регистрация / вход

Электромагнитные и тепловые методы контроля РЭСИ

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники кафедра РЭС РЕФЕРАТ на тему:

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет информатики и

радиоэлектроники

кафедра РЭС

РЕФЕРАТ

на тему:

«Электромагнитные и тепловые методы контроля РЭСИ»

МИНСК, 2008

Электромагнитные методы

Электромагнитные методы неразрушающего контроля основаны на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. К особенностям вихретокового метода неразрушающего кон­троля относят:

- электрическую природу сигнала и быстродействие, что позволяет легко ав­томатизировать контроль;

- значительную скорость и простоту контроля;

- отсутствие необходимости электрического и даже механического контакта преобразователя с контролируемым объектом;

- возможность контроля слоев металла небольшой толщины, а также быстро движущихся изделий.

Существуют три основных метода возбуждения вихревых токов в объекте:

- помещение изделия в катушку (метод проходной катушки);

- накладывание катушки на изделие (метод накладной катушки);

-помещение изделия между первичной и вторичной катушками (экранный метод).

При пропускании через катушку переменного тока определенной частоты магнитное поле этой катушки изменяет свой знак с той же частотой. Если поме­стить изделие в поле этой катушки, то в нем возбуждаются вихревые токи, поле которых оказывает действие на поле возбуждающей катушки.

Существует несколько методов вихретокового контроля (ГОСТ 18353-79): амплитудный, фазовый, частотный, многочастотный.

Наибольшее применение нашли амплитудный и частотный методы.

Амплитудный метод применяют при наличии двух изменяющихся факторов, например, одновременном изменении зазора и электрической проводимости, один из которых нужно исключить. Такое исключение осуществляется фазовой настройкой.

Частотный метод часто используют, например, при измерении толщины сте­нок труб, когда необходимо отстроишься от измерения наружного диамера или электрической проводимости.

По чувствительности к трещинам вихретоковая дефектоскопия уступает маг­нитной. Выпускаемые отечественные электроиндуктивные дефектоскопы типа ДНМ-500, ДНМ-2000 с динамическим модуляционным методом регистрации, в которых накладная катушка вращается вокруг контролируемого изделия, позво­ляют получить сигнал большой амплитуды и выявить дефект с наименьшим полем рассеяния.

Указанные приборы применяют для выявления трещин протяженностью до 0,8 мм и глубиной > 0,1 мм в поверхностных слоях деталей под слоем краски и эмали, а также изделий из жаропрочных и коррозионностойких сталей.

Широкое распространение получили дефектоскопы многоцелевого назначе­ния типа ЭМИД. Эти приборы комплектуются набором проходных катушек - датчиков с внутренним диаметром от 5 до 100 мм, что позволяет контролировать многие изделия.

Например, для контроля труб, прутков, проволоки на наличие трещин, рако­вин, успешно применяется прибор ЭМИР-2М, в котором дефекты регистриру­ются визуально по изменениям фазы или амплитуды кривой на экране осцил­лографа, а также автоматически при наличии автоматической приставки. Ши­роко используют также дефектоскопы типа АСК-10(12), ИОС-1, ВК-ЗОС, ВД-20П, ИПП-1М, «Магнитоскоп» и др.

Тепловые методы

Тепловые методы неразрушающего контроля используют при исследовании теп­ловых процессов в РЭС, причем в большинстве случаев регистрируют поверхнос­тное тепловое или температурное поле объекта контроля, в пространственно-вре­менной структуре которого содержатся «отпечатки» внутренних геометрических или теплофизических аномалий Согласно ГОСТ 23483-79 методы тепло­вого контроля (ТК) основаны на взаимодействии теплового поля объекта с термо­метрическими чувствительными элементами (термопарой, фотоприемником, жид­кокристаллическим термоиндикатором и т.д.), преобразовании параметров поля (интенсивности, температурного градиента, контраста, лучистости и др.) в элект­рический или другой сигнал и передаче его на регистрирующий прибор.

Необходимое условие применения ТК - отличие интегральной или локальной температуры изделий от температуры окружающей среды, которое создается либо искусственно с помощью внешних источников теплового нагружения (ИТН), либо в силу естественных причин при изготовлении или функционировании изделий.


Таблица 1

Основные объекты ТК в радиоэлектронике.

Объекты ТК

Дефекты

Примечание

Полупроводниковые изделия (транзисто­ры, диоды, тиристо­ры)

Дефекты p-n-перехода (по­верхностная деградация, электромиграция, межме­таллические соединения); неравномерная плотность тока; трещины, газовые пузыри между кристаллом и основанием, неоднород­ность состава исходного материала; дефекты тепло-отвода, диффузионной сварки; повреждения кри­сталла; обрыв проводов и короткие замыкания.

