быть причиной выхода элемента из строя при токовых нагрузках ниже номинальных. Например, сканирующий тепловизор позволяет вскрыть сечения плавкого предохранителя (рис. 87), которые могут привести к его перегоранию при токах, значительно меньших номинального уровня; в большинстве случаев причиной такого перегорания пре- ------дохранителя считается выброс напряжения.

При использовании ИК-методов контроля необходимо проявлять известную осторожность. Данные проверки идентичных узлов можно сопоставлять только в том случае, если геометрическая конфигурация узлов совершенно одинакова, температура окружающего воздуха постоянна, а способ крепления исследуемых объектов неизменен. Коэффициент излучения поверхности объекта знать не обязательно, но только в тех случаях, когда он все время остается постоянным. Это условие обычно выполняется для изделий, изготовляемых по одному и тому же технологическому процессу.

На рис. 88 представлены термограммы 60-строчного растра, полученные при сканировании электронной схемы, на которую поданы рабочие напряжения [9]. Геометрическая конфигурация термограмм от одного исследуемого узла к другому сохраняется неизменной, поскольку расположение компонентов фиксировано печатной платой. Для простоты показаны 15 первых и 12 последних строк растра. Горячие компоненты, в которых рассеивается излишне большое количество тепла, проявляются на термограммах в виде выбросов (пиков) и легко обнаруживаются.

Аналогичный метод контроля может быть применен и для интегральных схем; он позволяет выявлять такие физические и электрические изъяны, как повышение плотности тока, вторичный пробой, некачественное присоединение

Термограммы 60-строчного растра, полученные при сканировании электронной схемы.

матрицы, трещины, неоднородности и дефекты в осажденных материалах.

Для выполнения задачи обнаружения скрытых дефектов электронных и интегральных схем тепловизионная контрольная аппаратура должна обладать высоким разрешением по температуре и пространству. Скорость сканирования должна быть переменной: малая для объектов с установившимся тепловым режимом и большая для исследования нестационарных тепловых полей. Юстирующие и фокусирующие устройства должны обеспечивать проведение повторяющихся измерений в идентичных условиях.

Этим требованиям удовлетворяет аппаратура, разработанная фирмой Рэйтеон (США). Аппаратура состоит из трех основных блоков: поворотного стола с непрерывной подачей исследуемых узлов, оптической головки и электронного блока обработки данных [62].

Печатные узлы устанавливают на 16 позициях поворотного стола. В зависимости от типа исследуемого узла на контакты разъема подводятся соответствующие напряжения, что осуществляется посредством коммутационной матрицы с программным управлением.

Оптическая головка содержит приемник излучения - германий, легированный ртутью, устройство для охлаждения приемника и сканирующую систему, состоящую из колеблющихся зеркал. Расстояние между линиями развертки 1 мм, скорость сканирования 4 линии/с. Выходной сигнал формирует растровое изображение, представляющее распределение температуры по поверхности схемы. Точ- ность измерения температуры 0,05 , полное время сканирования 100 с.

Электронный блок обработки данных состоит из запоминающего устройства (ЗУ) на магнитных сердечниках, перфоратора, устройства считывания с перфоленты и пульта управления. Устройство считывания считывает программу из ЗУ для конкретной схемы, пульт управления и перфоратор служат для записи дополнительных условий в программы или для обновления эталонных диаграмм.

Во время прямого хода развертки данные измерений вводятся в ЗУ и затем поступают на перфоратор, печатая на ленте информацию в цифровой форме, либо на схему автоматического сравнения, где они сопоставляются с данными, хранящимися в ЗУ. При сканировании схемы в устройство обработки данных поступают сигналы только

от запрограммированных точек, координаты которых определяются номерами элементов разрешения. Растр состоит из 17 460 элементов (180 строк, 97 элементов в каждой строке), но емкость ЗУ ограничивается 250 знаками; это позволяет регистрировать всего 130 точек на панели со стороной 175 мм.

Рис. 89. Узел печатной электронной схемы (затемненными квадратами обозначены точки, в которых фиксируется температура).

Напряжение выходного сигнала изменяется от О до 10 В. Для калибровки аппаратуры на 1-м и 97-м элементах фиксируются опорные уровни напряжений (О-10 В), проградуи-рованные в градусах Цельсия. Благодаря высокой разрешающей способности аппаратуры по температуре диапазон изменения выходного напряжения можно разбить на 64 уровня. Значение напряжения, соответствующее температуре в измеряемой точке, вводится в устройство обработки данных. Результаты печатаются на ленте во время обратного хода развертки. Этот способ измерения применяется в тех случаях, когда об исследуемом печатном узле нет предварительной информации. В противном случае номера точек, в которых регистрируются результаты измерений, печатаются вместе с разностями уровней температур эталонной диаграммы и полученных величин.

На рис. 89 показан печатный узел электронной схемы; затемненными квадратами обозначены точки, в которых

фиксируется температура. Соответствующие номера строк и элементов разложения запрограммированы на перфоленте. Типичная профилограмма, полученная за одну строку развертки по всем 97 элементам разложения, изображена на рис. 90. За полный цикл сканирования печатной схемы получается 180 таких профилограмм.

