MXPA02011873A

MXPA02011873A - Aparato y metodo para reducir la electromigracion.

Info

Publication number: MXPA02011873A
Application number: MXPA02011873A
Authority: MX
Inventors: William John Testin
Original assignee: Thomson Licensing Sa
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2003-04-10
Also published as: CN1432211A; KR20030005415A; KR100821988B1; CN1209877C; US7533193B2; DE10196260T1; US20040012492A1; JP5276761B2; AU2001264952A1; JP2003536159A; WO2001095499A1

Abstract

Un aparato y metodo para el mismo en donde en lugar de aplicar un alto voltaje 100 de impulso al 100 por ciento del tiempo a las guias susceptibles a la formacion de dendritas, el voltaje de impulso se conmuta de un bajo voltaje de impulso a un modo de alto voltaje de impulso cuando las guias (19) van a ser leidas o escaneadas por un microprocesador (14), y el voltaje de impulso despues se conmuta de regreso a un modo debajo voltaje de impulso cuando las lineas no van a ser leidas, por ejemplo, en otros momentos, lo cual reduce mucho el tiempo "encendido" del impulso alto y reduce drasticamente la probabilidad de formacion de dendritas. La reduccion del tiempo "encendido" del alto voltaje de impulso se logra al programar el microprocesador (14) para conmutar los puertos (16) de entrada aplicables para ser puertos de salida, cuando las guias (19) no van a ser leidas. Como puertos de salida, la impedancia de salida y el voltaje de salida del microprocesador son bajos, opuestos a una alta impedancia de entrada cuando las terminales son terminales de entrada. Cuando las guias estan configuradas como guias de salida, la division de voltaje de la impedancia baja de salida del microprocesador, en combinacion con un resistor (12) de jalado con gran valor, el cual proporciona el alto voltaje de impulso cuando las guias son guias de entrada, hace que el impulso del voltaje en las guias bajo, lo cual reduce por mucho la probabilidad de formacion de dendritas.