При интегральном спосо­бе ТК измеряют тепловое сопротивление. Наиболее перспективно импульсное питание, при котором определяют время тепло­вой устойчивости и пере­ходную тепловую харак­теристику. Исследование температурных рельефов и двухмерных теплограмм позволяет локализовать дефекты.

Интегральные схемы

Дефект теплоотвода; обрыв выводов; короткие замыка­ния; некачественная метал­лизация; сколы резистив-ной пленки; плохие адгезия и термокомпрессия; про­бой конденсаторов; объем­ные дефекты полупровод­ника.

Разрешение по площади составляет 20..50 мкм. Контроль проводят с по­мощью автоматизирован­ных систем, измеряя температуру в 50.. 10 точ­ках интегральной схемы при снятой крышке.

Многослойные пе­чатные платы

Утонение и коррозионный износ проводников; нека­чественная металлизация; отслоение проводников.

Используют импульсный нагрев электрическим током. Температурное поле имеет сложный вид и требует наличие этало­нов.

Резисторы

Локальное уплотнение; непроводящие включения; трещины.

Размер обнаруживаемого дефекта 15x15 мкм.

Конденсаторы

Пробой электролитических конденсаторов; замыкание слоев конденсаторов в микросхемах.

ТК осложнен небольшим излучением энергии и низким коэффициентом излучения.

Сборочные единицы и блоки радиоэлек­тронных средств

Неправильное включение элемента в схему; некаче­ствен-ный монтаж; неудач­ное размещение элементов на плате.

ТК рекомендуется при проектировании, изго­товлении и функциони­ровании узлов. Наиболее эффективен ТК при мас­совом производстве од­нотипных узлов. Разре­шение по площади - от долей миллиметра до не­скольких сантиметров. В основе отбраковки операторное или автома­тическое сравнение те­кущей термограммы с эталонной. Оптимизацию проводят путем выбора контрольных точек и тес­тового воздействия.

Проволока

Утонение; трещины

Используют контактный электронагрев и бескон­тактный СВЧ-нагрев. Скорость контроля до 4 м/мин. Способ чувстви­тельности к изменению проволоки от 20 до 30 мкм.

Катодные узлы

Неравномерность покрытия

Повышение температуры на 50..60 К уменьшает долговечность катода на порядок. Используют градуированные кривые.

Высокотемпературные и пленочные покры­тия

Отслоение от подложки, неравномерность покрытия

Наиболее чувствителен нестационарный ТК.

Контроль сварки вы­водов интегральной схемы с контактными площадками микро-плат.

Непроваривание выводов.

При стандартном точеч­ном воздействии темпе­ратурный отклик безде­фектного соединения лежит в определенном интервале.

С помощью методов ТК можно проводить анализ теплового режима элект­ронных схем, контроль измерения параметров цепей, качества элементов, авто­матический поиск неисправностей в РЭС.

Терминология ТК определена ГОСТ 18353-79, а классификация методов ус­тановлена ГОСТ 23483-79. Для ТК применяют пассивные и активные методы.

При пассивном ТК объекты испытаний не подвергают воздействию от внеш­него источника, и в местах потенциальных дефектов механических соединений токоведущих элементов путем опрессовки, скрутки, пайки и сварки возникает дополнительное электрическое сопротивление, которое обуславливает нагрев этого участка в соответствии с законом Джоуля - Ленца (рис. 1,а). Пассив­ным способом ТК объекта испытаний, характеризующимся аномальным выде­лением теплоты в месте потенциального дефекта, контролируют сборочные еди­ницы и компоненты радиоэлектронных средств (рис. 1,б).

При активном контроле объект подвергают воздействию от внешнего источ­ника энергии (1) (рис. 1, в). До проведения контроля температура изделия во всех точках одинакова (чаще всего равна температуре окружающей среды). При нагреве изделия, тепловой поток распространяется в глубь изделия, в месте га­зового дефекта испытывает дополнительное тепловое сопротивление. В резуль­тате этого наблюдается локальное повышение температуры на нагреваемой по­верхности, а на противоположной поверхности изделия, в силу закона сохране­ния энергии, знак температурного сигнала инвертируется.

Рисунок 1 – Пассивные (а,б) и активные (в) ТК.

1 - ИТН; 2 - изделие; 3 - дефект.

Пассивный контроль в общем случае предназначен:

- для контроля теплового режима объектов контроля;

- для обнаружения отклонений от заданной формы и геометрических разме­ ров объектов контроля.

