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Distribución de calor en PCB: uso de imágenes termográficas para obtener resultados más precisos

La generación y disipación de calor ha sido desde hace tiempo una de las mayores preocupaciones de diseñadores y productores de placas de circuito impreso (PCB). A medida que los fabricantes obtienen mayor rendimiento de una superficie cada vez menor, las altas temperaturas pueden provocar problemas en componentes, circuitos y materiales de la base. Las altas temperaturas por pérdidas resistivas que pueden ampliarse en entornos difíciles pueden afectar a las propiedades eléctricas, como la impedancia, y provocar un comportamiento impredecible del diseño del circuito. Las distintas tasas de expansión térmica de los componentes y la PCB generarán tensiones de tracción y de corte y, en el caso del ciclo térmico, fatiga, fragilidad y fallos.

Si la temperatura es lo suficientemente alta, los sustratos y componentes pueden fundirse o incluso quemarse. Como el calor puede ser muy dañino para las placas de circuitos y los componentes, se han desarrollado métodos para identificar y medir los puntos conflictivos en las placas de circuitos impresos. Los métodos principales de medida del calor se dividen en dos grupos: con y sin contacto. La medición con contacto requiere el uso de sondas o el montaje de termopares. Las propias sondas pueden afectar a la lectura de la temperatura, ya que a menudo tienen una masa térmica mayor que los componentes que comprueban, por lo que la lectura es inexacta. Cuando se utilizan sondas para comprobar componentes con una masa térmica reducida, contribuyen a disipar el calor.

Esto se debe a que miden la temperatura específica del calor transferido y no la temperatura del componente cuando está funcionando. La precisión de las temperaturas que se miden con sonda es aún más problemática cuando la placa se basa en la convección forzada. Los termopares también presentan desventajas, ya que primero hay que saber dónde montarlos. Si no se sabe dónde están los puntos problemáticos, una comprobación correcta requerirá el montaje de decenas de sensores en la placa. Una tarea realmente complicada. Las cámaras de infrarrojos ofrecen ventajas importantes respecto a las técnicas de medida por contacto tradicionales. Las imágenes termográficas de infrarrojos son las únicas con las que se obtienen datos fiables en condiciones de funcionamiento normales.

Las cámaras de infrarrojos pueden influir significativamente en la producción de placas de circuitos impresos, tanto en el diseño como en las pruebas de producción. Otros aspectos importantes a la hora de pensar en invertir en equipos termográficos son el ahorro de tiempo y la capacidad de las imágenes termográficas para ofrecer una visión de conjunto en comparación con los temopares. Además de optimizar los circuitos, los diseñadores pueden usar las cámaras termográficas para comprobar la producción de calor de ciertos componentes y hacer ajustes para minimizar el sobrecalentamiento. Durante las pruebas de producción, las imágenes termográficas se usan para detectar problemas tales como conexiones mal soldadas, ubicación inadecuada de componentes, inversiones de polaridad y ausencia de componentes. La posibilidad de ver la dispersión de calor en la placa permite mejorar el diseño del producto y el proceso.

Características fundamentales de las cámaras de infrarrojos

Resolución espacial (Campo de visión instantáneo (IFOV)) del sensor termográfico determina la calidad de la imagen reproducida. Cuanto mayor sea la resolución del sensor, más nítido y preciso será un punto único de la imagen, por lo que el usuario podrá tomar medidas más exactas y decisiones más acertadas. Una mayor resolución permite medir los objetos desde una distancia mayor y solo este hecho puede influir en la decisión de compra dependiendo del lugar de uso. La resolución del detector no es sinónimo de la resolución de la pantalla. Una pantalla de alta resolución solo puede ser tan precisa como la resolución del detector térmico.

La sensibilidad térmica (Diferencia de temperatura equivalente de ruido (NETD) es otra característica a tener en cuenta. Representa la menor diferencia de temperatura que puede detectar el sensor de infrarrojos. Dicho de otra forma, la cantidad de radiación infrarroja necesaria para producir una señal de salida igual al ruido del sistema. Este valor debe ser lo más bajo posible. Los dispositivos con mayor sensibilidad térmica pueden detectar diferencias de temperatura más bajas y captar imágenes más precisas.

Medida en milikelvins (mK), cuanto más baja sea la cifra de mK, mayor es la sensibilidad. Un número bajo de mK indica que la cámara puede detectar una gama más amplia de variaciones de temperatura y mostrar más colores en la pantalla. La gama de temperaturas del instrumento es importante. No todas las aplicaciones necesitan una gama de medidas que cubran niveles de calor muy altos o muy bajos. Los dispositivos termográficos que ofrecen una gama de temperaturas muy amplia utilizan sensores más caros y esto se refleja en el precio del instrumento.

Tecnología de alta resolución y cámaras termográficas Testo de medio alcance

La tecnología de alta resolución está disponible en la cámara termográfica Testo 875-1i que ofrece RS Components. La cámara puede utilizarse para detectar anomalías en PCB de manera rápida y fiable. La cámara termográfica se adapta a una amplia gama de aplicaciones de uso profesional, que la hacen perfecta para el ingeniero que quiere utilizar la potencia de la imagen termográfica con una resolución termográfica de < 50 MK.

Un puntero láser permite apuntar inmediatamente y la cámara digital y termográfica integrada permite descubrir rápidamente los puntos débiles y evaluar las pérdidas de energía. La tecnología de alta resolución puede captar imágenes infrarrojas de alta resolución (con calidad de megapíxeles) con una cámara termográfica Testo. La alta resolución proporciona cuatro veces más lecturas y gracias a la resolución geométrica, que se ha mejorado 1,6 veces, se obtiene un mayor detalle e incluso una mayor fiabilidad de las medidas termográficas.

Un vídeo donde se explican las ventajas de la tecnología de alta resolución se puede ver aquí. RS Components presenta una gama de productos para medida de temperatura que va desde los termómetros básicos de cristal hasta las cámaras termográficas de alta calidad. Tanto si necesita termómetros digitales para aplicaciones industriales o de alimentos, instrumentos manuales o para bancos de pruebas o termómetros infrarrojos, puede estar seguro de que aquí encontrará el producto ideal. En RS Online encontrará una guía de selección de cámaras termográficas que puede descargarse. Siga este enlace Guía de selección de cámaras termográficas.



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