Description

APARATO Y MÉTODO PARA REDUCIR LA ELECTROMIGRACION ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las dendritas, también conocidas como patillas son filamentos metálicos, cristalinos, microscópicos que crecen hacia fuera en varias direcciones de soldaduras, cobre y otros metales igualmente susceptibles. Las dendritas tienen la apariencia de cabellos muy finos que pueden puentear conductores o partes adyacentes, por ejemplo, en una superficie de un tablero de circuito impreso entre dos trazas o entre dos uniones de soldaduras, que en ambos casos tienen un potencial de voltaje entre ellos. La formación de dendritas que estos puentes dendríticos metálicos provocan se desarrolla sobre un periodo de tiempo y se puede extender eventualmente entre las trazas del tablero del circuito impreso, particularmente cuando las trazas están cerca entre sí y/o son de cobre no planchad debido a que el cobre es un metal que, de manera particular, e susceptible y bien conocido por tener problemas de electromigración Las dendritas también se pueden formar entre uniones de soldadura compuestas que pueden estar o no en un tablero de circuito impreso Se demostró ser un problema en los primeros teléfonos en los qu las dendritas entre los componentes atravesaban distancias n triviales. Las dendritas son eléctricamente conductivas y cuando s extienden de punto a punto, forman un corto circuito eléctrico o e raras ocasiones, una resistores parásita. Las estructuras de la dendritas se provocan por medio de la electromigración que a su vez se provoca por una diferencia de voltaje que actúa, por ejemplo, en contaminantes de superficie como el residuo de un flujo de soldadura con base de ácidos que se presenta en un tablero de circuito impreso. El problema se exacerba con la presencia de humedad, mediante un voltaje DC de impulso superior a los aproximadamente 2.0 voltios entre las dos porciones afectadas y/o por trazas de tablero de circuito impreso de cobre desnudas. Por ejemplo, el voltaje de impulso proporciona un potencial que motiva a las partículas de estaño de la soldadura para migrar del potencial positivo al potencial negativo. El corto circuito así producido, elimina el campo de electromigración que el voltaje de impulso genera. En un sistema de procesamiento de señal que tiene un microprocesador, como un receptor de televisión, una VCR, un DVD o similares, el impulso se proporciona mediante la conexión normal de un teclado matriz en el que, por ejemplo, pone un potencial DC de 5.0 voltios mediante una resistores de jalado entre un contacto en un interruptor de contacto temporal y la tierra. El problema se exacerba por la utilización de "descargadores" entre los contactos en el teclado y la tierra. Con el fin de proteger la circuitería de entrada del microprocesador de los daños provocados por las descargas electroestáticas, estos descargadores, que son dos cojinetes de cobre desnudo poco separados, con la soldadura resisten el retiro entre los cojinetes, se "activarán" aproximadamente a 2 KV. Esta área, sin resistores de soldadura y con un voltaje de impulso constante aplicado al teclado, en combinación con flujo residual, lo convierte en una ubicación principal para la formación de dendritas. La formación de dendritas es también un problema para cualquier tipo de trazas no muy separadas en un tablero de circuitos impresos, por ejemplo, guías cercanas recubiertas de soldadura de un circuito integrado. De conformidad con esto, es deseable reducir la formación de dendritas. Un ejemplo de las medidas que se han tomado para reducir la formación de dendritas en la técnica previa se muestra en la Patente de Estados Unidos No. 5,872,512 de Kackman et. al.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un aparato y método para lo mismo, en donde en lugar de aplicar el 100% de un alto voltaje de impulso del tiempo a las guías susceptibles a la formación de dendritas, el voltaje de impulso se conmuta de un bajo voltaje de impulso a un modo de alto voltaje de impulso cuando las guías van a ser leídas o escaneadas mediante un m?croprocesador, después el voltaje de impulso se conmuta nuevamente al modo de bajo voltaje de impulso cuando las líneas no están siendo leídas, por ejemplo, en otras ocasiones, lo cual reduce en gran parte el tiempo "encendido" del alto impulso y reduce de manera drástica la probabilidad de formación de dendritas. La reducción del tiempo "encendido" del alto voltaje de impulso se logra al programar el microprocesador para conmutar los puertos de entrada aplicables a ser puertos de salida cuando las quías no se van a íeer. Como puertos de salida, la impedancia de salida