Активный контроль в общем случае предназначен:

- для обнаружения дефектов типа нарушения сплошности в объектах конт­ роля (трещин, пористости, расслоений, инородных включений);

- для обнаружения изменений в структуре и физико-химических свойствах объектов контроля (неоднородность, теплопроводность структуры, теплоемкость и коэффициент излучения).

Схемы основных методов теплового контроля приведены в таблице 2.

Основные методы пассивного теплового контроля и области их применения приведены в таблице 3.

Основные методы активного теплового контроля и области их применения приведены в таблице 4.


Таблица 2

Основные методы ТК.

Метод контроля

Схема контроля

Активного Пассивного

Односторонний

Двухсторонний

Комбинированный

Синхронный

Несинхронный

Обозначения: 1 – источникнагрева; 2 – объект контроля; 3 – термочувствительный элемент.

Дефекты вызывают значительные перегревы отдельных областей ИМС или всего изделия в целом, что приводит к последующему его отказу. Поэтому контроль реальной картины теплового поля в изделии необходим для успеш­ного конструирования высоконадежных изделий. По времени действия разли­чают непрерывные и импульсные ИТН. Температурные поля регистрируют с помощью контактных (индикаторы на жидких кристаллах, термолюминофо­ры, термометры, термосопротивления и т. д.) и бесконтактных дистанционных ИК( радиометры, тепловизоры).

Критерии дефектности (КД), т.е. измеряемые или рассчитываемые физиче­ские величины, по которым оценивают качество изделий, подразделяют на амплитудные и временные (табл.3.14). В течении долгого времени на практике использовали абсолютную температуру изделия, разность температур дефект­ного и бездефектного участка или эталонного и контролируемого изделий, названную температурным перепадом AT, а также температурный контраст А =ДТ/Т. Ввиду того, что указанные амплитудные критерии существенно зави­сят от специфических для ТК помех, в последние годы интенсивно разраба­тывают временные критерии, которые представляют собой некоторое харак­терное время процесса теплопередачи.


Таблица 3 - Методы пассивного ТК.

Название метода

Область применения

Контролируемые параметры

Факторы, ограничивающие область применения

Чувст­витель­ность

Диапазоны контролируе­мых параметров

Быс­тродей­ствие, с

Отно-си-тель-ная пог­реш­ность, %

Примечание

Контакт­ные

Контроль температуры твердых, жидких

Температура

Температура объекта, превышающая

0,001 С

От - 270 до 1500 °С

0,1 - 1,0

0,1

Для термоэлектри­ческих датчиков

и газообразных сред, размеров тепловыделяю­щих элементов объектов, дефектов нарушения сплошности

Геометрические размеры и форма объектов

допустимую температуру нагрева датчика; сложная конфигурация изделия; плохой контакт датчика с объектом

0,02 °С

От-40 до 400 °С

0,1-1,0

1,0 - 5,0

Для термоиндикаторов

Величина и форма дефектов

0,01 мм

0,1 – 500,0 мм

0,1-1,0

0,1-1,0

0,01 мм

От 0,1 до 100,0 мм и более

0,1-1,0

Собст­венного

Контроль температуры,

Коэффициент излучения;

Нестабильность коэффициента

0,01 °С

-260 °С - 4000 °С

10-6

1,0 – 5,0

Для фотоэлектрических датчиков

излуче­ния

измерение излучательной способности, размерный контроль тепловыделяю­щих элементов, контроль

лучистый поток

излучения во времени и пространстве и наличие подсветки объекта посторонними источниками

10-6

5,0

Для тепловых датчиков

Продолжение таблицы 3.12

Название метода

Область применения

Контролируемые параметры

Факторы, ограничивающие область применения

Чувст­витель­ность

Диапазоны контролируе­мых параметров

Быс­тродей­ствие, с

Отно-си-тель-ная пог­реш­ность, %

Примечание

Геометрические размеры и формы объекта

0,01 мм

От 0,01 мм

10-6

0,01 - 1,0

Для фотоэлектрических датчиков

10-2

Для тепловых датчиков

дефектов типа нарушения

Величина и форма дефектов

0,01 мм

От 0,1 мм до 100,0 мм и более

10-6

1,0 - 5,0

Для фотоэлектрических датчиков


Таблица 4

Методы активного ТК.