Напряжения в выбранных точках измерения, отмеченные на рисунке соответствующими уровнями, вводятся в ЗУ. Левый и правый уровни являются опорными и служат для непрерывной тарировки профилограмм.

/ 2 3 4 5 6 / а

Рис. 90. Профилограмма, полученная за одну строку развертки:

/ - левый опорный уровень; 2-7 - уровни напряжений (температур) в выбранных точках измерения; 8 - правый опорный уровень.

Фирмой AGA разработан микроскоп-тепловизор для обнаружения горячих точек в интегральных схемах и других элементах радиоэлектроники. В тепловизоре используются три сменных объектива: 15, 50 и 125, что позволяет исследовать тепловые поля объектов размером от 40 X 40 мм до 0,6 X 0,6 мм. При использовании объектива с увеличением 15, минимальная разрешающая способность тепловизора по температуре 0,6° (температура объекта 70° С). Применяя объектив с увеличением 125, можно регистрировать минимальную разность температур 2,5°. Частота кадровой развертки 16 с , частота строк 1600 с . Области использования микроскоп-тепловизора: изучение соединений в опытных образцах интегральных схем, нераз-рушающий контроль тонкопленочных резисторов и других микроэлектронных элементов, микробиология.

Тепловизоры применяются также в промышленности для обнаружения зон чрезмерного нагрева неподвижных и движущихся элементов, в частности, электроэнергетических

установок и линий электропередач, обмуровки плавильных печей, ковшей и конвертеров, металлорежущих станков и обрабатываемых деталей. Намечается использование тепловизоров в технологических процессах, связан-нкх с обработкой листового стекла, резины, пластмасс, и при исследованиях процессов теплопередачи в аэродинамических трубах и космических тренажерах.

13. НЕСКАНИРУЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, РАБОТАЮЩИЕ В ДИАПАЗОНЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН

Одним из первых несканирующих преобразователей изображения является эвапорограф, предложенный Черни в 1929 г. [91, 19, 37]. Принцип действия эвапорографа основан на зависимости толщины пленки сконденсированных паров масла от температуры подложки, на которой происходит конденсация.

Основной элемент преобразователя - вакуумная камера, разделенная на две части мембраной из нитроцеллюлозы толщиной около 1 мкм (рис. 9 ). На одну из сторон мембраны, покрытую золотой чернью, фокусируется невидимое изображение объекта. Фокусирующая система состоит из зеркального объектива (фокусное расстояние 200 мм, относительное отверстие 1 : 2,5, угол зрения 50°) и отклоняющего зеркала.

Излучение проникает внутрь камеры через входное окно, выполненное из флюорита, пропускающего 90% излучения с длинами волн до 7,5 мкм. Перед поглощающей стороной мембраны размещается электрическая лампа, служащая для стирания изображения. Другая сторона мембраны освещается параллельным пучком света через противоположное стеклянное окно во второй половине камеры, в которой помещается небольшое количество полиметилсило-ксанового масла. Камеру откачивают форвакуумным насосом до давления 1,3 Па, а корпус ее подогревают до температуры, при которой упругость паров масла достигает необходимой величины.

Пары масла конденсируются на поверхности мембраны и образуют пленку, толщина которой зависит от тем-

пературы мембраны. Без масляной пленки мембрана имеет желтый цвет; в процессе конденсации масла мембрана с пленкой вследствие интерференции видимого света в тонкой пленке окрашивается в оранжевый, красный, голубой и другие цвета. Тепловое излучение наблюдаемого объекта, поглощенное мембраной, изменяет ее локальную температуру. Это приводит к испарению масла и к изменению

Рис. 91. Принципиальная схема эвапорографа: / - зеркальный объектив; 2 - отклоняющее зеркало: 3 - стирающая лампа; 4 - входное окно из материала, прозрачного для инфракрасных лучей; 5 - мембрана; 6 - стеклянное окно; 7 - отвод к вакуумному насосу; 8 - линзы, формирующие изображение; 9 - фотокамера; to - полупрозрачное зеркало о коэффициентом отражения 0,8; - окуляр; 12 - зрительная труба; 13 - лампа; 14 - ИК-фильтр; 15 - отклоняющее зеркало; 16 - коллнмнрующая линза; 17 -. полупрозрачное зеркало с коэффициентом отражения 0,8; 18 - зеркало.

толщины пленки, сопровождающемуся изменением цвета мембраны, причем различия в цвете изображения соответствуют различиям в интенсивности излучения объекта. Получается видимое изображение объекта, которое наблюдается через стеклянное окно или фотографируется. Для того чтобы на окне не было конденсации паров масла, его дополнительно нагревают электрическим током, проходящим по токопроводящему покрытию.

В процессе работы эвапорографа шторка между отражательным зеркалом и стирающей лампой периодически закрывается и лампа синхронно включается; это вызывает испарение масляного слоя и очистку пленки, которая вновь становится желтой. Масло начинает конденсироваться, когда лампа выключается и на пленку поступает излучение от рассматриваемого объекта. Такой режим работы