y el voltaje de salida del microprocesador son bajos, opuesto a una alta impedancia de entrada cuando las terminales son terminales de entrada. Cuando las guías se configuran como guías de salida, la división de voltaje de la baja impedancia de salida del m?croprocesador, en combinación con una resistores de jalado de gran valor, que proporciona el alto voltaje de impulso cuando las i guías son guías de entrada, los impulso del voltaje en las guías se hace bajo, lo cual reduce en gran parte la probabilidad de formación de dendritas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Con referencia ahora a los dibujos en donde: ía Figura 1 es un esquema de porciones pertinentes de la representación de conmutadores de un teclado con resistores de jalado y una representación de un microprocesador programable con terminales de entrada. La Figura 2 es un diagrama de flujo del programa del microprocesador para conmutar las terminales pertinentes para qu sean puertos de entrada y puertos de salida y para programar a m?croprocesador para conmutar entre los modos de escaneo y no escaneo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a la Figura 1, se muestra un esquema de porciones pertinentes representativas de los conmutadores 10 de teclados con sus respectivos resistores 12 de jalado y un microprocesador 14 programable que tiene una CPU, una RAM y una ROM adecuadas (no mostradas) con terminales 16 de entrada/salida (l/O) programables acopladas con los respectivos conmutadores 10. El microprocesador de la modalidad ejemplificativa es un ST92196 fabricado por STMicroelectronics Co. y, como es común en estos mícroprocesadores, se pueden programar para terminales 16 l/O individuales para ser, ínter, alia, terminales de entrada o terminales de salida, en un estado alto o bajo. Por parte del fabricante se encuentra disponible una hoja de datos de doscientas páginas, para aquéllos experimentados en la técnica para diseñar circuitos y programar el microprocesador. Los conmutadores 10 incluyen una traza de circuito impreso y su respectivo contacto 18 móvil qué se puede mover hacia el contacto eléctrico con un contacto estacionario a tierra y su respectiva traza 20 de circuito impreso cuando una tecla de un teclado o tablero (no mostrados) es físicamente presionada/empujada por un usuario. Cuando se presiona el contacto 18, se le conduce al contacto eléctrico con la respectiva termina,! 20 a tierra, igual que s respectiva guía/nodo 19. Las trazas 18 y 20 de circuito impres están en cercanía la una con la otra en el teclado de circuit impreso, ya que la conexión está hecha para ambas con la mism tecla y de este modo los puntos 18, 20 de contacto de circuito impreso son ubicaciones primordiales susceptibles a la formación de dendritas. Cuando se hace contacto eléctrico entre los puntos 18, 20 de contacto, los respectivos nodos 22, acoplados con los respectivos nodos 19 a través de las respectivas resistores 24 se acoplan con las terminales 16 de entrada del microprocesador. De este modo, el nodo 22 se cambia de estar en un voltaje de jalado, que en este caso es de +5.0 voltios, a un voltaje más bajo determinado por la división de voltaje en la unión de las respectivos resistores 12 y 24. Esta conmutación a un voltaje menor que el voltaje de jalado índica al microprocesador 14, que la tecla particular ha sido operada. La programación para reconocer tal operación y la programación de los m?croprocesadores para escanear teclados matrices, es obsoleta en la técnica, como se muestra en la Patente de Estados Unidos No. 5,381,142 de Simmons, Jr., de un cesionario anterior común. De manera adicional, las guías/nodos 19 y terminales 16 están protegidas de condiciones de sobrevoltaje de electricidad estática mediante respectivos descargadores 26 que incluyen una terminal 28 conectada al nodo 19 y a una terminal 30 a tierra. Estos descargadores están en cercanía con los cojinetes de circuito impreso en un tablero de circuito impreso (no mostrado) que tiene la resistores de soldadura retirada entre los cojinetes, que se arqueará aproximadamente 2 KV de electricidad estática que ocurre entre los cojinetes. Esta área es una traza de circuito impreso de cobre desnudos sin un plancheado metálico protector, resistente a la soldadura u otro revestimiento metálico protector y con un impulso derivado del Vdd a través de las series de resistores 12 y 24, en combinación con un flujo residual u otras impurezas en el tablero de circuito impreso, también hacen de los descargadores una ubicación primordial para la formación de dendritas. De conformidad con algunos aspectos de la presente invención, debido a que los