CZ304545B6

CZ304545B6 - Měřicí systém pro zrychlenou charakterizaci životnosti koncentrických plošných spojů

Info

Publication number: CZ304545B6
Application number: CZ2013-792A
Authority: CZ
Inventors: Jan Formánek; Jiří Jakovenko
Original assignee: České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-06-25
Also published as: CZ2013792A3

Abstract

Měřicí systém je tvořen mechanickou částí (5) pro uložení měřeného vzorku (1), propojenou přes pneumatický řídicí systém (4) a přes měřicí systém (6) pomocí univerzální sběrnice (3) s řídicí jednotkou (2) vybavenou simulačním programem. Mechanická část (5) je tvořená odpruženou nosnou deskou (5.1), na které je upevněna první podpěra (5.2), k níž je přišroubováno dno měřicí jímky (5.4), v jejíž podélné ose je vytvořená dutina pro měřený vzorek (1) s víčkem (5.5). Středem víčka (5.5) prochází jedním svým koncem spojovací šroub (5.6) pro uchycení měřeného vzorku (1) opatřený zajišťovací maticí (5.7). Jeho druhý konec je zašroubován do pístní tyče pneumatického válce (4.1) pneumatického řídicího systému (4), který je upevněn na nosnou desku (5.1) pomocí druhé podpěry (5.3). Pneumatický řídicí systém (4) obsahuje kompresor (4.7), regulátor (4.6) tlaku, škrticí ventil (4.5), měřič tlaku (4.4) a 5/2 pneumatický ventil (4.2) s tlumičem odfuku (4.3). Elektrická část regulátoru (4.6) tlaku je připojena na výstup stejnosměrného napěťového zdroje (6.1) propojeného přes univerzální sběrnici (3) s řídicí jednotkou (2). Elektrická část 5/2 pneumatického ventilu (4.2) je připojena na výstup funkčního generátoru (6.2) propojeného přes univerzální sběrnici (3) s řídicí jednotkou (2). Systém dále obsahuje tři měřicí větve pro paralelní připojení k pájeným elektrickým spojům měřeného vzorku (1), které jsou zároveň propojeny s řídicí jednotkou (2). Jedna větev je tvořená sériovou kombinací omezovacího rezistoru (R1), indukčnosti (Lv) a stejnosměrného proudového zdroje (6.6), druhá prvním střídavým voltmetrem (6.3) a třetí sériovou kombinací rezi

Description

Měřicí systém pro zrychlenou charakterizaci životnosti koncentrických plošných spojů

Oblast techniky

Je řešen měřicí systém, který umožňuje ověřovat mechanickou životnost struktur koncentrických plošných spojů určených především pro světelné zdroje s LED diodami. Tyto spoje se vyznačují kruhovým tvarem, koncentricky umístěnými součástkami a vysokými pracovními teplotami. Řešený měřicí systém ve spojení s uvedenou metodou má nahradit cyklické testování v teplotní peci.

Dosavadní stav techniky

Důležitou součástí vývoje elektronických zařízení ajejich komponent je odhadování a ověřování její životnosti. Moderním přístupem k odhadu životnosti je náhrada jednoduchých inženýrských odhadů složitými simulačními modely zahrnující aspekty teplotně-mechanického chování elektronických výrobků. Uvedené modely využívají diskretizaci spojitého kontinua do velkého množství konečných prostorových nebo i plošných prvků vhodného tvaru. Tzv. metoda konečných prvků, a následný výpočet fyzikálního chování v uzlových bodech a na spojnicích mezi prvky. Tato metoda odhadu je jen tak přesná, nakolik je přesný simulační model z hlediska složitostí tvarů, materiálových parametrů jednotlivých prvků a přesností aproximačních rovnic. Pro kvalitní a fundovaný odhad životnosti elektronických prvků je následně třeba provést řadu životnostních testů na statistickém souboru prvků vyvíjeného objektu. Mezi testy pro ověřování životnosti elektronických součástek a systémů patří především teplotní cyklování, teplotní šoky, vysokoteplotní rázy, zjišťování mechanických vlastností jako je tah, střih, ohyb, vibrační testy a testy elektromigrace. Volba způsobu testování životnosti prvku závisí především na jeho namáhání během následného používání.

V případě plošných spojů pro světelné zdroje s LED diodami, jsou spoje nejvíce namáhány a jejich životnost omezuje značný rozsah teplotního cyklování způsobený zapínáním a vypínáním světelného zdroje. Vzhledem k velkému množství tepelné energie vyzářené během generace světelného toku z LED, dochází k ohřevu LED i plošného spoje na teplotu okolo 100 °C. Naproti tomu, v čase, kdy není světelný zdroj využíván a přitom je umístěn ve venkovním prostředí, může jeho teplota klesnout k -20 °C. Vzhledem k rozdílné teplotní roztažnosti materiálů použitých ve strukturách plošného spoje a osazených součástek dochází ke vzniku značných mechanických napětí nejen na rozhraní, ale také v objemu jednotlivých prvků. Vzniklá mechanická napětí a poměrná prodloužení způsobují postupnou degradaci struktury například díky vzniku mikrotrhlin na rozhraní zrn materiálů nebo delaminací jednotlivých vrstev. V případě konstantního cyklického namáhání, jehož amplituda je menší než taková, jež by způsobila vznik mechanických napětí vyšších než meze pevnosti použitých materiálů, dochází k postupné kumulaci mikrotrhlin a následnému vzniku a rozšiřování makrotrhlin. Cyklické namáhání však zároveň překračuje mez, při které se křivka životnosti všech použitých materiálů blíží nekonečnu.

Za účelem zjištění jejich životnosti jsou koncentrické plošné spoje, zejména světelných zdrojů s LED, podrobovány obvykle cyklickým teplotním testům v testovacích píckách. V těchto píckách jsou součástí ohřívány a následně zchlazovány v různém teplotním rozsahu, který je volen na základě následného využití součásti. Nejběžnějšími teplotními rozsahy jsou -20 až 100 °C, 40 až 120 °C, -55 až 125 °C. Jeden teplotní cyklus v této peci trvá několik desítek minut či spíše jednotek hodin. Díky tomu trvá testování součásti mnoho týdnů či spíše několik měsíců. Ač jsou nalézány různé jiné způsoby ohřevu a chlazení hodnocené součásti, nepodařilo se zatím zkrátit dobu testování na únosnou mez tak, aby její výsledky mohly být pružně využívány při vývoji prvku. Výhodou dosud používaných způsobů zjišťování životnosti koncentrických plošných spojů je, že teplotně mechanické namáhání je blízké namáhání při reálném použití výrobku a testy

- 1 CZ 304545 B6 lze rozšířit o korozní zatížení. Nevýhodou pak je velmi dlouhá doba testování výrobku a velká spotřeba měřicího zařízení.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje měřicí systém pro zrychlenou charakterizaci životnosti koncentrických plošných spojů podle předkládaného řešení. Podstatou nového měřicího systému je, že je tvořen mechanickou částí pro uložení měřeného vzorku, propojenou přes pneumatický řídicí systém a přes měřicí systém pomocí univerzální sběrnice s řídicí jednotkou vybavenou simulačním programem. Mechanická část je tvořená odpruženou nosnou deskou, na které je upevněna první podpěra, k níž je přišroubováno dno měřicí jímky. V podélné ose měřicí jímky, která je paralelní s nosnou deskou, je vytvořená dutina pro umístění měřeného vzorku. Dutina má u svého otevřeného okraje po celém vnitřním obvodu vybrání pro těsné zapadnutí víčka. Dosedací plochy měřicí jímky a víčka jsou v rovině kolmé na měřený vzorek upraveny do radiálního tvaru. Středem víčka prochází jedním svým koncem spojovací šroub pro uchycení měřeného vzorku v dutině měřicí jímky, který je opatřený zajišťovací maticí. Druhý konec spojovacího šroubuje zašroubován do pístní tyče pneumatického válce pneumatického řídicího systému, který je upevněn na nosnou desku pomocí druhé podpěry. Pneumatický řídicí systém je tvořen kompresorem, který je přes regulátor tlaku a přes škrticí ventil propojen jednak s měřičem tlaku a jednak je přes 5/2 pneumatický ventil opatřený na výstupu tlumičem odfuku propojen se vstupem vzduchu pod píst a se vstupem vzduchu nad píst pneumatického válce. Elektrická část regulátoru tlaku je připojena na výstup stejnosměrného napěťového zdroje propojeného přes univerzální sběrnici s řídicí jednotkou. Elektrická část 5/2 pneumatického ventilu je připojena na výstup funkčního generátoru propojeného rovněž přes univerzální sběrnici s řídicí jednotkou. Měřicí systém dále obsahuje tři měřicí větve pro paralelní připojení k pájeným elektrickým spojům měřeného vzorku, které jsou zároveň propojeny přes univerzální sběrnici s řídicí jednotkou. První větev je tvořená sériovou kombinací omezovacího rezistorů, indukčností a stejnosměrného proudového zdroje. Druhá větev je tvořená prvním střídavým voltmetrem. Třetí větev tvoří sériová kombinace rezistorů, kondenzátoru a harmonického generátoru. Paralelně k rezistorů je připojen druhý střídavý voltmetr. K řídicí jednotce je přes univerzální sběrnici připojen ohmmetr, na jehož vstup je připojen teplotní senzor pro přilepení na spodní stranu měřeného vzorku.

