Zielone serce elektroniki

Choć płytki drukowane mogą występować w różnych barwach, większość z nas kojarzy je z kolorem zielonym. Ta barwa ułatwiała kiedyś ludziom wyszukiwać na nich błędy, dziś robią to maszyny – lecz kolor pozostał.

Reklama

Mniejsze, większe, a czasami naprawdę duże płytki drukowane można spotkać we wszystkich urządzeniach elektronicznych, którymi się posługujemy. Stanowią serce każdego telewizora, laptopa czy nowoczesnej lodówki. To właśnie do nich są przylutowane różnego typu półprzewodnikowe elementy mocy – tranzystory, tyrystory, diody oraz inne elementy przystosowane do pracy z dużymi mocami. Połączenie nie tylko zapewnia przepływ prądu, ale także ułatwia odprowadzanie ciepła generowanego w czasie pracy tych elementów.

– Proces lutowania jest wykonywany w większości automatycznie, zwłaszcza jeżeli mówimy o produkcji wielkoskalowej. Rezultaty czasami są lepsze, czasami gorsze – mówi prof. Paweł Górecki z Wydziału Elektrycznego Uniwersytetu Morskiego w Gdyni. Bywa, że w spoinie lutowniczej zostają pęcherzyki gazu. Powoduje to, iż połączenie działa, ale przy dłuższej pracy urządzenie się przegrzewa i po pewnym czasie dochodzi do jego uszkodzenia.

Temperatura kluczem do sukcesu

– Zgodnie z równaniem Arrheniusa każde 8 st. C wzrostu temperatury oznacza dwukrotne skrócenie czasu życia urządzenia. Jeśli mamy element, który przy temperaturze 30 st. pracuje 100 tys. godzin, to przy 38 st. będzie działał 50 tys. godzin, a przy wzroście temperatury o kolejne 8 st. zaledwie 25 tys. godzin. To ma już istotne znaczenie – dodaje prof. Krzysztof Górecki, również naukowiec z Wydziału Elektrycznego Uniwersytetu Morskiego w Gdyni.

Profesorowie Góreccy, ojciec i syn, wraz z doktorantem Szkoły Doktorskiej UMG mgr. Adrianem Pietruszką opracowali nowy sposób wykrywania, czy element mocy został przylutowany prawidłowo. Do sprawdzania, czy w połączeniu lutowanym są obecne pęcherzyki gazu (pustki), typowo wykorzystuje się prześwietlenie rentgenowskie.

Reklama

Nie jest to wygodne dla producentów, wymaga bowiem specjalnego pomieszczenia, aparatury, a osobom wykonującym testy trzeba zapewnić bezpieczeństwo. – Proponujemy alternatywę: polega ona na zmierzeniu parametru, który również zależy m.in. od wskaźników pustek w połączeniu lutowanym. To pomiar rezystancji termicznej połączenia lutowanego, charakteryzującej efektywność przepływu ciepła przez to połączenie – mówi prof. Paweł Górecki.

Opowieść uzupełnia ojciec. – Wykorzystujemy zależny od temperatury parametr elektryczny przylutowanego elementu. Mierząc go w warunkach zmiany temperatury elementu, możemy wyznaczyć zmianę rezystancji termicznej względem warunków referencyjnych. Jeśli odbiega od normy, wiemy, że mamy płytkę, którą należy poprawić.

Warto podkreślić, że w wyniku przepływu prądu właściwie całe urządzenie się nagrzewa, ale badaczom udało się opracować nową procedurę pomiarową, która pozwala wyodrębnić składową tego przyrostu temperatury związaną tylko ze spoiną lutowniczą. – Jeżeli wykryjemy, że płytka za bardzo się nagrzewa, można podjąć decyzję, czy ją naprawiać, czy nie. Zwykle ok. 20 proc. urządzeń, które schodzą z taśmy produkcyjnej, nie jest w pełni sprawnych. Po ocenie przez specjalistów naprawia się je do takiego stanu, że spełniają normy jakościowe i nadają się do sprzedania – mówi prof. Krzysztof Górecki. I co najważniejsze – wydania wynikającej z przepisów gwarancji, że dane urządzenie będzie działać przez deklarowany czas.

Na razie w Gdyni powstał prototyp urządzenia pomiarowego. Naukowcy chcą nim zainteresować przemysł, zwłaszcza że region pomorski obfituje w przedsiębiorstwa zajmujące się komercyjnie produkcją układów elektronicznych. ©Ⓟ

Materiały prasowe