Способ для предотвращения явления электрохимической миграции и устройство для его реализации Российский патент 2019 года по МПК H05K7/20 H01L23/34 G05D23/19 G01K13/00 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для повышения надежности ответственной аппаратуры на борту летательного аппарата за счет снижения вероятности возникновения явления электрохимической миграции.

Явление электрохимической миграции (электромиграции) заключается в том, что при наличии жидкого токопроводящего слоя между проводниками, по которым течет небольшой постоянный ток, проводник с большим потенциалом (анод) растворяется под действием напряжения, отдавая положительно заряженные ионы металла, которые, в свою очередь, осаждаются на проводнике с меньшим потенциалом, образуя дендритоподобный проводник. Это приводит к возникновению коротких замыканий и выходу из строя бортовой аппаратуры.

Известны следующие способы борьбы с электрохимической миграцией: влагоизоляционное покрытие, пассивирование проводников и очистка поверхности печатной платы от загрязнений (см. «Критерии оценки качества влагозащитного покрытия» в журнале «Поверхностный монтаж», 2012 №3 с. 26-30, а также «Определение качества отмывки в производстве бессвинцовых печатных плат» в журнале «Производство электроники: технологии, оборудование, материалы», 2008 №5).

Однако, эти способы в недостаточной степени предотвращают возникновение явления электрохимической миграции, так как жидкость тем или иным способом попадает под влагоизоляционное покрытие, а добиться абсолютно чистой поверхности печатной платы невозможно.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является нагреватель, описанный в патенте РФ №2519282 под названием «Устройство стабилизации температуры», опубликованном 10.06.14 г. Устройство стабилизации температуры термостатируемого объекта содержит расположенный на подложке нагреватель с датчиком температуры и систему управления. Нагреватель дополнен резервным нагревательным элементом, снабженным датчиком температуры. Система управления предназначена для регулирования температуры термостатируемого объекта посредством включения/отключения питания нагревательных элементов. Подложка может представлять собой корпус термостатируемого объекта, выполненный из высокотеплопроводного материала, или тонкостенную высокотеплопроводную металлическую оболочку. Оболочка ограничивает объект термостатирования. Основной и резервный нагревательные элементы имеют идентичные тепловые и геометрические характеристики и расположены на диэлектрическом основании со сдвигом, равным шагу печатного рисунка. На подложке могут быть расположены дополнительные нагреватели с датчиками температуры. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение надежности функционирования, качества стабилизации температуры, в частности пространственно распределенных объектов в широком диапазоне изменения температуры.

Устройство содержит по крайней мере, один нагреватель, расположенный на подложке, с датчиком температуры. Датчики температуры расположены на подложке нагревательного элемента. Однако, в данном нагревателе отсутствуют необходимые датчики влажности, температуры поверхности платы и температуры окружающей среды, что исключает возможность использования этого нагревателя в качестве устройства предотвращения возникновения электрохимической миграции, из-за невозможности поддерживать необходимую разницу между температурами поверхности печатной платы и окружающей среды в динамике.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности бортовых систем летательного аппарата, за счет снижения вероятности возникновения электрохимической миграции, путем исключения возможности конденсации жидкости на поверхности печатной платы.

Технический результат - повышение надежности бортовых приборов летательного аппарата.

Предложенный способ для предотвращения возникновения электрохимической миграции на печатной плате заключается в том, что измеряют температуру на поверхности печатной платы, а также температуру и влажность окружающей среды, по таблице точки росы определяют минимально допустимую разницу измеренных температур при соответствующем значении влажности, исключающую возможность образования конденсата на поверхности печатной платы, при несоответствии разницы температур определенному диапазону, производят нагрев платы до достижения требуемого значения разницы температур.

Предложенное устройство для предотвращения электрохимической миграции на печатной плате включает размещенный между диэлектрическими слоями внутри печатной платы нагревательный элемент с устройством управления, установленный на поверхности печатной платы датчик температуры печатной платы, датчики температуры и влажности окружающей среды, установленные на расстоянии до 10 от поверхности печатной платы, при этом все вышеперечисленные датчики соединены с устройством управления нагревательным элементом.

Во внутренний слой печатной платы ответственной аппаратуры помещается нагревательный элемент с подключенной к нему системой управления и датчиками влажности окружающей среды и температур печатной платы и окружающей среды. В зависимости от показаний датчиков устройство управления нагревает, с помощью встроенного нагревателя, печатную плату до тех пор пока разница между температурами платы и окружающей среды не будет в пределах, заданных в таблице точки росы, что исключит возможность образования конденсата на поверхности печатной платы.

На фиг. 1. представлена схема устройства предотвращения электрохимической миграции.

Устройство предотвращения электрохимической миграции (фиг. 1) состоит из нагревательного элемента (1), который помещен между диэлектрическими слоями (2) печатной платы. На внешний диэлектрический слой помещен датчик температуры печатной платы (3). Датчик влажности окружающей среды (4) и датчик температуры окружающей среды (5) находятся на расстоянии не более чем 10 см (т.к. он должен устанавливаться в корпусе устройства авионики) от внешнего диэлектрического слоя, но не на его поверхности. Также имеется устройство управления (6), реализованное с помощью программируемого микроконтроллера, соединенного с датчиками температуры и влажности, например: микроконтроллер ATtiny 2313, датчики температуры DS18B20+, и влажности DHT11.

Устройство предотвращения электрохимической миграции работает следующим образом: после включения на устройство управления (6) передаются значения температур печатной платы и окружающей среды с датчиков (3), (5), а так же значение окружающей влажности с датчика (4). Устройство управления (6) анализирует разницу температур, и, если разница температур превышает допустимые пределы, зависящие от окружающей влажности, включает нагревательный элемент (1), который работает до тех пор, пока не установится необходимое значение разницы температур.

Предлагаемое устройство предотвращения электрохимической миграции снижает вероятность возникновения электрохимической миграции, исключая один из главных факторов, влияющих на ее возникновение (наличие электролитического слоя), что повышает надежность бортового оборудования летательных аппаратов.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для повышения надежности ответственной аппаратуры на борту летательного аппарата за счет снижения вероятности возникновения явления электрохимической миграции. Заявлено устройство для предотвращения электрохимической миграции на печатной плате, которое включает размещенный между диэлектрическими слоями внутри печатной платы нагревательный элемент с устройством управления. На поверхности печатной платы установлен датчик температуры печатной платы. Датчики температуры и влажности окружающей среды установлены на расстоянии до 10 см от поверхности печатной платы. Все вышеперечисленные датчики соединены с устройством управления нагревательным элементом. Технический результат - снижение вероятности возникновения электрохимической миграции, исключая одно из условий, необходимых для ее возникновения (наличие электролитического слоя), что повышает надежность бортового оборудования летательных аппаратов. 1 ил.

Устройство для предотвращения электрохимической миграции на печатной плате, включающее размещенный между диэлектрическими слоями внутри печатной платы нагревательный элемент с устройством управления, установленный на поверхности печатной платы датчик температуры печатной платы, датчики температуры и влажности окружающей среды, установленные на расстоянии до 10 см от поверхности печатной платы, при этом все вышеперечисленные датчики соединены с устройством управления нагревательным элементом.