Sposób pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego tranzystora mocy i układ do pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego tranzystora mocy
ZESPÓŁ AUTORSKI
Uniwersytet Morski w Gdyni
- prof. dr hab. inż. Krzysztof Górecki - Katedra Energoelektroniki, Wydział Elektryczny (Kierownik zespołu badawczego)
- dr hab. inż. Paweł Górecki, prof. UMG - Katedra Automatyki Okrętowej i Przemysłowej, Wydział Elektryczny
- Adrian Pietruszka - doktorant UMG
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego tranzystora mocy i układ do pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego tranzystora mocy. Wynalazek dedykowany do zastosowania przy kontroli jakości montażu powierzchniowego półprzewodnikowych przyrządów mocy na płytkach drukowanych z rdzeniem aluminiowym (MCPCB) dla przemysłu elektronicznego i elektrotechnicznego.
Celem wynalazku jest identyfikacja jakości mocowania półprzewodnikowych przyrządów mocy na płytkach drukowanych z rdzeniem aluminiowym pozwalająca na ocenę i zwiększenie żywotności płytki drukowanej.
ISTOTA WYNALAZKU
Istnieje szereg metod opisanych w standardach i normach dotyczących pomiaru przewodności cieplnej materiałów, również stosowanych w elektronice, jednak żadna z nich nie jest aplikowana do pomiaru przewodności cieplnej połączenia lutowanego, ponieważ charakteryzuje się ono wysoką przewodnością elektryczną. Ponadto są przeznaczenie do badania pojedynczych materiałów, a w przypadku badania przewodności cieplnej połączenia lutowanego, łączy ono podłoże oraz element montowany i nie jest możliwe rozdzielenie ich od połączenia lutowanego, a tym samy przewidywanie ich jakości połączenia na płytkach drukowanych używanych szeroko w przemyśle elektronicznym. Stąd istotą wynalazku jest sposób pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego łączącego tranzystor mocy z płytką drukowaną realizowany metodą pośrednią obejmującą pięć etapów w kolejnych następujących po sobie krokach z wykorzystaniem wzorów obliczeniowych. Istotą wynalazku jest też układ do pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego łączącego tranzystor mocy z płytką drukowaną zawierający badany tranzystor 4, diodę impulsową 7, dwa rezystory, trzy źródła napięcia stałego, dwa woltomierze, amperomierz, termoparę 5, przetwornik A/C 8 oraz komputer 9 charakteryzujący się tym, że bramka badanego tranzystora połączona jest do masy, a jego emiter połączony jest z wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego A/C, którego wyjście połączone jest z komputerem. Do emitera tranzystora dołączony jest też rezystor RM 11 i anoda diody impulsowej 7. Katoda diody impulsowej połączona jest z rezystorem RH oraz jednym zaciskiem przełącznika SH, którego drugi zacisk połączony jest do masy. Ujemny zacisk źródła napięciowego EM połączony jest z rezystorem RM, a ujemny zacisk źródła napięciowego EH połączony jest z rezystorem RH 14. Dodatnie zaciski obu źródeł EM 12 oraz EH 10 podłączone są do masy. Pierwszy woltomierz 6 połączony jest do zacisków termopary 5 zamocowanej na obudowie badanego tranzystora 4, a drugi woltomierz włączony jest między zaciski kolektora i emitera badanego tranzystora 4. Kolektor tranzystora połączony jest przez amperomierz 2 do źródła napięcia stałego Ec 1. Całość rozwiązania służy właśnie do pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego łączącego tranzystor mocy z płytką drukowaną wykonaną techniką montażu powierzchniowego. Wzrost wartości rezystancji termicznej połączenia jest wskaźnikiem złej jakości jego wykonania, a tym samym świadczy o krótkiej żywotności płytki drukowanej. Wynalazek jest najbardziej skuteczny, gdy rezystancja termiczna połączenia lutowanego wynosi co najmniej jedną dziesiątą K/W. W procesie lutowania spoina poddawana ocenie ma kształt zbliżony do graniastosłupa ściętego, którego rozmiar podstawy jest większy od jego wysokości. Wynalazek został uwidoczniony na rysunku (zał. 3) gdzie wskazano schemat blokowy układu do pomiaru rezystancji termicznej połączenia lutowanego tranzystora mocy.
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Wynalazek służy do oceny i kontroli jakości montażu powierzchniowego półprzewodnikowych przyrządów mocy na płytkach drukowanych z rdzeniem aluminiowym dla przemysłu elektronicznego i elektrotechnicznego. Wzrost wartości rezystancji termicznej połączenia jest wskaźnikiem złej jakości jego wykonania, a tym samym świadczy o krótkiej żywotności płytki drukowanej. Rozwiązania pozwala na wyznaczenie rezystancji termicznej połączenia lutowanego łączącego półprzewodnikowy przyrząd mocy z płytką MCPCB. Wartość tego parametru pozwala na optymalizację systemu chłodzenia przyrządu półprzewodnikowego mocy i wydłużenie czasu jego bezawaryjnej pracy oraz gwarancję trwałości urządzenia zawierającego daną płytkę drukowaną. Wynalazek stanowi alternatywę dla kosztownych w procesie technologicznym i szkodliwych dla operatora badań przy wykorzystaniu prześwietlenia promieniami X.