Byla tedy vypracována koncepce a následné řešení měřicího systému, který umožňuje dosáhnout obdobného zhodnocení životnosti jako v teplotní pícce ale za pomoci mechanického namáhání plošného spoje vnějším silovým aktuátorem. Mechanické síly působící na měřenou součást zde tvoří náhradu za teplotní cyklování. Směiy, velikosti a místa působení síly jsou stanoveny tak, aby bylo dosaženo obdobného mechanického napětí a poměrného prodloužení, jako by nastalo při teplotním cyklování. Tímto systémem nelze přímo nahradit teplotní cyklování, jelikož některé zjevů ovlivňujících životnost součásti jsou závislé na teplotě a rychlosti cyklování, ale lze tímto způsobem významně zvýšit přesnost simulačního modelu nebo ověřit odhad životnosti některého z vyvíjených prototypů za předpokladu, že jiný byl již testován teplotním cyklováním. Velkým přínosem uvedeného systému je možnost významného zkrácení doby testování životnosti, a to řádově z měsíců na jednotky až desítky hodin. Periodu cyklování lze volit již od desetin sekundy, přičemž horní hranice není omezena. Obvyklé je testování s periodou okolo 1 s pro vysokocyklické namáhání bez uvažování tečení materiálu a s periodou v řádu minut pro nízkocyklické namáhání s uvažováním tečení. Výhodou nového řešení je krátká doba testování výrobku a možnost využití výsledků přímo při vývoji prototypů výrobku. Pro koncentrické plošné spoje se aplikované teplotně mechanické namáhání projevuje adekvátně k namáhání při reálném použití výrobku. Zařízení umožňuje ve svém principu současně měřit jen jeden vzorek, přičemž nelze účinně aplikovat korozivní zatížení měřeného vzorku.

-2 CZ 304545 B6

Přehled obrázků na výkresech

Měřicí systém podle předkládaného řešení bude dále popsán pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je uveden schematicky typický koncentrický plošný spoj. Principiální schéma celého systému je na obr. 2. Obr. 3 znázorňuje provedení pneumatické části systému. Na obr. 4a je v řezu sestava mechanických dílů systému a na obr. 4b je uveden výřez z této sestavy s detaily upevnění. Schéma dynamického měření impedance pájených spojů LED je uvedeno na obr. 5.

Příklady provedení vynálezu

Výhodou plošných spojů pro světelné zdroje s LED je kruhová topologie včetně koncentricky umístěných součástek, kdy spoje mají z větší části kruhovou symetrii. Provedené simulace prokazují, že při aplikaci mechanické síly ve směru kolmém k plošnému spoji, kdy sílaje aplikována na střed desky plošného spoje, lze dosáhnout obdobného rozložení mechanického napětí v kritických místech tak, jako by tomu bylo při namáhání teplotním cyklováním. Obr. 1 znázorňuje typický kruhový plošný spoj měřeného vzorku i sestávající z kruhové desky 1,1 vymezené obvodem 1.5 a se středem 1,3, kde na kruhové desce 1,1 jsou koncentricky rozmístěné součástky

1.2 pomocí pájených spojů 1.3.

Navrhovaný měřicí systém je značně komplexní z hlediska množství technických oblastí zasahujících do celého vývoje. Obsahuje mechanickou konstrukci a kotvení, pneumatický řídicí systém s pneumatickým válcem, elektroniku a automatizovaný sběmicový měřicí systém. Vzhledem k tomu lze systém obtížně uvést na jednotném výkresu, je však možno uvést blokové schéma shrnující vlivy jednotlivých částí, obr. 2, a jim se poté věnovat samostatně.