Название метода

Область применения

Контролируемые параметры

Факторы, ограничивающие область применения

Чувстви­тельность

Быстродействие (с)

Погреш­ность,

(%)

Примечание

Стационарный

Контроль теплофизических свойств изделий с анизотропией теплопроводно-сти;

Теплопроводность теплоемкость

Допустимая температура нагрева объекта,

+ 5%

0,1 - 1,0

5,0- 10,0

Для контактных датчиков

10 - 106

Для неконтактных датчиков

контроль пористости, излучательной

Коэффициент

временная и пространственная

Amin = 0,02

0,1 - 1,0

Для контактных датчиков

способности объектов

излучения

нестабильность излучения объекта

10-4 – 10-6

Для неконтактных датчиков

Нестационарный

Контроль теплофизических

Теплопроводность

(при неконтактных методах контроля)

0,1 - 1,0

Для контактных датчиков

свойств материалов

104 -106

Для неконтактных датчиков

с большой теплопроводностью, динамики нагрева (охлаждения) объектов; контроль дефектов типа нарушения сполшности

Тепловая постоянная времени

0,1 - 1,0

5,0- 10,0

Для контактных датчиков

в сотовых и композитных материалах, полимерах; контроль тепловых деформаций

Размер дефектов

Порядка М=1-3

Время задержки 0,1 - 1,0

ДЛЯ

металлов и 10-100

для неметаллов

При несинхронном контроле

Температурная деформация

Порядка ОДА,

При интерферрационном голографическом методе регистрации


Примечание: h – глубина залегания; / - раскрыв дефекта; Amin – минимальное изменение коэффициента излучения.

Можно отметить следующие основные преимущества теплового контроля:

- дистанционность (для ИК систем);

- высокая скорость обработки информации;

- высокая производительность испытаний, ограниченная скоростью нагре­ ва в активном режиме и скоростью сканирования в пассивном режиме;

- высокое линейное разрешение (до 10 мкм в ИК микроскопии);

- возможность контроля при одно- и двухстороннем подходе к изделию;

- теоретическая возможность контроля практически любых материалов, если теплофизические или спектральные свойства дефектов и материалов раз­личаются;

- практическая целесообразность методов контроля материалов с высокой и низкой теплопроводностью, а также контроля при обилии внешних тепло­вых помех;

- многопараметрический характер испытаний;

- малая зависимость результатов контроля от шероховатости поверхности по сравнению с некоторыми другими видами МНК;

- возможность взаимодополняющего сочетания ТК с другими методиками МНК, особенно радиационными, капиллярными и ультразвуковыми;

- возможность исследования динамических и статистических тепловых процессов, процессов производства, преобразования, передачи, потребления и консервации энергии различных видов;

- возможность прогнозирования тепловой деградации изделий; исследова­ния усталостных и коррозионных процессов;

- совместимость со стандартными системами обработки информации;

- возможность поточного контроля и создания автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами.

Таблица 5

Критерии дефектности и их зависимость от различных факторов.

Критерии дефектности

Влияние темпера­туры нагре­ва (мощно­сти ИТН)

Влияние помехи

Аддитивной

Мультипликативной

Амплитудные

+

+

1. Абсолютная температура Т или температурный перепад AT

+

2. Температурный контраст АТ /Т

_

+

Критерии дефектности

Влияние температуры

Влияние помехи

Аддитивной

Мультипликативной

3. Первая производная от температуры на поверхности по толщине изделия

+

+

+

4. Положение экстремумов первой производной от тем­пературы по поверхностной координате

+

5.Форма температурных пе­репадов

-

+

+

Временные

-

-

-

6.Время достижения относи­тельных уровней температуры

7. Наличие и время достиже­ния экстремумов первой производной от температур­ного контраста по времени

-

-

-

8. Время распространения поверхностной изотермы

-

-

-


Примечание:

Знак + (-) означает, что помеха оказывает (не оказывает) существенное влияние на КД; принято, что локальное изменение оптических свойств не влияет на темпе­ратуру.

Знак * свидетельствует об отсутствии исследований.


ЛИТЕРАТУРА

1. Глудкин О.П. Методы и устройства испытания РЭС и ЭВС. – М.: Высш. школа., 2001 – 335 с

2. Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры и испытательное оборудование/ под ред. А.И.Коробова М.: Радио и связь, 2002 – 272 с.

3. Млицкий В.Д., Беглария В.Х., Дубицкий Л.Г. Испытание аппаратуры и средства измерений на воздействие внешних факторов. М.: Машиностроение, 2003 – 567 с

4. Национальная система сертификации Республики Беларусь. Мн.: Госстандарт, 200

5. Федоров В., Сергеев Н., Кондрашин А. Контроль и испытания в проектировании и производстве радиоэлектронных средств – Техносфера, 2005. – 504с.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

Комментариев на модерации: 2.

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий