Режимы диагностического контроля соединений

Среди исследованных методов неразрушающего контроля наиболее приемлем метод теплового возбуждения цепей межсоединений [139]. По этому методу одиночный импульс тока пропускают через контролируемое соединение, но приращению падения напряжения на нем регистрируется температура нагрева, по достижении заранее заданного уровня температуры ток отключается, обеспечивая тем самым неразрушающий режим диагностического контроля соединения. Последующая доработка этого метода показала, что более отчетливо распознаются дефекты цепей но скорости нарастания температуры или падение напряжения на контролируемой цепи. Необходимость автоматизации процессов контроля соединений требует использования быстрых методов оценки качества. В данном случае это требование удовлетворяется использованием коротких (миллисекундных) импульсов тока, энергия которых выбирается из условий быстрого нагрева контролируемых цепей.

Введем понятия погонных значений физических констант: где М, /, S, у и с - масса, длина, сечение, плотность и удельная

теплоемкость материала проводника; г_т - погонное тепловое сопротивление материала проводника в исходном состоянии, J - плотность тока. Тогда выражение (4.1) примет вид:

Анализ этого соотношения показывает, что наибольшая чувствительность к неоднородностям элементов соединений обеспечивается при J~ p₀r_TS ^ = 1.

При этом условии выражение (4.10) упрощается:

Из выражения (4.11) следует, что процесс является адиаба- тичным, т.е. при больших значениях плотности тока процесс нагрева проводника протекает настолько быстро, что теплопередача в окружающую среду не успевает произойти вплоть до момента разрушения проводника. При этом условии теплопроводность окружающей среды оказывает слабое влияние на результаты контроля соединений токовыми нагрузками, что является вторым существенным преимуществом импульсного режима контроля [139].

Длительность процесса разрушения соединений t =t при нагрузке током онределяегся временем его разогрева до температуры разрушения Т . Решая (4.11) относительно t , получаем:

Медные проводники шириной 0,3 мм и толщиной 0,035 мм имеют S = 0,01 мм" = 10’⁵ см²; у = 8,9 г/см³; Т_р =1356 К

(температура плавления); с = 0,45 Дж/г-К; р₀= 1,7210^<’ Ом-см;

а = 0,002 К’¹ и при нагрузке током 30 А (./= 310⁵ А/см²) перегорают за 16 мс. В режиме неразрушающего контроля с отключением тока при его нагреве до 50°С (323 К) время нагрева равно 7 мс.

Таким образом, условием неразрушающего контроля соединений является ограничение времени нагрева до значений, не вызывающих необратимых процессов разрушения композиции проводник - диэлектрик.

Разрабатываемая для этой цели аппаратура контроля содержит элемент управления, который при достижении температурного предела отключает ток нагрузки. Обозначим верхний предел нагрева соединений при нагружении током через Т_т. Каждому качественному элементу соединения будет соответствовать временной интервал от момента включения тока до его выключения при достижении температуры Т_т. Назовем этот интервал временем отсечки t₀. В вышеприведенных расчетах это время соответствует 7 мс. Условившись о том, что ДТ_т — Т_т — Т₀, выразим время отсечки t₀ через АТ_т:

где т_н = у₀ / ./²р₀« •

Если, например, для медного проводника без дефектов принять АТ_т = 50°С, получим численное значение времени отсечки

t₀=2J ².

Схема оценки качества элементов цепи при на1рузке током состоит в том, что к токовым зондам Т-Т соединительного устройства подсоединен генератор тока. Напряжение на потенциальных зондах П-П (рис. 4.2):

Максимальное приращение напряжения AU_m, при достижении которого соответствующее устройство отключает ток нагрузки, найдем из соотношения AU_т = U₀aAT_m . Для выбранной температуры отсечки AU_m=kU₀. Например, для АТ_т — 50° С, AU_m — 0,2U_a.

Контролируемая цепь

Рис. 4.2. Схема подсоединения зондов к контролируемой цени печатной платы: Т и Т - токовые зонды - /'(/), П и П - потенциальные зонды - u(t), КП - контактные площадки металлизированных отверстий (МО) печатной платы

Постоянная составляющая напряжения U₀ содержит информацию о длине цепи L и ее начальном состоянии, гак как U₀ — R₍₎I = p₀L ? I / S . Поэтому напряжение отсечки устанавливается автоматически с учетом протяженности цепи [140]. Критерием качества контролируемого соединения по этому методу контроля является время отсечки t₀, устанавливаемое для каждой

конструкции печатной платы по минимально допустимому значению ширины проводника. При этом признаком ослабленное™ соединения будет считаться уменьшение времени отсечки относительно установленной для минимально допустимой ширины проводника (рис. 4.3).

Создаваемая на этих принципах установка неразрушающего диагностического контроля соединений должна позволить выявлять без разрушений дефектные элементы соединений, за счет чего увеличить достоверность контроля и надежность межсоединений, увеличить выход годных ГМП больше, чем на 4%, расширить диапазон контроля качества за счет возможности выявления дефектов и ослаблений во всех разнородных элементах контролируемых цепей [141].

Рис. 4.3. Эпюры напряжения и тока нагрузки на контролируемую цепь: t,. - время отсечки тока при наличии дефекта в цени;

/„ - время отсечки тока для нормальной цепи при достижении температуры 50°С

Предварительный расчет токов для цепей в ГМП позволяет говорить о величинах токов порядка 30-50 А при длительности импульса в десятки миллисекунд. Проведенные эксперименты показали работоспособность методики и правильность предварительных расчетов. Для воздействия на контролируемые цени требуется создать устройство контроля, содержащее импульсный источник тока, позволяющий регулировать величину тока и длительность импульса, измеритель напряжения, способный контролировать изменение падения напряжения на контролируемой цепи, и анализатор, позволяющий по изменению падения напряжения выдавать заключение о потенциальных дефектах цепи.