전자 부품의 복잡화와 열 관리

전자 장비의 복잡도가 증가함에 따라 전자 부품의 집적도가 높아지고, 패키징 기술은 소형화로 나아가면서 전자 산업은 더욱 정밀한 방향으로 발전하고 있습니다. 동시에 전자 부품의 전력 밀도가 높아지면서 열 관리가 중요한 과제로 대두되고 있습니다. PCB의 열 분포를 분석하면 잠재적인 설계 문제를 식별하고 최적화 솔루션을 개발하여 제품 개발의 성공률과 안정성을 높일 수 있습니다.

기존의 온도 측정 방식은 고정밀 요구를 충족하기 어렵습니다. 열화상 카메라는 비접촉식 온도 측정과 실시간 열장 시각화의 장점을 통해, PCB 설계 최적화 및 비파괴 테스트에서 필수적인 도구로 자리 잡았습니다. 엔지니어는 열화상 카메라를 활용하여 이상 발열 영역을 인식하고, 회로 결함을 진단하며, 회로 설계를 최적화해 제품 성능을 향상시킬 수 있습니다.

주요 응용 분야: PCB 검사용 열화상 카메라

1. PCB 개발 단계의 온도 모니터링

전자 산업의 고정밀화와 소형화로 전력 밀도가 증가하면서, 열 관리는 제품 성능과 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 개발 단계에서 PCB의 열 분포를 분석해 잠재 위험을 해결하는 것이 중요합니다.

기존의 접촉식 온도 측정 방식은 데이터 지연, 전체 열장 획득의 어려움 등으로 고정밀 제품에는 부적합합니다. 반면, 열화상 카메라는 비접촉식, 실시간 이미지 제공, 고정밀 탐지 기능을 갖추고 있어 회로 설계 최적화와 제품 성능 향상에 핵심 도구로 활용됩니다.

고해상도 영상 및 AI 분석 기술의 발전으로, 열화상 카메라는 마이크로전자 패키징, 칩 방열, 전력 모듈 검사 등 다양한 영역에서 더욱 광범위하게 활용될 것입니다.

2. PCB 결함 위치 식별

PCB는 전자 제품의 핵심 부품으로, 고장 원인은 칩, 커패시터, 저항, 솔더 핀 등의 결함에서 발생합니다. 이를 정확히 식별하고 원인을 분석하는 것은 복잡하고 시간이 많이 걸리는 작업입니다.

기존의 열전대 방식은 개별 부위만 측정 가능하며, 누락 가능성이 크고 자동화 검사에 적합하지 않습니다. 반면, 열화상 기술은 비정상 발열을 시각화해 결함 부위를 빠르게 탐지할 수 있어 검사 효율과 정확성을 크게 향상시킵니다.

3. PCB 칩의 매크로 검출

칩은 PCB의 핵심 부품이며, 생산 과정 중 은 접착제 불량, 오염 등의 원인으로 접촉 저항이 증가해 이상 발열이 발생할 수 있습니다. 열화상 카메라는 이를 실시간으로 식별할 수 있어 비접촉 비파괴 방식의 이상 진단에 적합합니다.

특히 LED 칩 검사 시 금속 기판의 반사로 온도 분포가 왜곡될 수 있으므로 측정 장비의 세심한 설정이 필요합니다.

4. PCB 방열 설계

고전력 회로, 프로세서, 전력 증폭기 등의 열을 빠르게 식별하고 방열 효율을 검토하는 데 열화상 카메라가 유용합니다. 방열 소재 선택, 구조 최적화, 성능 검토를 통해 제품 성능을 향상시키고 수명을 연장할 수 있습니다.

5. 환경 및 동적 테스트

PCB 설계 시 실제 환경 조건을 모사한 테스트가 필요합니다. 열화상 카메라는 고온/고전류 조건에서 반도체 장비의 실시간 온도 모니터링에 유리합니다. 예를 들어 프로브 테스트 시 다양한 전류 조건에서 온도 상승 곡선을 기록할 수 있어 신뢰성 높은 분석이 가능합니다.

6. PCB 열 분포 분석

열화상 카메라는 실시간 표면 온도 모니터링과 열 분포 이미지 제공이 가능하며, 이를 통해 엔지니어는 발열 집중 영역을 정확히 분석하고 방열 설계를 최적화할 수 있습니다.

7. 반도체 장비 온도 모니터링

노광기, 이온 주입기 등 고가 반도체 장비에 열화상 카메라를 활용하면, 모터, 베어링 등 주요 부품의 이상 온도 상승을 조기 탐지하여 가동 중단을 방지할 수 있습니다. 비접촉 측정 방식으로 안전성과 효율성도 향상됩니다.

8. 배전반 온도 모니터링

배전반은 밀집 배치되어 있고, 노후화나 접촉 불량으로 발열 위험이 있습니다. 센서 기반 측정은 설치가 복잡하고 누락 가능성이 있으나, 열화상 카메라는 소형화된 형태로 실시간 모니터링과 알람 출력이 가능하여 안정적인 운영을 지원합니다.

열화상 카메라의 기술적 장점

• 비접촉 탐지: 전원 차단 없이 온도 측정이 가능하여 운영 편의성이 뛰어납니다.
• 온도 시각화: 고품질 열화상 이미지로 PCB 구성 요소의 온도 상태를 실시간 확인 가능합니다.
• 고감도 온도 탐지: 미세한 온도 변화까지 빠르게 탐지해 잠재 문제 조기 발견이 가능합니다.
• 강력한 온도 분석 소프트웨어: 실시간 곡선 시각화, 온도 라벨 이미지 및 영상 저장, 다양한 측정 모드(최대/최소/지점/선/영역), 임계값 알람 기능 포함.

Raythink 열화상 카메라 적용 사례

1. PCB 제조사 적용 사례

기존 접촉식 측정 방식은 번거롭고 정밀한 전자 부품 측정에 적합하지 않습니다. AT61 모터 포커싱 열화상 카메라를 PCB 상부에 설치하여 비접촉 방식으로 정확한 온도 측정을 구현하였습니다.

PCB와 카메라를 함께 항온기에 배치하여 실제 환경을 시뮬레이션하였고, 60°C 고온에서도 정확한 측정이 가능했습니다.

2. LED 칩 제조 현장 적용 사례

불충분한 은 접착, 오염된 브래킷 등으로 인한 칩 발열 이상을 정확히 인식하기 위해 TN460 카메라를 LED 칩 상부에 설치하여 코어 온도를 지속적으로 모니터링하였습니다.

TI Studio 열 분석 소프트웨어와 연동하여 칩 결함을 효율적으로 인식하고, 검출 효율과 품질 관리를 크게 개선하였습니다.