conmutadores 10 del teclado no se leen la mayor parte del tiempo, una reducción del voltaje en el nodo 19 durante el tiempo inactivo de no-lectura, reduciría en gran parte la probabilidad de formación de dendritas. De este modo, el alto voltaje, es decir, 5.0 voltios, se acopla con los nodos 19, 22 y las termínales 18 cuando el teclado está siendo escaneado para determinar la operación, y en otras ocasiones, este alto voltaje no es necesario, un voltaje bajo entre los respectivos contactos 18, 20 y 28, 30 se proporcionan de una manera que se describirá posteriormente. Durante los periodos de no-escaneo, el voltaje en los nodos 19, 22 se reduce a un bajo voltaje con el fin de reducir la probabilidad de la formación de dendritas. Esto se logra al programar al microprocesador 14 para hacer terminales 16, que como terminales de entrada tienen una alta impedancia de entrada de más de 5 egohm, cuando escriben al registro de dirección de datos, para se terminales 16 de salida que tienen una baja impedancía de salida en el modo de salida de empuje /jalado de 1 Kohm para un único estado lógico y 250 ohms en el estado lógico cero. Cuando las terminale 16 están en el modo de baja impedancia de salida, el voltaje en lo nodos 19, 22 es la división del voltaje de las resistores 12 de jalado de 100 Kohm a 200 Kohm y la respectiva ¡mpedancia de salida del microprocesador 14. De este modo, el voltaje entre las terminales 18, 20 y 28, 30 es aproximadamente.de 50 a 100 milivoltios y la probabilidad de formación de dendritas se reduce en gran parte sin importar el estado lógico de la terminal de salida que se utilice. Se debe apreciar que los valores de las resistores 12 de jalado pueden hacerse más grandes de manera que si el dispositivo se carga por medio de baterías, por ejemplo, un control remoto, el drenaje de corriente a través de los resistores 12 cuando las guías 19 están en el modo de bajo voltaje de impulso será difícilmente comparado con el resto de la carga en la batería. De manera adicional, aunque los resistores 12 de jalado externos al microprocesador 14, muchos otros microprocesadores tienen resistores de jalado internos. Además de la protección de sobrevoltaje de los descargadores que se analizó previamente, los condensadores 21 1000pf se acoplan entre los respectivos nodos 19 y se ponen a tierra con el fin de ayudar a absorber las descargas de electricidad estática que pudieran aparecer en el nodo. Estos condensadores, en combinación con los resistores 24, ayudan a proteger las terminales de entrada del microprocesador 14 de los daños causados por las descargas de electricidad estática. Se debe apreciar que la presente invención se aplica de igual manera si los niveles lógicos se invierten, es decir, los resistores de jalado se cambian por resistores de jalado descendente, o si los voltajes de impulso negativos se aplican a las guías del teclado. En tal caso, la electromigración sería del potencial de referencia hacia la guía, en lugar de desde la guía al potencial de referencia. Lo que cuenta es el valor absoluto del potencial DC entre las guías, no la polaridad del potencial DC. De este modo, cuando las teclas 10 serán escaneadas, las terminales 16 son configuradas de ser terminales de salida a ser terminales de entrada, que tienen una impedancia de entrada mayor y de este modo, se re-establece un impulso de 5.0 voltios alto en las guías/nodos 19. Un diagrama de flujo de la programación del microprocesador 14 para proporcionar el tiempo de escaneo y no-escaneo y cambio de la configuración de las terminales 16, entre las terminales de entrada y las terminales de salida se muestra en la Figura 2. Con referencia ahora al diagrama de flujo de la Figura 2, los números KS son líneas sensoras de conmutación del microprocesador 14 y los números de los botones son varios botone accesibles para el usuario asignados a las respectivas línea sensoras de conmutación. Como se utilizó en el diagrama de flujo en el análisis que la acompaña, el término "baja" para una líne sensora significa más bajo que el voltaje total de jalado. De est modo, con un contacto de conmutación a tierra, el voltaje en l terminal del microprocesador es la división del voltaje en la unión d las resistores 12 y 24 (nodo 22) y la guía específica se detecta com baja, es decir, que la tecla asociada se ha presionado y por lo tant se pone a tierra el respectivo nodo 19 Esta "baja" es diferente de las diversas líneas colocadas en un estado "bajo" mediante la programación del microprocesador 14. En 202, el programa se inicializa al establecer las líneas sensoras KS para ser salidas en un estado lógico de cero, y el ciclo se establece