CZ310593B6 - Zařízení pro testování elektrochemické migrace - Google Patents

Abstract

Zařízení obsahuje testovací komoru (1) uzavíratelnou víkem (2), u jejíhož dna je testovací kapalina (4), v jejíž blízkosti je umístěné regulovatelné topné zařízení (5). Nad hladinou testovací kapaliny (4) je v prostoru testovací komory (1) umístěn výškově a úhlově nastavitelný nosič testovaného vzorku (8). Zařízení je opatřeno napájecím kabelem (8.1) pro propojení testovaného vzorku (8) s napěťovým zdrojem (11). Je výhodné, je-li zařízení vybaveno alespoň některými senzory teploty a/nebo vlhkosti, které jsou propojeny s řídicí a vyhodnocovací jednotkou (13).

Description

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká zařízení umožňující novou metodu testování elektrochemické migrace, dále jen ECM, zejména v oblasti elektrotechnického průmyslu. Zařízení je určené především pro testování vhodnosti použitých materiálových kombinací za účelem zjištění jejich náchylnosti k elektrochemické migraci a růstu dendritů. Testy na elektrochemickou migraci patří k základním testům, které se provádí k ověření spolehlivosti zařízení.

Dosavadní stav techniky

Elektrochemická migrace je známý fenomén, ke kterému dochází na substrátu mezi dvěma elektrodami za přítomnosti elektrolytu a elektrického, většinou stejnosměrného, pole mezi nimi. Většinou je tento fenomén sledován na deskách plošných spojů. Pro testování elektrochemické migrace existuje mnoho metod, které se za tímto účelem používají. Všechny metody mají jednu společnou věc, a to vytvoření elektrolytu mezi elektrodami. Vytvoření elektrolytu se provádí prostřednictvím přímé depozice kapaliny mezi elektrody, jedná se o takzvaný water drop test. Další možností je umístění substrátu s elektrodami do prostředí se zvýšenou vlhkostí, jako jsou klimatické komory či exikátory, kde dochází k vytvoření elektrolytické vrstvy kondenzací vlhkosti na povrchu substrátu. V neposlední řadě se jedná o umístění substrátu s elektrodami na chladné těleso s teplotou nižší, nežli je teplota rosného bodu, kdy dochází ke kondenzaci okolní vlhkosti na substrátu, včetně prostoru mezi elektrodami. V případě, že je mezi elektrodami elektrický potenciál, jsou splněné základní podmínky umožňující elektrochemickou migraci. Zařízení jsou pak doplněna o možnost sledování elektrochemické migrace elektrickými či optickými metodami.

Je znám dokument CN 113376239 A „Electrochemical migration test method and device for power packing“. Jde o metodu testování elektrochemické migrace ECM, která umožňuje snadné in-situ pozorování ECM při Thin electrolyte layer testu, označovaném TEL, spolu se sledováním a zaznamenáním změn napětí a proudu v reálném čase.

Metoda se skládá z následujících kroků.

Prvním krokem je popis tisku testovaného vodivého vzoru na substrát pomocí vodivého inkoustu. Preferované parametry inkoustu spolu s doporučeným postupem výroby jsou detailně popsané v patentu. Poté následuje provedení povrchové úpravy pomocí plazmování a následné zafixování vysokoteplotní páskou určité oblasti čtvercové plochy tak, aby se tam mohl vytvořit tekutý film se stejnou tloušťkou a plochou. Posledním krokem je pozorování ECM, kdy se umístí vzorek do měřicího stanoviště, nastaví se optický mikroskop na sledování vzorku a připojí se měřič výkonu k elektrodám testovaného vzorku. Poté dochází ke kápnutí tekutiny na vzorek tak, aby vytvořil požadovaný tekutý film a až poté přiložení napětí.

Metoda je rychlá, snadno ovladatelná, jednoduchá na přípravu a snadno se s ní pozoruje ECM. Je zde přesně kontrolovaná kontaktní plocha mezi vzorkem a elektrolytem, což může zvýšit přesnost kvantitativní analýzy procesu ECM a její opakovatelnost.

Při provádění tohoto způsobu je vzorek položen na podložku pod optický mikroskop/optickou kameru a je připojen na zdroj napětí. Testovací oblast vzorku je ohraničena vysokoteplotní páskou tak, aby se uvnitř oblasti udržela definovaná vrstva testovací kapaliny. Zdroj napětí je propojen se zařízením monitorující napětí a proud.

Nevýhodou popisovaného řešení je, že popisuje metodu, která nezahrnuje kondenzaci

- 1 CZ 310593 B6 elektrolytické vrstvy, která je důležitým ovlivňujícím faktorem ECM, a tedy nesleduje celkové reálné chování ECM. Test tedy nelze použít pro určité analýzy, kde kondenzace může hrát významnou roh.

Dále je známo řešení podle CN 103344691 A o názvu „Water-drop systém for electrochemical migration experiment. Stanoviště se skládá z počítačové jednotky, motorového hnacího zařízení, krokového motoru, kapacího zařízení, zařízení na videozáznam, zařízení na měření izolačního odporu, tlakového senzoru a podložky pro testovaný vzorek. Počítačová jednotka je propojena s tlakovým senzorem, zařízení na videozáznam a zařízení na měření izolačního odporu, odkud sbírá data. Hnací zařízení ovládá krokový motor, který je připojen k podložce a může tedy měnit polohu podložky v horizontální poloze. Pohyby od kapacího zařízení pod zařízení jsou zaznamenávány na videozáznam. Na podložce je tlakový senzor, na kterém je položen testovací vzorek. Kapací zařízení se skládá z dalšího krokového motoru, spojovací tyče, pístu a kapátka, kdy krokový motor ovládaný počítačem pohybuje s tyčí spojující motor a píst. Pohybem pístu se pak na vzorek aplikuje definované množství kapaliny skrz kapátko.

Výhodou takového zapojení je automatické řízení kapání vody a jejího množství, kdy se předchází chybám, které jsou způsobeny ruční manipulací u klasického water drop testu. Zároveň je díky použití triaxiálních a stíněných kabelů sníženo rušení a testovací šum a může dojít ke zvýšení i přesnosti měření izolačního odporu.

Nevýhodou tohoto řešení je, že nezahrnuje kondenzaci elektrolytické vrstvy, která je důležitým ovlivňujícím faktorem ECM, a tedy nesleduje celkové reálné chování ECM. Test tedy nelze použít pro určité analýzy, kde kondenzace může hrát významnou roh.

Je známo řešení podle GB 2557439 o názvu „ Apparatus and method relating to electrochemical migration“. Tento dokument zahrnuje způsob měření, zařízení, systém a počítačový software související s elektrochemickou migrací. Popisuje způsob testování elektrického obvodu, kdy je obvod tepelně připojen na tepelný rezervoár a uložen uvnitř testovací komory. V testovací komoře je řízena a měřena její teplota tak, aby v průběhu zkoušky došlo ke kondenzaci na povrchu obvodu. Zároveň dochází k monitorování elektrických parametrů uvnitř komory. Kondenzace je způsobena teplotním rozdílem mezi elektrickým obvodem a testovací komorou, kdy teplota obvodu v komoře musí alespoň jednou dosáhnout teploty rosného bodu nebo nižší. Teplota komory je daná zvoleným teplotním profilem, což umožňuje opakovatelnost zkoušky. Příkladem teplotního profiluje například postupné ohřívání s nárůstem teploty o 1 °C za minutu, při dosažení požadované teploty nastavení konstantní teploty v komoře po zvolený čas a poté opět ochlazování komory s teplotním poklesem 1 °C za minutu. V komoře je možné kontrolovat i vlhkost, aby se podpořila kondenzace na povrchu obvodu.

Zařízení se skládá z testovací komory, ke které je z venku připojeno zařízení na ovládání teplotních a vlhkostních parametrů v komoře. Uvnitř komory se nachází testovaný vzorek, který je položen na tepelné zařízení, ovlivňující teplotu testovaného vzorku. Testovaný vzorek je připojen na monitoring elektrických parametrů vzorku, který se nachází mimo komoru. Monitoring a zařízení na ovládání vnitřních parametrů v komoře jsou připojeny ke společnému ovládacímu zařízení.

Nevýhodou se jeví skutečnost, že přesné ovládání teplotních a vlhkostních parametrů může být náročné a drahé. Testovací zařízení zároveň nezahrnuje optické zařízení na pozorování ECM.

