Pengukuran suhu komponen terkecil
Ada tren berbeda dalam perkembangan elektronik dalam beberapa tahun terakhir: kepadatan pengepakan semakin meningkat. Saat ini, ponsel pintar modern jauh lebih bertenaga dibandingkan beberapa tahun yang lalu, namun ukurannya tidak lebih besar. Hal yang sama berlaku untuk perangkat IT, elektronik otomotif, dan elektronik konsumen. Oleh karena itu, masalah yang disebabkan oleh pemanasan harus diwaspadai dengan sangat hati-hati. Teknologi pengukuran inframerah modern merupakan bantuan penting dalam hal ini.
Pada awal tahun 1965, Gordon Moore mendalilkan aturan praktis yang sekarang dikenal sebagai hukum Moore, yaitu kepadatan integrasi perangkat semikonduktor akan berlipat ganda setiap 18 bulan. Kekuatan semikonduktor yang terus meningkat merupakan dasar bagi perkembangan TI modern dan digitalisasi yang mendominasi hampir setiap bidang kehidupan kita sehari-hari saat ini.
Kehilangan daya menghasilkan panas
Namun, kepadatan integrasi yang terus meningkat berarti jumlah panas yang dihasilkan dari hilangnya daya pada komponen meningkat seiring waktu. Faktor lain di sini adalah miniaturisasi yang terus-menerus, yang dapat menghambat pembuangan panas yang efisien. Bahkan aplikasi yang membawa arus yang relatif besar menjadi semakin umum – misalnya dalam teknologi penggerak – berkat penggunaan elektronika daya. Umur elemen semikonduktor sangat bergantung pada suhu. Peningkatan suhu sebesar 10°C akan menyebabkan berkurangnya masa hidup sebesar 50%. Ini berarti bahwa pengembang rakitan elektronik dihadapkan pada tantangan untuk memungkinkan perilaku termal papan sirkuit dan rakitan.
Suhu semikonduktor, papan sirkuit tercetak, atau seluruh rakitan idealnya diukur dengan bantuan teknologi inframerah. Prosedur pengukurannya cepat, tepat, dan non-kontak – sebuah pertimbangan yang sangat penting dalam manufaktur elektronik. Saat mengukur, pemeriksaan harus dilakukan untuk melihat di mana tepatnya papan sirkuit menunjukkan suhu berapa. Penyebab suhu berlebih bisa bermacam-macam: komponen rusak, dimensi jalur sirkuit tidak tepat, atau sambungan solder buruk. Untuk mencatat dengan benar suhu komponen dan struktur yang sangat kecil pada papan sirkuit, diperlukan kamera inframerah dengan resolusi tinggi yang sesuai. Dengan ini Anda dapat, misalnya, mengidentifikasi dengan tepat komponen mana pada papan sirkuit yang menampilkan suhu berlebihan.
Distribusi suhu pada motherboard (Gambar: Tomshardware)
Kamera inframerah digunakan dalam berbagai fase pengembangan elektronik. Seringkali, suhu pada papan sirkuit tercetak disimulasikan terlebih dahulu menggunakan perhitungan model termal. Saat mengukur prototipe, perhitungan model ini kemudian dapat diverifikasi. Jika terjadi perbedaan, data yang dikumpulkan selama pengukuran dapat dimasukkan ke dalam simulasi untuk menyempurnakan model. Saat mengukur prototipe, komponen yang mengonsumsi energi dalam jumlah berlebihan dapat diidentifikasi. Hal ini memungkinkan kesalahan dalam desain sirkuit terlihat pada tahap awal. Saling campur tangan komponen pada papan sirkuit juga dapat dideteksi.
Dalam produksi, rakitan dari pemasok eksternal sering digunakan. Untuk melakukan kontrol kualitas yang masuk pada rakitan ini, teknologi pengukuran inframerah juga digunakan di sini. Pengendalian ini dapat dilakukan terhadap seluruh item atau dengan cara random sampling. Kamera inframerah juga digunakan dalam pemeriksaan akhir sebagai bagian dari jaminan kualitas rakitan atau papan sirkuit yang sudah jadi. Hal ini memungkinkan komponen atau rakitan yang rusak, misalnya, diidentifikasi selama pengujian burn-in.
Memilih kamera inframerah yang tepat
Namun, kepadatan integrasi yang terus meningkat berarti jumlah panas yang dihasilkan dari hilangnya daya pada komponen meningkat seiring waktu. Faktor lain di sini adalah miniaturisasi yang terus-menerus, yang dapat menghambat pembuangan panas yang efisien. Bahkan aplikasi yang membawa arus yang relatif besar menjadi semakin umum – misalnya dalam teknologi penggerak – berkat penggunaan elektronika daya. Umur elemen semikonduktor sangat bergantung pada suhu. Peningkatan suhu sebesar 10°C akan menyebabkan berkurangnya masa hidup sebesar 50%. Ini berarti bahwa pengembang rakitan elektronik dihadapkan pada tantangan untuk memungkinkan perilaku termal papan sirkuit dan rakitan.
