다층 인쇄회로기판(PCB)에서 발생하는 전원-접지 쇼트는 보드를 손상시키지 않고 진단하기가 매우 까다롭고 흔히 발생하는 문제입니다. 쇼트 위치를 찾기 위해 전류를 인가할 경우 영구적인 손상이 발생할 수 있으며, 이는 고가이거나 단 하나뿐인 프로토타입 보드의 경우 특히 용납될 수 없습니다.
전통적으로 기술자와 엔지니어들은 이러한 쇼트를 찾기 위해 비파괴적인 방법을 사용해 왔습니다. 먼저 충분한 조명 아래에서 또는 확대경을 사용해 PCB를 육안으로 검사하며, 납땜 브리지, 손상된 부품, 이물질 등 쇼트를 유발할 수 있는 요소를 찾습니다. 눈에 띄는 이상이 발견되지 않으면, 멀티미터를 이용해 추가적인 검사를 진행합니다.
연속성 테스트를 수행하기 위해 멀티미터를 연속성 또는 다이오드 테스트 모드로 설정합니다. 이후 두 지점에 프로브를 접촉시켜 쇼트 여부를 확인합니다. 멀티미터는 회로에 저전압 전류를 흘려보내고 저항값을 측정하며, 매우 낮은 저항값(일반적으로 수 옴 이하)이 측정되면 전류가 연속적으로 흐를 수 있는 경로가 존재함을 의미하여 쇼트가 있음을 시사합니다.
보드에서 가장 낮은 전압 지점을 찾는 방법은 쇼트 위치를 파악하는 데 도움이 될 수 있지만, 전원 및 접지 플레인의 저항이 너무 작아 측정 가능한 전압 차이가 발생하지 않는 경우에는 효과적이지 않을 수 있습니다. 이러한 문제는 전원 플레인이 보드의 내부 레이어에 위치해 있어 테스트 프로브로 접근할 수 없을 때 더욱 심화됩니다.
오실로스코프를 사용한 자동 PCB 테스터 등 다른 검사 방법도 결함 위치를 찾아낼 수는 있지만, 고가의 장비와 전문 지식, 그리고 많은 시간이 필요해 항상 활용하기는 어렵습니다.
전자 부품 및 어셈블리에 대한 열화상 검사는 고장 검출과 품질 관리 분야에서 이미 확립된 방법으로, 초기 프로토타입 개발 단계부터 양산에 이르기까지 폭넓게 적용됩니다. 이 방식은 인쇄회로기판(PCB), 집적회로(IC), 멀티칩 모듈 표면에서 발생하는 핫스팟이나 비정상적인 온도 분포 등 다양한 문제를 효과적으로 검출합니다. 또한 비정상적인 접촉 저항, 접합부 내부의 숨겨진 균열, RF 불일치로 인한 전력 손실, 히트싱크의 부적절한 열 연결, 단락(쇼트), 그리고 냉납과 같은 납땜 결함까지 정확히 식별할 수 있습니다.
PCB에서 발생하는 쇼트(단락)는 의도하지 않은 저저항 경로를 통해 과도한 전류가 흐르면서 열을 발생시킵니다. 쇼트가 발생하면 전기 저항이 급격히 낮아지고, 옴의 법칙(I = V/R)에 따라 전류가 크게 증가합니다. 이렇게 증가한 전류는 에너지가 빠르게 열로 방출되게 하여, 부품을 손상시키거나 보드 소재의 열화를 유발할 수 있습니다. 적외선 카메라는 이러한 고온의 핫스팟을 시각적으로 찾아낼 수 있습니다. 가장 낮은 전류부터 인가해 측정을 시작하면, 추가적인 손상이 발생하기 전에 쇼트 위치를 식별할 수 있습니다. 이 방법은 결함을 조기에 발견하는 데 도움을 주며, PCB와 부품에 수리 불가능한 손상이 발생하는 것을 예방합니다.
아주 미세한 결함을 식별하기 위해서는 IR 현미경을 사용할 수 있습니다. 적외선 현미경은 최소 8 µm 크기의 쇼트까지 분해해 확인할 수 있어, 매우 작은 SMD 부품이나 패키징되지 않은 SMD 부품까지도 정밀하게 검사할 수 있습니다.
점점 더 작고, 효율적이며, 신뢰성이 높은 전자 부품과 시스템에 대한 수요가 증가함에 따라, 제품 개발 전 과정에서 핵심적인 의사결정을 지원할 수 있는 열 검사 도구의 필요성이 커지고 있습니다. 전자 산업이 소형화와 저전력 소비에 집중함에 따라, 소형 장치와 미세한 연결부의 결함을 검출하기 위해서는 중간 수준의 공간 해상도를 갖춘 적외선 카메라가 필수적입니다.
효과적인 결함 검출을 위해서는 최소 75,000픽셀 이상의 요소를 갖춘 중간 해상도 카메라(320 × 240 이상)를 입문용 솔루션으로 권장합니다. Optris 제품군 중에서는 다양한 옵틱 옵션으로 제공되는 Xi400이 PCB 결함 검출에 자주 사용됩니다. 정확한 대상 측정을 위해서는 적절한 옵틱과 측정 시야(MFOV) 해상도를 갖춘 카메라를 선택하는 것이 매우 중요합니다.
적외선 카메라로 매우 작은 대상의 온도 상승을 감지할 수 있는지는, 카메라가 해당 소형 타깃에 얼마나 많은 픽셀을 정확히 집중시킬 수 있는지에 달려 있습니다. 측정 대상이 한 개의 픽셀보다 작을 경우, 주변의 더 낮은 온도에 의해 온도 상승이 희석되어 결함 위치를 찾기 어려워지고, 온도 측정의 정확도 또한 떨어지게 됩니다. 전자 장치에서 미세한 온도 상승을 검출할 때는 적외선 카메라의 옵틱 성능도 동일하게 중요하며, 픽셀 수가 많더라도 작은 영역에 초점을 맞출 수 없다면 효과적이지 않습니다.
다양한 전자 애플리케이션에서 결함을 효과적으로 검출하기 위한 최적의 적외선 카메라 시스템은 고해상도(640 × 480) 적외선 카메라와, 대형 보드를 빠르게 스캔하기 위한 옵틱과 소형 장치의 결함을 정밀 분석하기 위한 옵틱 등 최소 두 가지 이상의 렌즈 구성을 포함합니다. 교체 가능한 보정 옵틱과 현미경 옵션을 갖춘 고해상도 열화상 카메라는 PCB 결함 검출에 가장 적합한 선택입니다.