Dalším známým dokumentem je CN 113218857 A o názvu „Electrochemical analysis device and method for electrochemical migration of electronic producf. Je zde popsána metoda pro sledování elektrochemické migrace, která umožňuje přesné nanášení kapek pokud jde o objem, pozici, váhu, a zároveň umožňuje vystavení vzorku prostředí, kde je možné ovlivňovat více faktorů jako je teplota, vlhkost, okolní plyny. Pracoviště se skládá z uzavřené nádoby, která je napojena na systém cirkulace vzduchu, systémy znečištěných a odpadních plynů a ovládací panel. Uvnitř

-2 CZ 310593 B6 nádoby se nachází pohyblivá, zvedací, podložka, nad kterou je ke stropu nádoby upevněna otočná hlava. Na spodní části otočné hlavy je připojeno testovací zařízení složené z mikrostříkačky, elektrochemické sondy se dvěma elektrodami, referenční a, pomocnou, a mikroskopu. Sonda je připojena ke stanici se zdrojem napětí a počítačem. Před samotným testováním je vzorek upevněn na pohyblivé podložce a, pomocí mikrostříkačky je na něj po kapkách nanesen daný roztok, přičemž je vše ovládáno na ovládacím panelu. Poté se elektrochemická sonda nastaví tak, aby byla její spodní část v kontaktu s kapičkami na desce. Podle požadavků na okolní prostředí je možné přivést do nádoby požadovaný plyn a nastavit okolní teplotu a vlhkost. Po nastavení podmínek je na vzorek přivedeno napětí. Měření může probíhat 1 až 24 hodin, zatímco získaná data jsou ukládaná do počítače.

Nevýhodou uvedeného řešení je, že popisuje metodu, která nezahrnuje kondenzaci elektrolytické vrstvy, která je důležitým ovlivňujícím faktorem ECM, a tedy nesleduje celkové reálné chování ECM. Test tedy nelze použít pro určité analýzy, kde kondenzace může hrát významnou roli.

Dalším známým dokumentem je JP 2011153886 A o názvu „Method for evaluating electrochemical migration, and evaluation systém. Cílem metody bylo hodnocení elektrochemické migrace, ke které došlo mezi elektrodami. Metoda je založena na výpočtu impedance pomocí ekvivalentního elektrického obvodu popisující pohyb náboje mezi anodou a katodou pomocí odporů a kapacit. Celý systém se skládá z uzavřené nádoby, u které lze ovládat teplotu a vlhkost, v ní je položený testovací vzorek napojený na zdroj napětí a zařízení na měření proudu a výpočet impedance ze získaných dat. V poslední řadě je nad testovacím vzorkem umístěno optické zařízení na sledování procesu elektrochemické migrace. Patentová žádost byla zamítnuta, jelikož se jednáo veřejně používanou metodu, kterou je možné se základními znalostmi problematiky jednoduše provést.

Je rovněž znám dokument CN 112462146 A „Salt droplet detection method for detecting capability of electrode materials in resisting failures caused by electrochemical migration, který popisuje testovací metodu, která je všeobecně známá jako Water Drop Test WDT, V tomto případě byla metoda použita pro porovnání různých materiálů elektrod a posouzení jejich schopnosti odolávat elektrochemické migraci způsobené znečištěním rozpustnou solí. Jako elektrolyt je zde využit roztok NaCl nebo Na2SC>4 s definovanou koncentrací. Před testováním se nejdříve vzorek musí očistit a následné usušit. Ten je pak připojen na pikoampérmetr. Po kápnutí roztoku na testované elektrody tak, aby kapky kompletně pokrývaly jejich povrch, je přivedeno napětí. V průběhu s intervalem 1 sekunda je měřen izolační odpor do té doby, než hodnota odporu neklesne na 50 kQ a po 120 sekundách se měření vypne. Během měření lze proces elektrochemické migrace sledovat i na optickém mikroskopu.

Zařízení tvoří klasický set up water drop testu. Nad testovaným vzorkem se nachází optický mikroskop, který sleduje testovaný vzorek a přenáší obraz do počítače. Testovaný vzorek je připojen na měřicí zařízení, které slouží jako zdroj napětí a zároveň snímá změny v elektrických parametrech vzorku. Měřicí zařízení je ovládáno počítačem.

Jde o všeobecně známou metodu testování ECM pomocí WDT. Při testu je vynechána kondenzační fáze. Test tedy nelze použít pro určité analýzy, kde vznik elektrolytické vrstvy pomocí kondenzace může hrát významnou roli.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody a nedostatky odstraňuje zařízení pro testování elektrochemické migrace podle předkládaného řešení obsahující testovací komoru pro umístění testovacího vzorku a testovací kapalinu. Podstatou nového řešení je, že testovací kapalina je umístěna přímo uvnitř u dna testovací komory uzavíratelné víkem. V blízkosti testovací kapaliny je pro její ohřev umístěno regulovatelné topné zařízení. Nad hladinou testovací kapaliny jev prostoru testovací

-3 CZ 310593 B6 komory umístěn výškově a úhlově nastavitelný nosič testovaného vzorku. Zařízení je opatřeno napájecím kabelem pro propojení testovaného vzorku s napěťovým zdrojem.

V jednom možném provedení je topné zařízení propojené obousměrně přímo nebo přes regulátor teploty s řídicí a vyhodnocovací jednotkou vybavenou software pro sledování teplotních a vlhkostních parametrů a jejich vyhodnocování. Tato řídicí a vyhodnocovací jednotka je obousměrně propojená s měřicím zařízením. Napěťový zdroj je obousměrně propojen s řídicí a vyhodnocovací jednotkou. Zařízení je vybaveno alespoň jedním senzorem teploty testovací kapaliny a/nebo alespoň jedním senzorem teploty na testovaném vzorku a/nebo alespoň jedním senzorem teploty a vlhkosti prostoru testovací komory. Kabel pro propojení měřicího zařízení s testovaným vzorkem, jakož i kabely propojené obousměrně s řídicí a vyhodnocovací jednotkou, a to kabel od senzoru teploty a vlhkosti v prostoru testovací komory, kabel od senzoru teploty na testovaném vzorku a kabel od senzoru teploty testovací kapaliny jsou vyvedeny z testovací komory přes alespoň jednu průchodku. Testovací komora je opatřena uzavíratelným otvorem pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku.

Průchodka, respektive průchodky, a otvor pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku jsou s výhodou hermeticky uzavřeny. Otvor pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku je vytvořen ve víku nebo v těle testovací komory. Pokud jde o průchodky, pak alespoň jedna průchodka je vytvořena ve víku a/nebo v těle testovací komory.

Pro pozorování elektrochemické migrace je výhodné, je-li v zorném poli testovaného vzorku umístěno optické zařízení, které je z testovací komory vyvedeno kabelem obousměrně propojeným s řídicí a vyhodnocovací jednotkou.

V jednom výhodném provedení je na dně testovací komory umístěn stojan. Stojan má tři stojiny, první stojinu s výškově a úhlově nastavitelným prvním ramenem pro umístění senzoru teploty a vlhkosti prostoru testovací komory, druhou stojinu s výškově a úhlově nastavitelným druhým ramenem pro umístění senzoru teploty testovací kapaliny ponořeným do testovací kapaliny, a třetí stojinou s výškově a úhlově nastavitelným třetím ramenem pro umístění optického zařízení. Nosič pro fixaci testovaného vzorku jev tomto případě tvořen výškově a úhlově nastavitelným čtvrtým ramenem na první stojině, na kterém je uchycen testovaný vzorek se senzorem teploty na testovaném vzorku.

Pokud jde o použitou testovací kapalinu, je podle zvolených parametrů testu ze skupiny destilovaná voda, roztok Na2SC>4, roztok NaCl.

Nové zařízení zachovává výhody známých metod testování ECM a omezuje jejich nevýhody. Oproti testování pomocí WDT zahrnuje fázi kondenzace, testovací podmínky tedy odpovídají reálným podmínkám pro vznik ECM. Oproti testování ECM pomocí klimatických komor snižuje významně čas testování a zároveň snižuje ekonomickou náročnost.

Dosavadní metody testování ECM buď opomíjejí fázi kondenzace v rámci testování ECM, nebo je jejich realizace náročná, neboť je potřeba specializované zařízení. Nové zařízení představuje rychlé provádění testování, kdy díky přítomnosti testovací kapaliny v testovací komoře, která je nahřívána, dochází ke kondenzaci testovací kapaliny na testovaném vzorku, který je umístěn nad testovací kapalinou. Umístění testovací kapaliny do stejné testovací komory a přímo pod testovaný vzorek nebylo zatím nikde realizováno. Zařízení umožňuje rychlejší dosažení rovnovážného stavu. Představuje levnější a jednodušší řešení, které nevyžaduje žádný cirkulační systém ani externí nádobu s testovací kapalinou pro tvorbu vlhkosti v testovací komoře.

Objasnění výkresů

Zařízení pro testování elektrochemické migrace podle tohoto vynálezu je podrobněji popsáno na

-4 CZ 310593 B6 konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je uvedeno blokové schéma celého zařízení. Obr. 2 a obr. 3 představují příklady umístění jednotlivých prvků v testovací komoře.

Příklady uskutečnění vynálezu

Jeden příklad provedení zařízení pro testování elektrochemické migrace je uveden na obr. 1. Zařízení zde obsahuje testovací komoru 1 s testovací kapalinou 4, senzory pro sledování teplotních a vlhkostních parametrů v testovací komoře 1 a na testovaném vzorku 8, napěťový zdroj 11 pro napájení testovaného vzorku 8, regulovatelné topné zařízení 5, měřicí zařízení 12 a řídicí a vyhodnocovací jednotku 13. Pokud jde o senzory, jejich typ a počet se může měnit. Tato řídicí a vyhodnocovací jednotka 13 je vybavena software pro sledování teplotních a vlhkostních parametrů, sledování změn vlastností testovaného vzorku 8 a jejich vyhodnocování. Pokud jde o senzory, je použit senzor 9a pro snímání teploty a vlhkosti v prostoru testovací komory 1, senzor 9b pro snímání teploty na testovaném vzorku 8 a senzor 9c pro sledování teploty testovací kapaliny 4. U dna testovací komory 1 hermeticky uzavřené víkem 2 je testovací kapalina 4. V blízkosti prostoru s testovací kapalinou 4 je umístěno topné zařízení 5, které je propojené obousměrně přímo, nebo v tomto příkladu přes regulátor 14 teploty, s řídicí a vyhodnocovací jednotkou 13. V testovací kapalině 4 je umístěn senzor 9c pro sledování teploty testovací kapaliny 4. Nad hladinou testovací kapaliny 4 je v prostoru testovací komory 1 umístěn nosič pro fixaci testovaného vzorku 8, který je opatřen senzorem 9b pro snímání teploty na testovaném vzorku 8. Dále je v prostoru testovací komory umístěn senzor 9a pro snímání teploty a vlhkosti v prostoru testovací komory Objem testovací kapaliny 4 je volen zejména v závislosti na druhu použité testovací kapaliny 4, velikosti testovací komory 1 a požadovaných parametrů prováděného testu pro dosažení rovnovážného stavu v testovací komoře L Zařízení dále obsahuje napájecí kabel 81 pro připojení napěťového zdroje 11 k testovanému vzorku 8, kde tento napěťový zdroj je obousměrně propojen s řídicí a vyhodnocovací jednotkou 13. Dalším kabelem je kabel 8,2 pro propojení měřicího zařízení 12 s testovaným vzorkem 8. Měřicí zařízení je obousměrně propojeno s řídicí a vyhodnocovací jednotkou 13. Součástí zařízení jsou také kabely propojené obousměrně s řídicí a vyhodnocovací jednotkou 13. a to kabel 9,1a od senzoru 9a teploty a vlhkosti v prostoru testovací komory 1, kabel 9,1b od senzoru 9b teploty na testovaném vzorku 8 a kabel 9,1c od senzoru 9c teploty testovací kapaliny 4. Všechny tyto kabely jsou vyvedeny z testovací komory 1 přes alespoň jednu průchodku 3a. Testovací komora 1 je také opatřena uzavíratelným otvorem 3b pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku 8. Celá tato sestava je tedy hermeticky uzavřená, aby nedocházelo v průběhu testů k úniku testovací kapaliny 4, která je umístěná uvnitř testovací komory 1.

Víko 2 je realizované tak, aby s ním bylo možné snadno manipulovat, to je otevírat testovací komoru 1 k vyjmutí/vložení testovaného vzorku 8. Zároveň je důležité dosáhnutí co největší možné hermetizace, když je testovací komora 1 zavřená, aby se předešlo úniku testovací kapaliny během měření.

Průchodku 3a je možné realizovat jako jeden otvor, ale i jako více otvorů. V závislosti na konkrétních potřebách a uspořádání měřicí soustavy mohou být průchodky 3a ve víku 2 nebo ve stěně testovací komory j_, nebo na obou místech.

Otvor 3b pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku 8 může být vytvořen ve víku 2 nebo v těle testovací komory L Pokud jde o průchodky 3a, mohou být všechny ve víku 2 nebo všechny v těle testovací komory 1 nebo některé ve víku 2 a některé v těle testovací komory L

Pro optické monitorování průběhu elektrochemické migrace a sběr dat je možné do prostoru testovací komory 1, a to v zorném poli testovaného vzorku 8, umístit optické zařízení 10. Toto optické zařízení JO je z testovací komory 1 vyvedeno kabelem 10,1 obousměrně propojeným s řídicí a vyhodnocovací jednotkou 13. Optickým zařízením 10 se rozumí jakékoliv optické

-5 CZ 310593 B6 zařízení vhodné pro dané podmínky uvnitř testovací komory 1 nádoby, například s certifikací IP X5 a vyšší, které umožňuje pozorování elektrochemické migrace na testovaném vzorku 8. Vhodným možným řešením je optická mikroskopická kamera umožňující videozáznam/snímky z testování a zároveň určité detailní přiblížení sledovaného obrazu.

Měřicím zařízením 12 se rozumí přístroj pro měření elektrických veličin. Lze využít ampérmetr pro přímé měření proudu procházejícího testovaným vzorkem 8, voltmetr pro měření úbytku napětí na vhodně zvoleném odporovém bočníku nebo ohmmetr, tedy měřič izolačního odporu, kdy je v tom případě toto zařízení zdrojem testovacího napětí. Elektrický zkrat na testovaném vzorku 8 vzniklý elektrochemickou migrací je detekován prudkou změnou měřené veličiny, desítky %/s.

Testovací kapalinou 4, se rozumí destilovaná voda, která se používá jako standardní médium pro testování pomocí WDT nebo v klimatických komorách. Dle požadavků lze ale použít i jiné druhy kapalin. Například pro simulaci silně znečištěného prostředí lze použít roztok Na2SC>4, pro simulaci mořského podnebí roztok NaCl a podobně. V případě použití testovací kapaliny jiné než destilované vody je potřeba pečlivé čištění testovací komory i při změně testovací kapaliny, aby nedošlo ke kontaminaci.

Topné zařízení 5 slouží ke kontrolovanému ohřevu testovací kapaliny 4. je možné představit si topné zařízení 5, které vytváří konstantní teplotu a bude zahřívat kapalinu na fixní teplotu. V praxi se ale bude většinou jednat o regulovatelné topné zařízení 5, jehož realizace mohou být různé. Topné zařízení 5 může být realizováno topnou plochou pod testovací komorou 1, jak je znázorněno na obr. 1., přičemž je ohřev plochy řízen regulátorem 14. K ohřevu testovací kapaliny 4 je možné použít například i topné těleso, které bude vloženo přímo do dané testovací kapaliny 4. Nicméně, tímto topným tělesem nesmí dojít ke kontaminaci testovací kapaliny 4.

Pokud se jedná o rozmístění senzorů 9a, 9b a 9c a umístění testovaného vzorku 8 uvnitř testovací komory 1, jsou zde uvedeny dva příklady uspořádání.

Je rovněž možné realizovat zjednodušené provedení podle obr. 3, kdy je na dně testovací komory 1 opět umístěn stojan 6 opatřený první stojinou 6,1 s výškově a úhlově nastavitelným prvním ramenem 7,1a pro umístění senzoru 9a teploty a vlhkosti prostoru testovací komory L Na stojanu 6 je dále vytvořena druhá stojina 6.2 s výškově a úhlově nastavitelným druhým ramenem 7,2 pro umístění senzoru 9c teploty testovací kapaliny 4. Toto druhé rameno 7,2 je ponořeno v testovací kapalině 4. Na stojanu 6 je realizována ještě třetí stojina 6,3 s výškově a úhlově nastavitelným třetím ramenem 7,3 pro umístění optického zařízení 10. V tomto příkladu je nosič pro fixaci testovaného vzorku 8 tvořen do prostoru testovací komory 1 zavěšenou mřížkou 15. která je s výhodou výškově nastavitelná.

Jeden konkrétní příklad provedení zařízení je uveden na obr. 2. Na dně testovací komory 1 umístěn stojan 6. Stojan 6 má první stojinou 6,1 s výškově a úhlově nastavitelným prvním ramenem 7,1a pro umístění senzoru 9a teploty a vlhkosti prostoru testovací komory 1, druhou, do testovací kapaliny 4 ponořenou, stojinou 6,2 s výškové a úhlové nastavitelným druhým ramenem 7,2 pro umístění senzoru 9c teploty testovací kapaliny 4 a třetí stojinou 6,3 s výškově a úhlově nastavitelným třetím ramenem 7,3 pro umístění optického zařízení 10. V tomto příkladu je nosič pro fixaci testovaného vzorku 8 tvořen výškově a úhlově nastavitelným čtvrtým ramenem 7,1b vytvořeným na první stojině 6,1. na kterém je uchycen testovaný vzorek 8 a senzor 9b teploty na testovaném vzorku 8.

Cílem je realizace zařízení umožňujícího hodnocení jevu elektrochemické migrace, ke kterému dochází mezi elektrodami s rozdílným elektrickým potenciálem. Podstatou je vytvořit podmínky pro kondenzaci elektrolytické vrstvy a elektrické pole pro elektrochemickou migraci, avšak jiným způsobem, než je tomu u známých zařízení. Tyto podmínky jsou vytvořeny na testovaném vzorku 8, který je spolu s testovací kapalinou 4 umístěn v testovací komoře 1. Zcela nové a

-6 CZ 310593 B6 rozhodující je, že testovaný vzorek 8 je umístěn nad testovací kapalinou 4, která je po dobu trvání testu zahřívána na takovou teplotu, aby došlo k jejímu vypařování, a tedy k rychlejšímu vytvoření rovnovážné úrovně relativní vlhkosti. Na testovaném vzorku 8 dochází ke kondenzaci vlhkosti, která vytváří jednu z hlavních podmínek pro sledování elektrochemické migrace. Testovaný vzorek 8 je připojen na napěťový zdroj 11 a měřicí zařízení 12 sloužící k monitorování elektrických parametrů na testovaném vzorku 8. V testovací komoře 1, v testovací kapalině 4, v prostoru nad testovací kapalinou 4 a na testovaném vzorku 8 jsou umístěné senzory zajišťující monitorování teploty a vlhkosti. Testovaný vzorek 8, respektive proces elektrochemické migrace, je rovněž možné snímat vizuálně. Senzory 9a, 9b a 9c, napěťový zdroj 11. měřicí zařízení 12 a mikroskopická kamera realizující optické zařízení 10 jsou propojeny s řídicí a vyhodnocovací jednotkou 13. Elektrochemická migrace je vyhodnocena na základě záznamu dat z měřicího zařízení 12, kdy jsou vyhodnocovány změny v elektrických parametrech testovaného vzorku 8.

V nejjednodušším základním provedení bez senzorů 9a, 9b a 9c, bez měřicího zařízení 12 a bez řídicí a vyhodnocovací jednotky 13 je možné provést test vizuálně, kdy v testovací komoře 1 bude ohřátá testovací kapalina 4, která bude kondenzovat na testovaném vzorku 8 napojeném na napěťový zdroj 11.

Postup testování s novým zařízením je následovný. Před samotným testem je potřeba připravit jednotlivé části uvnitř testovací komory 1 obsahující testovací kapalinu 4. Pozice nosiče testovaného vzorku 8, tedy mřížky 15 nebo podle druhého příkladu čtvrtého ramena 7,1b. držící testovaný vzorek 8 se nastaví podle parametrů zkoušky a zvolí se požadovaný úhel naklonění a výška umístění testovaného vzorku 8. Pozice třetího ramena 7,3 nesoucího optické zařízení 10 se nastaví tak, aby byl snímán testovaný vzorek 8 a aby toto optické zařízení 10 bylo zaostřeno. Testovaný vzorek 8 je možné vložit do testovací komory 1 hned na začátku testování. Testovací komora 1 se začne zahřívat a v okamžiku, kdy jsou splněny požadované podmínky testu, tedy kdy na testovaném vzorku 8 kondenzuje voda, se na testovaný vzorek 8 připojí elektrické napětí. Druhou možností je, že se zatím bez vloženého testovacího vzorku 8 testovací komora 1 uzavře víkem 2. V testovací komoře 1 se začne ohřívat testovací kapalina 4. Při dosažení požadované teploty testovací kapaliny 4 a relativní vlhkosti uvnitř testovací komory 1 v závislosti na parametrech testu, se vloží testovaný vzorek 8 vkládacím otvorem 3b do testovací komory 1, která se opět hermeticky uzavře. Jinými slovy, jakmile testovací kapalina 4 dosáhne požadované teploty, nedochází k jejímu dalšímu zvyšování. Teplota je pouze udržována, aby se zajistilo co nej rovnoměrnější vypařování a dosažení požadované relativní vlhkosti. Po rychlém ustálení podmínek v testovací komoře 1, opět záleží na parametrech testu, dá řídicí a vyhodnocovací jednotka 13 příkaz k připojení napětí na testovaný vzorek 8 a ke sběru dat elektrických parametrů. Uvnitř testovací komory 1 dochází na testovaném vzorku 8 k tvorbě elektrolytické vrstvy kondenzací testovací kapaliny 4. Test probíhá do chvíle, kdy nastane elektrický zkrat na testovaném vzorku 8. Po dobu testu probíhá záznam dat ze senzorů 9a, 9b a 9c, měřicího zařízení 12 a optického zařízení 10. Elektrický zkrat je detekován prudkou změnou měřené elektrické veličiny a druhotně opticky pomocí optického zařízení 10. Poté je test ukončen. Ze záznamu dat je určen čas do poruchy od chvíle přivedení napětí na testovaný vzorek 8 po elektrický zkrat.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro testování jevu elektrochemické migrace je využitelné zejména v oblastech, kde je zapotřebí otestovat náchylnost použitých materiálových kombinací na elektrochemickou migraci. Jedná se tedy otestování spolehlivosti především desek plošných spojů s ohledem na klimatické podmínky, ve kterých má být dané elektrotechnické zařízení používáno.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro testování elektrochemické migrace obsahující testovací komoru (1) pro umístění testovaného vzorku (8) a testovací kapalinu (4), vyznačující se tím, že testovací kapalina (4) je umístěna uvnitř u dna testovací komory (1) uzavíratelné víkem (2), v její blízkosti je pro její ohřev umístěno regulovatelné topné zařízení (5) a nad hladinou testovací kapaliny (4) je v prostoru testovací komory' (1) umístěn výškově a úhlově nastavitelný nosič testovaného vzorku (8), přičemž zařízení je opatřeno napájecím kabelem (8.1) pro propojení testovaného vzorku (8) s napěťovým zdrojem (11).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že topné zařízení (5) je propojené obousměrně přímo nebo přes regulátor (14) teploty s řídicí a vyhodnocovací jednotkou (13) vybavenou softwarem pro sledování teplotních a vlhkostních parametrů a jejich vyhodnocování, která je obousměrně propojená s měřicím zařízením (12), a napěťový zdroj (11) je obousměrně propojen s řídicí a vyhodnocovací jednotkou (13), přičemž zařízení je vybaveno alespoňjedním senzorem (9c) teploty testovací kapaliny (4) a/nebo alespoňjedním senzorem (9b) teploty na testovaném vzorku (8) a/nebo alespoňjedním senzorem (9a) teploty a vlhkosti prostoru testovací komory (1), kde kabel (8.2) pro propojení měřicího zařízení (12) s testovaným vzorkem (8), jakož i kabely propojené obousměrně s řídicí a vyhodnocovací jednotkou (13), a to kabel (9.1a) od senzoru (9a) teploty a vlhkosti v prostoru testovací komory (1), kabel (9.1b) od senzoru (9b) teploty na testovaném vzorku (8) a kabel (9.1c) od senzoru (9c) teploty testovací kapaliny (4), jsou vyvedeny z testovací komory (1) přes alespoň jednu průchodku (3a) a testovací komora (1) je opatřena uzavíratelným otvorem (3b) pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku (8).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že průchodka (3a) a otvor (3b) pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku (8) jsou hermeticky uzavřeny.
4. 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že otvor (3b) pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku (8) je vytvořen ve víku (2).
5. 5. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že otvor (3b) pro vložení a vyjmutí testovaného vzorku (8) je vytvořen v těle testovací komory (1).
6. 6. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že alespoň jedna průchodka (3a) je vytvořena ve víku (2) a/nebo v těle testovací komory (1).
7. 7. Zařízení podle nároku 1 a kteréhokoliv z nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že v zorném poli testovaného vzorku (8) je umístěno optické zařízení (10), které je z testovací komory (1) vyvedeno kabelem (10.1) obousměrně propojeným s řídicí a vyhodnocovací jednotkou (13).
8. 8. Zařízení podle nároku 1 a kteréhokoliv z nároků 2 až 7, vyznačující se tím, že na dně testovací komory (1) je umístěn stojan (6) opatřený první stojinou (6.1) s výškově a úhlově nastavitelným prvním ramenem (7.1a) pro umístění senzoru (9a) teploty a vlhkosti prostoru testovací komory (1), druhou stojinou (6.2) s výškově a úhlově nastavitelným druhým ramenem (7.2) pro umístění senzoru (9c) teploty testovací kapaliny (4), kde toto druhé rameno (7.2) je ponořeno v testovací kapalině (4), a třetí stojinou (6.3) s výškově a úhlově nastavitelným třetím ramenem (7.3) pro umístění optického zařízení (10), přičemž nosič pro fixaci testovaného vzorku (8) je tvořen výškově a úhlově nastavitelným čtvrtým ramenem (7.1b) na první stojině (6.1), na kterém je uchycen testovaný vzorek (8) a senzor (9b) teploty na testovaném vzorku (8).
9. 9. Zařízení podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 až 8, vyznačující se tím, že testovací kapalina (4) je ze skupiny destilovaná voda, roztok IS^SCL, roztok NaCl.