para igualar a uno. Esto es consistente con las líneas sensoras que están en un estado bajo de terminal de salida cuando las líneas sensoras no están siendo leídas, de manera que se reduce la probabilidad de la formación de dendritas. En la preparación de la lectura de las líneas sensoras de entrada, las líneas sensoras se establecen para ser terminales de entrada en 206. Una lectura se hace en 208 y se toma una decisión dependiendo del voltaje de las líneas sensoras, es decir, si cualquiera de estas líneas sensoras se detecta en un voltaje bajo, esto indica que una de las teclas se ha presionado. Cuando ninguna de estas líneas se detecta en un voltaje bajo, entonces la respuesta es "no" y las líneas sensoras se cambian para estar en un estado de salida establecido a un nivel lógico cero en 210 porque, de conformidad con algunos aspectos de la presente invención, las líneas sensoras son salidas y en un estado bajo excepto durante el proceso de lectura y el ciclo se regresa a 203 al ciclo 204 principal. Sí la respuesta en 208 es sí, significando que una tecla/botón se había presionado, la tecla/botón detectada como baja se almacena en un registro de memoria en 212, este registro de memoria es una parte programada del microprocesador 14. % II Se debe apreciar que los conmutadores que tienen diferentes arreglos lógicos se pueden utilizar. Por ejemplo, las líneas sensoras pueden conmutarse a las líneas 32 de conducción en lugar de a tierra (no mostradas), con las líneas de conducción y las líneas sensoras asociadas siendo programables de manera similar para estar en estados de entrada/salida altos/bajos. Estas líneas también pueden ser susceptibles a la formación de dendritas y de este modo, la presente invención se puede aplicar al mismo. En tal caso, el diagrama de flujo puede cambiarse de conformidad con algunos aspectos de la presente invención y los registros 212 de memoria adicionales pueden programarse para detectar la operación de cada tipo de conmutador lógico diferente. La salida del registro 212 se alimenta para la decisión en 214 en donde se determina si el ciclo equivale al 2 o no. Esto se hace debido a que el ciclo inicia con equivalencia a 1 en 202, y por cada iteración de una única presión de tecla detectada, el número de ciclo se incrementa por uno en 216. Cuando.el ciclo es equivalente a 2, lo cual significa que ha atravesado el ciclo dos veces, existe cierta seguridad que la instrucción no se genera mediante el rebote del conmutador, debido a que el ciclo principal se toma aproximadamente 20 milisegundos por iteración, que es tiempo suficiente para desbalancear los botones. Cuando la respuesta es "no", entonces hay una segunda vuelta por el ciclo 203 con el número de ciclo incrementado por 1 y las líneas sensoras se re-ínicializan para establecer salidas en un estado cero lógico en 219. Cuando la respuesta es "si," entonces la instrucción se envía a un divisor de instrucciones (no mostrado) del microprocesador 14 en 220 para la ejecución de la instrucción, con base en un tabla de consulta (no mostrada). Una vez que se ha ejecutado la instrucción, el ciclo se reestablece a uno y las líneas sensoras se reestablecen a una salida y a un estado cero lógico en 222, de manera que las líneas sensoras sean salidas y se establezcan a baja lógica excepto durante el proceso de lectura. El ciclo vuelve a iniciar por medio del ciclo 203 de retroalimentación hasta ,el ciclo principal 204 esperando una nueva ocurrencia de una presión de una tecla. Como se analiza en la misma, las guías susceptibles a la formación de dendritas se encuentran en un tablero de circuito impreso. Sin embargo, se encuentra dentro del alcance de la presente invención, que la formación de dendritas susceptible a guías o uniones de soldaduras también pueden colocarse en componentes y no en un tablero de circuito impreso. Como se utiliza en la misma, los términos teclado o teclas, incluyen botones de control remoto o botones accesibles al usuario en un chasis o gabinete.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato caracterizado porque comprende: un ícroprocesador que tiene terminales programables de entrada/salida; y por lo menos una guía acoplada con las respectivas terminales de entrada/salida; el microprocesador programado configura la por lo menos una guía para ser una guía de salida cuando el microprocesador programado no es receptivo para recibir señales a través de la por lo menos una guía; el microprocesador programado configura la por lo menos una guía para ser una guía de entrada cuando el microprocesador programado es receptivo para recibir señales a través de la por lo menos una guía.

