不是長波紅外反射的材料。

大多數(shù)金屬、玻璃和高光澤材料都能反射紅外光。為了從你的熱相機(jī)獲得最準(zhǔn)確的讀數(shù)，你需要把整個(gè)電路板噴涂成啞光黑色，因?yàn)檫@樣會(huì)使整個(gè)電路板具有一致的****率。焊點(diǎn)、鋁電容器、金屬引線和金屬連接器屏蔽都將以近乎完美的水平反射紅外光。這意味著你只能得到物體反射的熱量的溫度讀數(shù)。如果我只需要為了調(diào)試目的快速閱讀，我會(huì)用膠帶把板上最突出的金屬物體覆蓋起來。蒙版膠帶仍然會(huì)變熱并****紅外能量供熱相機(jī)拾取，之后很容易取下。您也可以使用彈性包裝薄膜（如Stretchlon）對(duì)電路板進(jìn)行真空包裝，或者在電路板上使用可剝離的焊接掩模，具體取決于您的具體要求。