กล้องอินฟราเรดที่ใช้สำหรับการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

มีการพัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่องสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าสมัยก่อน มีความหนาแน่นในแผงวงจรเพิ่มขึ้น แต่ขนาดยังคงเล็กเท่าเดิม เช่นเดียวกันกับอุปกรณ์ไอที อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับรถยนต์ ดังนั้นปัญหาด้านความร้อนจึงเป็นปัญหาสำคัญ เทคโนโลยีการตรวจวัดด้วยอินฟราเรดจึงเป็นตัวช่วยสำหรับปัญหานี้

ในช่วงต้นปี 1965 กอร์ดอน มัวร์ ได้ตั้งสมมติฐาน ซึ่งปัจจุบันเป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ กฎของมัวร์ ได้กล่าวไว้ว่าความหนาแน่นของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ จะเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัวในทุกๆ 18 เดือน เนื่องจากการพัฒนาทางด้านไอที ซึ่งครอบงำแทบทุกด้านในชีวิตประจำวัน

เนื่องจากความหนาแน่นของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ปริมาณความร้อนในชิ้นส่วนก็จะเพิ่มขึ้นด้วย และอีกหนึ่งปัจจัยคือการย่อขนาดอย่างต่อเนื่อง ซึ่งขัดขวางการกระจายความร้อน นอกจากนี้อายุการใช้งานของเซมิคอนดักเตอร์จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 10°C จะทำให้อายุการใช้งานลดลง 50% ดังนั้นผู้พัฒนาจึงต้องเผชิญกับความท้าทายเกี่ยวกับการระบายความร้อนของแผงวงจร วงจรไม่ถูกต้อง หรือข้อต่อที่บัดกรีไม่ดี

ในการบันทึกอุณหภูมิของชิ้นส่วนขนาดเล็กบนแผงวงจร จำเป็นต้องใช้กล้องอินฟราเรดที่มีความละเอียดสูง จึงจะสามารถระบุได้ว่าส่วนประกอบใดบนแผงวงจรที่มีอุณหภูมิสูงเกินไป

อุณหภูมิบนเมนบอร์ด (รูปภาพ : Tomshardware)

กล้องอินฟราเรดถูกนำมาใช้ในขั้นตอนต่างๆ ของการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุณหภูมิบนแผงวงจรจะถูกจำลองไว้โดยใช้การคำนวณ แบบจำลองความร้อน หากมีความคลาดเคลื่อนเกิดขึ้น ข้อมูลจะถูกเก็บรวบรวมเพื่อปรับปรุงให้สามารถออกแบบวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพตั้งแต่ระยะเริ่มต้น นอกจากนี้ยังสามารถตรวจจับการรบกวนกันของชิ้นส่วนบนแผงวงจรได้อีกด้วย

ในการผลิตมักจะใช้ส่วนประกอบจากซัพพลายเออร์ภายนอก เพื่อควบคุมคุณภาพของส่วนประกอบเหล่านี้ เทคโนโลยีอินฟราเรดจึงถูกนำมาใช้เช่นเดียวกัน โดยสามารถตรวจสอบคุณภาพทุกรายการ หรือสุ่มตัวอย่าง และการใช้กล้องอินฟราเรดในการตรวจสอบขั้นตอนสุดท้ายจะเป็นส่วนหนึ่งของการประกันคุณภาพ ซึ่งช่วยระบุชิ้นส่วนหรือแผงวงจรที่ผิดพลาดในระยะทดลองได้

ชิ้นส่วนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องใช้กล้องอินฟราเรดคุณภาพสูงเพื่อดูโครงสร้างขนาดเล็ก โดยทั่วไปกล้องอินฟราเรดที่มีประสิทธิภาพและทันสมัยจะมีโบโลมิเตอร์ขนาดเล็กติดตั้งอยู่ที่ชิป ซึ่งเรียกว่า ไมโครโบโลมิเตอร์ FPA (Focal Plane Array) อาจประกอบด้วยพิกเซลมากกว่า 2 ล้านพิกเซล โบโลมิเตอร์มีขนาดตั้งแต่ 12 m x 12 µm ถึง 35 µm x 35 µm และมีความหนา 0.15 µm ความต้านทานของโบโลมิเตอร์จะเปลี่ยนไปเมื่อดูดซับรังสีความร้อน ซึ่งจะสร้างภาพความร้อนโดยมีค่าการตรวจวัดอุณหภูมิหนึ่งค่าสำหรับแต่ละพิกเซล