Mechanická konstrukce, obr. 4a a obr. 4b, je tvořena odpruženou nosnou deskou 5.1 z nerezového plechu, v daném příkladu o tloušťce 10 mm, která zajišťuje dostatečnou tuhost celého systému a dále zamezuje přenosu vibrací z okolního prostředí. Nosná deska 5.1 umožňuje variabilní montáž různých konstrukcí pro měřené vzorky i různých tvarů a velikostí, stejně tak možnost využití různých typů a velikostí pneumatických válců 4.1 nebo i jiných druhů aktuátorů s mechanickým silovým výstupem. Pro dosažení adekvátního mechanického namáhání je nezbytné zvolit správný způsob kotvení, v uvedeném případě je zvolena měřicí jímka 5.4 se stykovou plochou upravenou do tvaru radiální podpěry ve směru kolmém na plošný spoj. Uvedený tvar zajišťuje minimální styčnou plochu, omezuje tak omezení tření a umožňuje pohyb ve zbývajících směrech. Způsob kotvení tak reflektuje reálnou volnost při aplikaci spoje ve světelném zdroji. Konkrétně je dno měřicí jímky 5.4 přišroubováno k první podpěře 5.2, která je upevněná na nosné desce 5.1. V podélné ose měřicí jímky 5.4, která je paralelní s nosnou deskou 5.1, je vytvořená dutina pro umístění měřeného vzorku i. Tato dutina má u svého otevřeného okraj po celém vnitřním obvodu vybrání pro těsné zapadnutí víčka 5.5. Dosedací plochy měřicí jímky 5.4 a víčka 5.5 v rovině kolmé na měřený vzorek 1 jsou upraveny do radiálního tvaru. Středem víčka 5.5 prochází jedním svým koncem spojovací šroub 5.6 pro uchycení měřeného vzorku 1 v dutině měřicí jímky 5.4, kteiý je opatřený zajišťovací maticí 5.7. Druhý konec spojovacího šroubu 5,6 je zašroubován do pístní tyče pneumatického válce 4.1 pneumatického řídicího systému 4, který je upevněn na nosnou desku 5.1 pomocí druhé podpěry 5.3. Pneumatický řídicí systém 4, Obr. 3, je tvořen kompresorem 4,7, který je přes regulátor tlaku 4.6 a přes škrticí ventil 4.5 propojen jednak s měřičem tlaku 4.4 a jednak je přes 5/2 pneumatický ventil 4.2 opatřený na výstupu tlumičem odfuku 4.3 propojen se vstupem vzduchu pod píst a se vstupem vzduchu nad píst pneumatického válce 4.1.

Propojení pneumatického řídicího systému 4 s řídicí jednotkou je uvedeno na obr. 2. Elektrická část regulátoru 4.6 tlaku je připojena na výstup stejnosměrného napěťového zdroje 6,1 propojeného přes univerzální sběrnici 3 s řídicí jednotkou 2. Elektrická část 5/2 pneumatického ventilu

4.2 je připojena na výstup funkčního generátoru 6.2 propojeného přes univerzální sběrnici 3 s řídicí jednotkou 2.

-3CZ 304545 B6

Měřicí systém dále obsahuje tři měřicí větve pro paralelní připojení k pájeným elektrickým spojům měřeného vzorku I, které jsou zároveň propojeny přes univerzální sběrnici 3 s řídicí jednotkou 2, obr. 2 a obr. 5. Jedna větev je tvořená sériovou kombinací omezovacího rezistorů Rl, indukčnosti Lv a stejnosměrného proudového zdroje 6.6. Druhou větev tvoří první střídavý voltmetr 6,3. Třetí větev je tvořená sériovou kombinací rezistorů Rm, kondenzátorů Cv a harmonického generátoru 6.4. Paralelně k rezistorů Rm je pak připojen druhý střídavý voltmetr 63. K řídicí jednotce 2 přes univerzální sběrnici 3 ještě připojen ohmmetr 6/7, na jehož vstup je připojen teplotní senzor 6.8, který se přilepuje na spodní stranu měřeného vzorku i.

