使用热敏摄像头进行PCB诊断

可能有一段时间，当你第一次打开一个新制造的样机时，却发现你已经达到了实验室电源的电流限制。即使你把电流限制增加到超过你所期望的电路板所能消耗的电流，实验室的电源仍然是有限的。如果安全的话，你可以用手指在木板上戳来戳去，但是你摸不到任何摸上去很烫的零件。此外，用万用表四处探测不会发现任何短路、意外低电阻或显著的电压降。那么，下一步你能做些什么来追踪新原型的问题在哪里？如果你发现了这篇文章的标题，你可能已经猜到答案是使用热相机。

与笨手笨脚的人类手指不同的是，热相机可以检测出视野中微小的温差。这允许您快速识别任何消耗电流的组件。电路板的任何部分或区域都会产生热量，这些热量很容易被热摄像头捕捉到。

作为一个例子，下面是一个隔离调节器的热图像，它在5 V下的电流超过100 mA。在图片的右上角，我们可以看到一个限流电阻和一个LED。LED的电流仅为5.2毫安，在较冷的电路板背景下，以及为其提供电流的轨道，仍然可以很容易地识别出来。

使用热相机，我们还可以看到热传递到其他层的情况。例如，下面是电路板底部的热图像，上面显示了一个电压调节器。运行几分钟后，您可以清楚地看到板和铜多边形吸收的热量。

热相机也提供了好处，一旦你的电路板启动和运行，允许你密切监测一个电源设备，如下面所示的开关模式调节器，与一个相对较大的感应器。这是一个很好的功能，你可以清楚地看到在****率的区别，黑色环氧树脂体的感应器和白色的文字打印在它下面的图片。

看上面的图片，我们可以清楚地看到调节器IC上也有一个温度梯度。

上面是从另一个角度看调节器的热图像，显示调节器IC上的温差为2℃。这是因为集成电路的右侧与大型铜浇口的铜连通性明显高于左侧，如下图所示。

许多处于价格区间低端的热敏相机的一个问题是它们有固定的焦距。这些固定聚焦的热光学元件很难处理离镜头很近的物体，例如PCB。它们通常更多地用于建筑检查应用，而不是用于检查距离仅几英寸/厘米的对象。

我的Altium社区的一位成员报告说，他们使用廉价的激光切割镜头作为相机的对焦元件，而且效果很好。所以，我想我会用我相对便宜的相机试试这个技术。我已经有了激光切割机和一些备用镜片，所以这是一个非常简单的测试。和他们的相机相比，我的相机不太容易配上一个额外的镜头。然而，使用一点胶带很快让我尝试了这个想法，它产生了奇迹，给了我一个临时的安装，直到我能找到更永久的东西。

激光切割镜片有各种直径和焦距。正确的透镜直径相对简单；它只需要和相机镜头一样宽。焦距是指镜头需要离物体多远才能获得焦距。在本文中，我使用的是2英寸焦距的镜头，但是3英寸或4英寸的镜头可以让你更好地了解整个电路板。1.5英寸透镜也很常见，如果需要观察单个小型无源元件产生的热量，则可以非常仔细地观察电路板的特定部分。如果您使用0402或更小的组件，这将是完美的。

虽然热相机绝对是极好的诊断工具，但它们只能用来观察****性材料，而不是长波红外反射的材料。

大多数金属、玻璃和高光泽材料都能反射红外光。为了从你的热相机获得最准确的读数，你需要把整个电路板喷涂成哑光黑色，因为这样会使整个电路板具有一致的****率。焊点、铝电容器、金属引线和金属连接器屏蔽都将以近乎完美的水平反射红外光。这意味着你只能得到物体反射的热量的温度读数。如果我只需要为了调试目的快速阅读，我会用胶带把板上最突出的金属物体覆盖起来。蒙版胶带仍然会变热并****红外能量供热相机拾取，之后很容易取下。您也可以使用弹性包装薄膜（如Stretchlon）对电路板进行真空包装，或者在电路板上使用可剥离的焊接掩模，具体取决于您的具体要求。