2. Un aparato caracterizado porque comprende: un mícroprocesador que tiene terminales de entrada/salid programables; y por lo menos una guía acoplada con las respectivas terminale de entrada/salida; el microprocesador programado configura la por lo menos un guía de ser una guía de entrada para ser una guía de salida cuand I el microprocesador programado no es receptivo para recibir señale a través de la por lo menos una guía.

3. Un aparato caracterizado porque comprende: un microprocesador que tiene terminales de entrada/salida programables; y por lo menos una guía acoplada con las terminales de entrada/salida; el microprocesador programado escaneo periódicamente la por lo menos una guía para las señales de entrada y configura la por lo menos una guía de ser una guía de entrada para ser una guía de salida entre los escaneos

4. El aparato de conformidad con las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque la por lo menos una guía es susceptible a la formación de dendritas y está dispuesta en un tablero de circuito impreso.

5. El aparato de conformidad con las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque la por lo menos una guía es susceptible a la formación de dendritas y es una junta de soldadura de un componente eléctrico.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el componente eléctripo se monta en un tabler de circuito impreso.

7. El aparato de conformidad con las reivindicaciones 1, 2 3, caracterizado porque la por lo menos una guía se acopla con un tecla de un teclado.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 4 caracterizado porque la por lo menos una guía comprende una traz de un tablero de circuito impreso de cobre desnudo.

9. Un método para reducir la electromigración, caracterizado porque las guías se acoplan con las respectivas terminales de entrada/salida de un microprocesador programable, las terminales se pueden configurar por el programa entre ser terminales de entrada y terminales de salida, las terminales son terminales de salida cuando el microprocesador programado no es receptivo para recibir señales a través de las guías, las terminales son guías de entrada cuando el mícroprocesador programado es receptivo para recibir señales a través de las guías.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque las guías tienen un valor absoluto predeterminado de voltaje DC de impulso con respecto a un potencial de referencia, cuando las guías son termínales de salida, y tienen u valor absoluto más alto de un voltaje DC de impulso con respecto a potencial de referencia cuando las guías son termínales de entrada.

11. El método de conformidad con la reivindicación 9 caracterizado porque las guías están configuradas como guías d entrada cuando se escanean por el mícroprocesador programado.

12. Un aparato caracterizado porque incluye un teclado e donde por lo menos una guía del teclado está configurada como un guía de entrada escaneada de un microprocesador programado, y l por lo menos una guía está configurado por el microprocesado programado para ser una guía de salida entre escaneos. ! é 1 9' 'i rRESUMEN Un aparato y método para el mismo en donde en lugar de aplicar un alto voltaje 100 de impulso al 100 por ciento del tiempo a las guías susceptibles a la formación d dendritas, el voltaje de impulso se conmuta de un bajo voltaje de impulso a un modo de alto voltaje de impulso cuando las guías (19) van a ser leídas o escaneadas por un microprocesador (14)} y el voltaje de impulso después se conmuta de regreso a un modo de bajo voltaje de impulso cuando las líneas no van a ser leídas, por ejemplo, en otros momentos, lo cual reduce mucho el tiempo "encendido" del impulso atto y reduce drásticamente la probabilidad de formación de dendritas. La reducción del tiempo "encendido" del alto voltaje de impulso se logra al programar el microprocesador (14) para conmutar los puertos (16) de entrada aplicables para ser puertos de salida, cuando las guías (19) no van a ser leídas. Como puertos de salida, la impedancia de salida y el voltaje de salida del microprocesador son bajos, opuestos a una alta impedancia de entrada cuando las terminales son terminales de entrada. Cuando las guías están configuradas como guías de salida, la división de voltaje de la ¡mpedancia baja de salida del microprocesador, en combinación con un resistor (12) de jalado con gran valor, el cual proporciona el alto voltaje de impulso cuando las guías son guías de entrada, hace que el impulso del voltaje en las guías bajo, lo cual reduce por mucho la probabilidad de formación de dendritas.