Mechanické namáhání adekvátní teplotnímu je získáno aplikací proměnlivé síly na střed plošného spoje. Během každého z měřicích cyklů je nutno zajistit a udržet přesnou hodnotu síly včetně požadovaných strmostí náběžných a sestupných hran. Průběh velikostí síly je stanoven tak, aby mechanické namáhání odpovídalo teplotnímu namáhání při používání výrobku alternativně při jeho testování v teplotní komoře. Aby bylo dosaženo nezávislosti velikosti aplikované síly na velikosti prohnutí plošného spoje, využívá uvedené technické řešení kompaktního pneumatického válce 4.1. Zde lze předpokládat, že velikost působící síly je téměř konstantní v celém pracovním rozsahu zdvihu pneumatického válce 4,1 a je přímo úměrná tlaku tekutiny na píst působící. Tlak tekutiny, v uvedeném případě vzduchu, je regulován a usměrňován soustavou ventilů. Regulátor 4.6 tlaku je elektronicky řízen pomocí stejnosměrného napěťového zdroje 6.1, obr. 2, a zajišťuje přesné nastavení a udržení tlaku vzduchu v systému. 5/2 pneumatický ventil 4.2 přepíná proud vzduchu pod a nad píst pneumatického válce 4.1 a definuje tak směr působící síly, jeho přestavení je zajištěno vestavěnou elektromagnetickou cívkou, jejíž výstup je připojen na funkční generátor 62. Škrticích ventilů 4.5 je využíváno převážně při vysokocyklickém namáhání pro stanovení strmosti nárůstu tlaku, potažmo síly působící na desku plošného spoje. Škrticí ventily 4.5 lze zapojit nejen před pneumatický ventil 42, ale také na přípojné hadičky k pneumatickému válci 4.1 tak, aby byl možno nastavit rozdílnou strmost nárůstu tlaku v obou směrech pohybu pístu. V případě využití systému pro nízkocyklické namáhání, kdy je potřebná strmost nárůstu tlaku v řádu desetin baru za sekundu, lze škrticí ventily 4.5 plně otevřít a strmost nárůstu tlaku regulovat přímo regulátorem 4.6 tlaku. V tomto případě je možno tlakový profil nastavit s vysokou přesností tak, aby namáhání reflektovalo reálnou situaci.

Je nutné dodat, že výrobce měřicího systému může být nucen provádět drobné konstrukční změny z hlediska rozměrů a tvarů některých součástí tak, aby umožnil měření jiných tvarů a rozměrů plošných spojů nebo využití pneumatických válců Al jiných průměrů a výrobců.

Všechny podstatné veličiny pro provoz měřicího zařízení jsou nastavovány elektrickým signálem. Také všechny měřené veličiny jsou převáděny na elektrický signál, přičemž tyto jsou zavedeny do měřicích přístrojů, tedy do prvního střídavého voltmetru 6.3, druhého střídavého voltmetru 63 a do ohmmetru 6.7, uvedené přístroje jsou vybaveny univerzálním komunikačním rozhraním, které je spojeno s univerzální sběrnicí 3 a veličiny jsou tak dále zpracovány pomocí řídicí jednotky 2 tvořené běžným osobním počítačem. Nastavované veličiny jsou generovány pomocí stejnosměrného napěťového zdroje 6.1 a stejnosměrného proudového zdroje 6.6 i pomocí funkčního generátoru 6.2 a harmonického generátoru 6.4, které jsou opět pomocí komunikačního rozhraní připojeny k univerzální sběrnici 3 a veličiny jsou tak dále zpracovávány pomocí řídicí jednotky 2, obr. 2.

Pro zjištění teplotních závislostí a také k projevení efektu tečení někteiých materiálů při nízkocyklickém namáhání je nutné měření provádět při různých teplotách plošného spoje. Uvedené technické řešení umožňuje přímý výhřev plošného spoje, měřený vzorek tedy není nutné umísťovat do měřicí pícky. Vzhledem k velmi dobré tepelné vodivosti plošných spojů pro světelné zdroje s LED, malé stykové ploše s měřicí soustavou a také aplikaci výkonových LED na plošném spoji je možno vyhřívat plošný spoj přímo pomocí proudu protékaného LED. Tento způsob ohřevu poskytuje jen omezenou homogenitu rozložení teplotního pole, avšak tato je dostatečná pro uvedené měření a zároveň věrněji reflektuje realitu. LED jsou napájeny konstantním proudem ze stejnosměrného proudového zdroje 6.6, jehož velikost je řízena tak, aby bylo dosaženo požado-4CZ 304545 B6 váné teploty plošného spoje, kteráje zároveň měřena pomocí teplotního senzoru 6.8. Předpokládá se využití miniaturního platinového odporového senzoru pro jeho nízkou teplotní kapacitu a vysokou přesnost.