Analisis terperinci dengan optik mikroskop
Semakin banyak piksel yang dimiliki sensor gambar, semakin tinggi kemungkinan resolusinya. Namun, karena masing-masing bolometer menjadi lebih kecil seiring bertambahnya jumlah piksel, radiasi termal yang dipancarkan oleh setiap piksel menjadi lebih rendah. Oleh karena itu, piksel yang lebih kecil memerlukan deteksi yang jauh lebih tinggi untuk mencapai resolusi suhu yang sama. Hal ini memberikan tuntutan yang sangat tinggi pada isolasi termal, koefisien suhu, serta pemanfaatan permukaan sensor secara efektif. Dalam praktiknya, frame rate yang lebih rendah digunakan untuk mengintegrasikan sinyal gambar dalam jangka waktu yang lebih lama. Secara umum ditemukan bahwa jumlah piksel, kecepatan bingkai, dan resolusi suhu tidak dapat ditingkatkan secara independen satu sama lain.
Pengaruh lensa
Seperti halnya kamera foto atau video, sensor gambar (atau jumlah pikselnya) tidak sepenuhnya bertanggung jawab atas gambar berkualitas tinggi. Lensa memainkan peran yang sama pentingnya. Lensa kamera inframerah seringkali memiliki luminositas yang tinggi. Untuk memanfaatkan radiasi termal sebanyak mungkin sekaligus tetap bebas dari pengaruh atmosfer, semua pekerjaan dilakukan dalam rentang spektral 8 µm hingga 14 µm. Namun di sini, Anda sudah memasuki kisaran ukuran piksel, sehingga dalam kasus objek yang sangat kecil, misalnya hanya berukuran 3 x 3 piksel, suhu yang diukur sering kali terlalu rendah. Untuk mengidentifikasi suhu secara andal, keakuratan pengukuran sistem juga perlu disediakan untuk benda-benda kecil. Kalau tidak, resolusi tinggi tidak banyak gunanya sehubungan dengan jumlah piksel murni. Selain memastikan struktur terkecil yang dapat dilihat, ada juga pertanyaan penting mengenai ukuran minimum yang perlu dimiliki suatu objek agar dapat menentukan suhunya dengan andal.
Jika resolusi dibatasi pada jumlah piksel kecil yang rendah, lensa yang lebih kecil dengan panjang fokus pendek dapat digunakan dalam bidang visual berukuran standar. Ini lebih hemat biaya namun memiliki kelemahan yaitu aperture yang lebih kecil memungkinkan lebih sedikit cahaya yang masuk. Hal ini, pada gilirannya, perlu diimbangi dengan sensor yang lebih sensitif secara proporsional. Bidang visual kamera pencitraan termal juga bergantung pada lensa yang dipilih dan dapat berkisar dari 6° hingga 90°. Semakin jauh jarak antara kamera dan objek, semakin besar wilayah gambar yang ditangkap dan, sebagai hasilnya, detail gambar yang dapat ditampilkan oleh setiap piksel. Oleh karena itu, resolusi optik alat pengukur harus dipilih tergantung pada ukuran objek pengukuran dan jarak antara objek tersebut dan sensor. Singkatnya, dapat dikatakan bahwa lensa dan sensor kamera pencitraan termal harus sesuai untuk tugas pengukuran yang ada, sekaligus mencocokkan kualitasnya untuk mendapatkan gambar termal yang memiliki resolusi termal dan geometris yang baik.
Kamera inframerah optris PI 450i dan PI 640i cocok untuk pengukuran perangkat elektronik. Mereka menampilkan ukuran detektor 382 x 288 piksel (PI 450) dan 640 x 480 piksel (PI 640). Dengan lensa mikroskop yang dapat ditukar dan difokuskan [gambar 2: lensa mikroskop] Anda juga dapat menangkap komponen atau struktur yang sangat kecil pada papan sirkuit. Diameter titik pengukuran terkecil adalah 42 µm untuk PI 450 dan 28 µm untuk PI 640. Suhu diukur dengan akurasi ±2 °C. Dengan frame rate maksimum yang dimungkinkan sebesar 125 Hz, proses yang cepat juga dapat terlihat. Kedua kamera inframerah mengambil gambar dan video yang dapat dianalisis dengan perangkat lunak analisis bebas lisensi.
Optris PI 640 dengan optik mikroskop
Suhu terkendali
Kamera inframerah merupakan bantuan berharga dalam pengembangan, pengujian dan pembuatan rakitan elektronik. Dengan resolusi tinggi, suhu dan distribusi suhu komponen mini sekalipun dapat diukur. Hal ini membantu dalam menemukan kesalahan selama proses desain dan mengidentifikasi komponen yang salah secara andal. Hasilnya adalah pengembangan elektronik yang lebih cepat dan aman.
Source : https://www.optris.com/en/support/articles-stories/electronics-development/