Funktionsausfälle aufgrund von Wärmenestern auf bestückten Leiterplatten Hot Spots aufspüren

Wärmebildanalysen mit der bestückten Elektronik-Leiterplatte
Wärmebildanalysen mit der bestückten Elektronik-Leiterplatte

Der niederländische Spezialist für Embedded-Elektronik, 3T, entwickelt u.a. Leiterplatten mit über 2000 unterschiedlichen Komponenten. Aber was, wenn eines dieser Bauteile fehlerhaft ist? Wie soll man Defekte bei Platinenkomponenten von weniger als 1 mm Größe erkennen? In vielen Fällen stellt die Wärmebildtechnik hier die geeignete Lösung dar.

Die Firma 3T, in den Niederlanden bekannt als Entwickler von Embedded-Systemen, besitzt Niederlassungen in Enschede und Eindhoven und ist seit 25 Jahren in verschiedenen technisch anspruchsvollen Marktsegmenten aktiv – unter anderem in den Bereichen Maschinenbau, professionelle Ausrüstung, Geräte für Mess- und Prüfverfahren, Kommunikationssysteme, innovative Konsumgüter sowie Medizinprodukte. Seit vielen Jahren setzt 3T dabei Wärmebildkameras, z.B. das Modell FLIR T420, in unterschiedlichen Fertigungsbereichen ein, um Hot Spots aufzuspüren, die weniger als 125 μm groß sind.

„Wir setzen Wärmebildkameras während des gesamten Entwicklungsprozesses ein“, berichtet Ronald van der Meer, Hardware-Ingenieur bei 3T. „Liegen bei einer Leiterplatte Defekte vor, sei es eine fehlerhafte Lötstelle oder ein Bauelement, so führt dies zu einer Erwärmung. Daher ist die Wärmebildtechnik eine geeignete Methode, um gedruckte Schaltungen von Anfang an zu überprüfen. Wir verwenden diese Technologie zum Testen in der Designphase einer Platine, bevor sie an den Kunden geliefert wird, oder im Rahmen der Freigabe.“

Vorteile der Wärmebildtechnik für die Mikroelektronik

Ausgestattet ist der Testplatz mit einer FLIR T420 und einem 50-µm-Makro-Objektiv. „Dieses Makro-Objektiv ist absolut notwendig, denn ohne dieses Teil wäre die Fokusentfernung zu groß“, erläutert Ronald van der Meer. Mit diesem Zusatzobjektiv hat man einen IFOV (Instantaneous Field of View) von realen 50 µm pro Messfleck, was selbst Auffälligkeiten auf den kleinsten Bauteilen sichtbar machen kann. „Bei 3T arbeiten wir im Bereich der Mikroelektronik.

Die Masse der Leiterplattenkomponenten, die wir untersuchen müssen, ist so klein und mögliche Temperaturänderungen sind so gering, dass wir sehr genaue und engmaschige Temperaturprofile benötigen. Eine Alternative sind Thermoelemente, die noch von manchen Zulassungsstellen gefordert werden – allerdings sind hier durch Wärmeableitung Fehler in der Temperaturmessung vorprogrammiert. Zudem sind die Messvorgänge zeitaufwendig. Bei der Wärmebildtechnik hingegen handelt es sich um eine berührungsfreie Methode“, erklärt Ronald van der Meer.

FLIR-T420-Wärmebildkamera für Prüfstände

3T ist schon seit vielen Jahren von der Leistungsfähigkeit der Wärmebildtechnik überzeugt, zumal in den letzten Jahren durch die Weiterentwicklung sowohl der Kameras selbst als auch der Software die Temperaturauflösung und die Messgenauigkeit deutlich verbessert wurden. Mit 320 × 240 Bildpunkten und dem 50-µm-Makro-Objektiv erreicht man die notwendige Auflösung für die kleinen Bauteile. Aber nicht nur dies sind Voraussetzungen zum Einsatz einer Kamera in einem Testsystem. Ergonomische Forderungen sind ebenfalls wichtig, um schnell und einfach an Messresultate zur Beurteilung einer Platine zu kommen. So besitzen die Kameras der FLIR-T400-Serie eine neigbare Objektiveinheit und einen Stativanschluss, so dass sich Messungen und Bilder der Objekte aus allen Winkeln aufnehmen lassen – und dies aus einer bequemen Position.

„Die T420-Kamera ist sehr robust und handlich“, fährt der Hardware-Ingenieur fort. „Das ist für uns überaus praktisch, denn wir benötigen sie manchmal auch bei unseren Kunden vor Ort. Insbesondere das Makro-Objektiv sorgt für scharfe Bilddetails, so dass wir selbst kleinste Fehler erkennen. In der Regel bestehen gedruckte Schaltungen aus mehreren Lagen. Aufgrund von Produktionsfehlern kann es vorkommen, dass die verschiedenen Schichten nicht miteinander verbunden sind. Diese Ablösungen bilden kleine Luftblasen, die sich erkennen lassen, denn die FLIR-Wärmebildkameras spüren kleine Temperaturunterschiede um diese Luftblasen herum auf.“