Díky rozdílné teplotní roztažnosti pouzdra součástky oproti roztažnosti desky plošného spoje lze porušení struktury nejdříve očekávat v pájených spojích mezi deskou plošného spoje a osazenými součástmi. V modelovém případě je uvažováno osazení plošného spoje pouzdry LED. Během měření je nutno hodnotit kvalitu a celistvost uvedených spojů. Vzhledem k faktu, že uvedenou částí struktury prochází elektrický proud sloužící k napájení LED, je možno celistvost spoje zjistit elektrickým měřením impedance spoje. LED jsou ve většině případů spojeny sériově, proto i kritické spoje jsou zapojeny sériově. Měřením struktury lze tedy zjistit první místo výskytu trhliny ve struktuře. Pokud bude před započetím měření uskutečněno vyvedení vodičů z míst mezi pájenými spoji LED, lze měřit výskyt poruchy všech uvedených spojů nezávisle a zvětšit tak statistický souborů prvků pro hodnocení životnosti pájených spojů. Impedance samotných spojů je velmi nízká, ve srovnání se statickým odporem LED v pracovním bodě je o několik řádu nižší. Aby bylo zajištěno možné vyhodnocení nárůstu impedance spoje, obsahuje uvedené technické řešení také měřicí systém pro vyhodnocování impedance střídavým proudem.

Schéma na obr. 6 uvádí principiální zapojení měřicího systému pro vyhodnocování dynamického odporu plošného spoje a bylo popsáno výše. Plošný spoj často obsahuje pouze jednu elektrickou napájecí větev, která spojuje v sérii všechna pouzdra LED D^ až D_ě, kde Γρχ až charakterizuje dynamický odpor LED a okolních součástí. Kvalita spojení je omezena impedancí měděných propojek a spojovací vrstvy pájky, simulované zde pomocí odporů Rsi až R§7. Napájecí stejnosměrný proudový zdroj 6.6, na jehož svorkách je stejnosměrném napětí Ufpc-ζΊ a dodává stejnosměrný proud Ifpc-zl· slouží k nastavení stejnosměrného pracovního bodu LED a zároveň určuje tepelný výkon ztracený v LED a tím i teplotu celého plošného spoje. Omezovači rezistor Rj omezuje tekoucí proud, případně funguje jako ochrana proti poškození v případě regulace proudu vlastním stejnosměrným zdrojem. Harmonický generátor 6,4 o střídavém napětí U^AC-g) definuje kmitání pracovního bodu kolem své stejnoměrné polohy, které je zároveň odměřováno dvojicí střídavých voltmetrů, a to prvního střídavého voltmetru 6.3 o napětí UeftAC-ω a druhého střídavého voltmetru 6.5 o napětí U_eítAc-m)· Rezistor R_g slouží jako převodník proudu na napětí. Kondenzátor Cy a cívka Ly slouží k frekvenčnímu oddělení obvodů tak, aby se stejnosměrný proudový zdroj 6.6 a harmonický generátor 6.4 vzájemně neovlivňovaly.

Při použití uvedeného měřicího systému se postupuje následujícím způsobem. Na měřený vzorek 1 koncentrického plošného spoje se nalepí teplotní senzor 6.8, vloží se do měřicí jímky 5.4, jejíž velikost byla předem upravena dle rozměrů konkrétního měřeného vzorku i, měřicí jímka 5.4 se uzavře víčkem 5.5 a přišroubuje se spojovací šroub 5.6 s maticí 5.7. Všechny měřicí přístroje se spojí s řídicí jednotkou 2 pomocí univerzální sběrnice 3 a vytvoří se jednoduchý měřicí algoritmus pro jejich ovládání, případně se využijí možnosti měřicího software. Poté se nastaví teplota měřeného vzorku I pomocí stejnosměrného proudového zdroje 6.6, udržuje se na konstantní hodnotě zpětnovazební regulací na základě hodnot z teplotního senzoru 6.8 a ohmmetru 6.7. Dále se zvolí frekvence a amplituda působící síly pomocí nastavení parametrů stejnosměrného napěťového zdroje 6,1 a funkčního generátoru 6.2. Pomocí harmonického generátoru 6.4 se nastaví rozkmit měřicího proudu v pracovním bodě, který je zhruba o dva řády nižší než velikost ustálené hodnoty protékajícího vyhřívacího proudu ze stejnosměrného proudového zdroje 6.6. Odečítáním hodnot z prvního střídavého voltmetru 6.3 a z druhého střídavého voltmetru 6.5 a jejich podělením se zjišťuje dynamický odpor sériových spojení LED včetně jejich kontaktů a spojů. Měření se provádí až do zjevného nárůstu dynamického odporu, poté se odečte počet mechanických měřicích cyklů do nárůstu, který je možno považovat za bod vzniku poškození.

