Anwendungen: Temperaturüberwachung zur Prozessoptimierung
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Temperaturmessung bei der Herstellung von Leiterplatten

Temperaturmessung bei der Herstellung von Leiterplatten

Immer mehr Entwickler und Hersteller von elektronischen Bauelementen und Leiterplatten setzen aufgrund der stetig höher werdenden Leistungsfähigkeit ihrer Bauteile auf berührungslose Temperaturmessung. Durch den Einsatz moderner Infrarot-Temperaturmessgeräte lässt sich das thermische Verhalten in kurzer Zeit erfassen und das Bauelement wenn nötig optimieren. Dabei beeinflussen die kontaktlosen Messungen natürlich zu keinem Zeitpunkt das Messobjekt selbst.

Funktionstest von bestückten Leiterplatten mit Wärmebildkameras


Bei feinen thermischen Untersuchungen an elektronischen Bauteilen, wie Leiterplatten, Platinen usw., werden in der Regel Wärmebildkameras eingesetzt. Diese eignen sich insbesondere für alle Flächenmessungen, bei denen nicht nur ein kritisches Element existiert oder dieses nicht klar lokalisiert werden kann. Durch das entstehende Wärmebild können Schwachstellen der Bauteile, die häufig in Form von Cold- oder Hotspots sichtbar werden, problemlos identifiziert und anschließend behoben werden.

Der Vorteil von Infrarotkameras bei der Qualitätskontrolle von Leiterplatten

Leiterplatte im Wärmebild, aufgenommen mit der optris PI160
Leiterplatte im Wärmebild, aufgenommen mit der optris PI160

 

Mit Hilfe von Infrarotkameras ist eine detaillierte Echtzeit-Analyse des thermischen Verhaltens von bestückten Leiterplatten, sowohl im Forschungs- und Entwicklungs-Bereich als auch in der Serienproduktion möglich. Die standardisierte USB 2.0-Schnittstelle erlaubt dabei Videoaufzeichnungen von bis zu 128 Hz. Das erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn thermische Vorgänge, die nur kurzzeitig auftauchen, später in Zeitlupe analysiert werden müssen. Die einzelnen Wärmebilder können dann nachträglich aus einer solchen Videosequenz mit voller geometrischer und thermischer Auflösung gewonnen und analysiert werden.

Die Auswertung erfolgt über die leistungsfähige Thermografie-Software optris PIX Connect, die zur Messwerterfassung flexible sowie beliebig viele Fadenkreuz- und Feldmarkierungen bereitstellt. Es lassen sich außerdem neben den Maximum-, Minimum- und Mittelwert-Temperaturen auch Alarme definieren und ausgeben. Neben der Aufnahmefunktion bietet die Software auch die Möglichkeit, zur Dokumentation Schnappschüsse aufzunehmen und zu speichern. Die Adaptierbarkeit der Kamerasoftware an industrielle Steuerungen gehört dabei zum Standard. Auf diese Weise lassen sich individuelle Produktionsabläufe optimieren, um die Qualität der Produkte zu gewährleisten und Produktionskosten zu senken.

Die optris PI Infrarotkameras lassen eine flexible Anpassung an unterschiedliche Messabstände und Objektgrößen zu. Thermische Prozesse sehr kleiner Objekte ab 50 μm Größe, wie man sie z.B. im Funktionstest von kleinsten SMD-Bauelementen findet, sind auf dem Detektor bereits darstellbar. Ab einer Größe von 0,5 mm sind die Elemente in ihrer Temperatur exakt messbar. Die hervorragende thermische Empfindlichkeit der Wärmebildkameras von bis zu 0,04 K ermöglicht dabei die Darstellung feinster Temperaturunterschiede.

Es muss nicht immer eine Infrarotkamera sein


Unter Umständen ist, wegen der hohen Produktionsstückzahlen und der Zahl der Prüf- und Testplätze, ein Einsatz von Wärmebildkameras an mehreren Stationen zu teuer oder der Aufwand für Umsetzungen zwischen den Plätzen zu hoch. Dann bietet sich zur Serienüberwachung von kritischen Bauelementen in Produktionsanlagen die Temperaturüberwachung mit Infrarot-Thermometern an. Dabei werden kritische Bauelemente, die bei einer Serienfertigung in Bezug auf den Messort (Position auf der Leiterplatte) immer wieder reproduzierbar platziert werden können, zum Beispiel mit dem Pyrometer optris CT LT erfasst und die Temperaturmessung der Prüfplatzroutine zur Entscheidungsfindung zugeführt.

Das Pyrometer optris CT LT zum Einbau an Teststationen

Moderne Fertigungstechniken ermöglichen nicht nur Preissenkungen im Produktionsprozess, sondern etablierten auch immer häufiger den Vielfacheinsatz von Infrarot-Thermometern in Anlagen. Für Anwendungen wie die Qualitätskontrolle von bestückten Leiterplatten werden in der Praxis die miniaturisierten Infrarotsensoren optris CT LT eingesetzt. Sie zählen zu den weltweit kleinsten messenden IR-Temperatursensoren mit linearem Ausgang über den gesamten Temperaturbereich von -50 bis 975 °C.

Temperaturmessung an Leiterplatte mit IR-Thermometer

Der kleine Temperatursensor besteht aus einem Miniatur-Messkopf (14 mm x 28 mm) und einer separaten Elektronikbox. Die geringe Größe des Infrarot-Sensorkopfes gestattet den Einbau auch bei beengten Platzverhältnissen und ist somit besonders für Teststationen geeignet, bei denen bisher aus Platzgründen auf den Einsatz berührungslos messender Temperatursensoren verzichtet werden musste.

Der Sensorkopf mit Edelstahlgehäuse (IP65) ist robust und für den Einsatz bei Umgebungstemperaturen bis 180 °C ohne die sonst übliche Kühlung einsetzbar. Eine fein auflösende Optik mit einem Distanz-zu-Messfleck-Verhältnis von 22:1 gestattet die Wahl des Einbauortes am Testplatz variabel. Neuartig ist die Möglichkeit, mittels einer kleinen Vorsatzoptik auch kleinste Messflecken von bis zu 0,6 mm zu erfassen.

Die Auswerteelektronik (IP65) ermöglicht eine Vielzahl von Signalverarbeitungsverfahren. Das gemessene Temperatursignal von der Leiterplatte wird dabei mittels linearem 0-20 mA, 4-20 mA, 0-10 V oder Thermoelement-Ausgang dem Anwender zur Verfügung gestellt. Ein eingebautes Bedienpanel mit LCD-Anzeige erlaubt sowohl die Wahl der Signalverarbeitungsverfahren als auch die Parametereinstellungen am Einbauort. Die Programmierung kann zudem über die eingebaute USB- oder RS232-Schnittstelle mit Hilfe eines PC oder Laptop-PC erfolgen. Zur Einbindung in bestehende Anlagen stehen adressierbare RS485-Schnittstellen oder CAN-Bus, Profibus DP, Ethernet und Alarm Relais zur Verfügung.

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Dipl.-Ing. Maik Lippe

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