ยิ่งพิกเซลมาก ความละเอียดยิ่งสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโบโลมิเตอร์แต่ละตัวมีขนาดเล็กลงเมื่อจำนวนพิกเซลเพิ่มขึ้น การแผ่รังสีความร้อนที่ปล่อยออกมาจากแต่ละพิกเซลจึงต่ำลง ด้วยเหตุนี้พิกเซลเล็กๆ จึงต้องการการตรวจจับที่สูงขึ้นเพื่อให้ได้ความละเอียดของอุณหภูมิที่เท่ากัน โดยทั่วไปจะใช้เฟรมเรทที่ต่ำเพื่อรวมสัญญาณภาพ และพบว่าจำนวนพิกเซล เฟรมเรท และความละเอียดของอุณหภูมิไม่เป็นอิสระต่อกัน

เช่นเดียวกันกับกล้องถ่ายภาพหรือกล้องวีดีโอ เซ็นเซอร์ภาพ (หรือจำนวนพิกเซล) ไม่ได้มีผลต่อคุณภาพของภาพเท่านั้น เลนส์ยังมีบทบาทสำคัญ ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว เลนส์ของกล้องอินฟราเรดมักจะมีค่าความส่องสว่างสูง เพื่อใช้รับการแผ่รังสีความร้อน ในขณะเดียวกันก็จะไม่ได้รับอิทธิพลจากบรรยากาศ โดยจะใช้ช่วงสเปกตรัมที่ 8 µm ถึง 14 µm และในกรณีที่วัตถุมีขนาดเล็กเพียง 3 x 3 พิกเซล อุณหภูมิที่วัดได้ มักจะต่ำเกินไป และเพื่อที่จะตรวจวัดอุณหภูมิได้อย่างน่าเชื่อถือ จึงจำเป็นต้องมีความแม่นยำในการตรวจวัดสำหรับวัตถุขนาดเล็กด้วย

หากความละเอียดถูกจำกัดไว้ที่พิกเซลขนาดเล็ก จะสามารถใช้เลนส์ขนาดเล็กและความยาวโฟกัสสั้นได้ เนื่องจากความคุ้มค่า แต่มีข้อเสียที่รูรับแสงขนาดเล็ก จะให้แสงน้อยลง จึงจำเป็นต้องได้รับการชดเชยด้วยเซ็นเซอร์ที่ตอบสนองไว ในส่วนของการมองเห็นของกล้องถ่ายภาพความร้อน ขึ้นอยู่กับเลนส์ที่เลือกซึ่งอยู่ในช่วง 6° ถึง 90° ยิ่งระยะห่างระหว่างกล้องกับวัตถุไกลเท่าใด มุมมองภาพก็จะกว้างขึ้น ส่งผลต่อรายละเอียดของภาพ ดังนั้นจึงต้องเลือกอุปกรณ์ตามขนาดของวัตถุและระยะห่างระหว่างวัตถุและเซ็นเซอร์ สรุปได้ว่าเลนส์และเซ็นเซอร์ของกล้องถ่ายภาพความร้อนจะต้องเหมาะสมกับการตรวจวัด และยังต้องคงคุณภาพของภาพถ่ายความร้อนที่มีทั้งความละเอียดในเชิงความความร้อนและรูปทรงที่ดี

กล้องอินฟราเรด Optris PI450 และ PI640 เหมาะสำหรับการตรวจวัดชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ความละเอียด 382 x 288 พิกเซล (PI450) และ 640 x 480 พิกเซล (PI640) ด้วยเลนส์ไมโครสโคปที่สามารถเปลี่ยนและโฟกัสได้ ทำให้สามารถจับภาพส่วนประกอบหรือโครงสร้างขนาดเล็กบนแผงวงจรได้ เส้นผ่านศูนย์กลางจุดตรวจวัดที่เล็กที่สุดคือ 42 µm สำหรับ PI 450 และ 28 µm สำหรับ PI 640 ความแม่นยำ ±2 °C และด้วยเฟรมเรทสูงสุดคือ 125 Hz ทำให้สามารถจับภาพกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วได้ ซึ่งกล้องอินฟราเรดทั้งสองตัวสามารถถ่ายภาพและวิดีโอซึ่งวิเคราะห์ได้ด้วยซอฟต์แวร์

Optris PI640 พร้อมเลนส์ไมโครสโคป

สนใจผลิตภัณฑ์ติดต่อ คุณวศิกา โทร. 092-249-8787 Line ID: @entechsi