-5 CZ 304545 B6

Průmyslová využitelnost

Měřicí systém je možno využít k charakterizaci životnosti vyvíjených koncentrických plošných spojů využitelných v různých odvětvích průmyslu, nebo při vývoji spojů pro spotřební elektroniku. Praktické využití nalézá například při vývoji a testování plošných spojů pro nové světelné zdroje s LED diodami, které mají tvořit plnou náhradu žárovkových zdrojů. Přesnost vyrobeného zařízení je dostatečná k dosažení výsledků, které lze srovnávat s provedenými simulacemi životnosti.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Měřicí systém pro zrychlenou charakterizaci životnosti koncentrických plošných spojů, vyznačující se tím, že je tvořen mechanickou částí (5) pro uložení měřeného vzorku (1), propojenou přes pneumatický řídicí systém (4) a přes měřicí systém (6) pomocí univerzální sběrnice (3) s řídicí jednotkou (2) vybavenou simulačním programem, kde mechanická část (5) je tvořená odpruženou nosnou deskou (5.1), na které je upevněna první podpěra (5.2) k níž je přišroubováno dno měřicí jímky (5.4), v jejíž podélné ose, která je paralelní s nosnou deskou (5.1), je vytvořená dutina pro umístění měřeného vzorku (1) mající u svého otevřeného okraje po celém vnitřním obvodu vybrání pro těsné zapadnutí víčka (5.5), kde dosedací plochy měřicí jímky (5.4) a víčka (5.5) v rovině kolmé na měřený vzorek (1) jsou upraveny do radiálního tvaru, a kde středem víčka (5.5) prochází jedním svým koncem spojovací šroub (5.6) pro uchycení měřeného vzorku (1) v dutině měřicí jímky (5.4) opatřený zajišťovací maticí (5.7) a druhý konec spojovacího šroubu (5.6) je zašroubován do pístní tyče pneumatického válce (4.1) pneumatického řídicího systému (4), který je upevněn na nosnou desku (5.1) pomocí druhé podpěry (5.3), kde pneumatický řídicí systém (4) je tvořen kompresorem (4.7), který je přes regulátor (4.6) tlaku a přes škrticí ventil (4.5) propojen jednak s měřičem tlaku (4.4) a jednak je přes 5/2 pneumatický ventil (4.2) opatřený na výstupu tlumičem odfuku (4.3) propojen se vstupem vzduchu pod píst a se vstupem vzduchu nad píst pneumatického válce (4.1), přičemž elektrická část regulátoru (4.6) tlaku je připojena na výstup stejnosměrného napěťového zdroje (6.1) propojeného přes univerzální sběrnici (3) s řídicí jednotkou (2), elektrická část 5/2 pneumatického ventilu (4.2) je připojena na výstup funkčního generátoru (6.2) propojeného přes univerzální sběrnici (3) s řídicí jednotkou (2), a měřicí systém dále obsahuje tři měřicí větve pro paralelní připojení k pájeným elektrickým spojům měřeného vzorku (1), které jsou zároveň propojeny přes univerzální sběrnici (3) s řídicí jednotkou (2), a to větev tvořenou sériovou kombinací omezovacího rezistoru (Rl), indukčnosti (Lv) a stejnosměrného proudového zdroje (6.6), větev tvořenou prvním střídavým voltmetrem (6.3) a větev tvořenou sériovou kombinací rezistoru (Rm), kondenzátoru (Cv) a harmonického generátoru (6.4), přičemž paralelně k rezistoru (Rm) je připojen druhý střídavý voltmetr (6.5), dále je k řídicí jednotce (2) přes univerzální sběrnici (3) připojen ohmmetr (6.7), na jehož vstup je připojen teplotní senzor (6.8) pro přilepení na spodní stranu měřeného vzorku (1).