I. Методи контролю якості інтегральних мікросхем

Пояснювальна записка

до курсового проекту

з дисципліни: «Діагностика, контроль та випробування

напівпровідникових приладів»

на тему: «Технологія випробування

МС К155 ЛА7 за категорією К5»

 

 

Запоріжжя, 2009

РЕФЕРАТ

 

Курсовий проект містить: 45 сторінок, 8 рисунків, 1 таблицю, 2 плакати форматом А1, 14 джерел літератури.

Мета проекту: привести випробування мікросхеми за категорією К5

Задачі проекту:

- провести аналіз методів контролю в виробництві ІМ;

- провести випробування мікросхеми 155 серії ЛА7

В даному проекті розглядається обладнання, методи та технологія контролю в розробці інтегральних мікросхем. Описано проведення випробування за категорією К5 (випробування на багатократні удари, на зміни температури, на вологостійкість та на лінійне прискорення) мікросхеми серії 155. Призначення та область застосування мікросхем 155. Розглядається структура, зовнішній вигляд та конструкція камери тепла та холоду, камери тепла та вологи, стенду для випробування на багатократні удари, центрифуги.

КОНТРОЛЬ, РОЗРОБКА ІМС, КЛІМАТИЧНІ ВИПРОБУВАННЯ, НАДІЙНІСТЬ, МІКРОСХЕМА СЕРІЇ 155, КАМЕРИ ТЕПЛА ТА ХОЛОДУ, КАМЕРИ ТЕПЛА ТА ВОЛОГИ.

 

ЗМІСТ

 

Вступ

I Методи контролю якості інтегральних мікросхем

1.1 Оптичні методи контролю

1.1.1 Візуально-оптичний метод

1.1.2 Інтерференційний метод

1.1.3 Поляризаційний метод

1.1.4 Фотометричний метод

1.1.5 Спектральний метод

1.1.6 Метод лазерного сканування

1.2 Методи контролю розподілу температурних полів

1.2.1 Контактні методи

1.2.2 Безконтактні методи

1.3 Радіаційні методи контролю

1.3.1 Рентгенівські методи

1.3.2 Фотоакустична спектроскопія (ФАС)

II Інтегральна мікросхема К155 ЛА7

III Випробування інтегральної мікросхеми К155 ЛА7

3.1 Вплив зміни температури середовища

3.1.1 Механізм дії температур

3.1.2 Робота камери тепла і холоду

3.2 Випробування на багатократні удари

3.2.1 Механізм дії удару

3.2.2 Характеристики режимів випробування

3.2.3 Прилади для випробування

3.3 Випробування на вплив лінійного навантаження

3.4 Вплив підвищеної вологості

3.4.1 Процес випробування

3.4.2 Камери тепла і вологи

IV Випробування мікросхеми при ступені жорсткості i

Висновки

Використана література

 

ВСТУП

 

Якість та надійність інтегральних мікросхем (ІМ) визначається досконалістю матеріалів конструкції, відпрацьованістю та контрольованістю виробничих процесів.

Для контролю якості матеріалів та технологічних процесів виготовлення ІМ необхідно користуватися методами, що мають високу чутливість та точність. Ці методи повинні забезпечити:

- визначення концентрації домішки в діапазоні  з точністю 1% та профілів розподілу легуючих домішок за глибиною з дозволяючою спроможністю біля  на глибині ;

- вивчення структури та складу поверхневих шарів з чутливістю до 1% моноатомного шару на глибині до ;

- визначення поверхневих конфігурацій з дозволяючою спроможністю  і точністю вимірювання відстані порядку  на площині до ;

- візуалізація динаміки роботи готових (ІМ) та їх елементів і ін.

Необхідно зазначити, що істотний вплив на важливі параметри ІМ роблять процеси, що відбуваються на атомному та молекулярному рівнях, в мікробарах, мікрооб’ємах та особливо на поверхні твердих тіл. Збільшення ступеня інтеграції призводить до різкого підвищення впливу стану поверхні твердого тіла на відтворення та працездатність ІМ. Тому дуже важливий розвиток методів дослідження та контролю поверхонь. До того ж під терміном «поверхня» розуміють межу двох фаз або двох матеріалів, що мають різні фізико-хімічні властивості (тверде тіло – вакуум, метал – напівпровідник). Товщина поверхневого шару визначається конкретними фізико-хімічними механізмами її «обурення» і може складатися з частин моноатомного шару до десятків моноатомних шарів.

 

Оптичні методи контролю

 

Оптичні методи контролю знайшли широке використання в виробництві ІМ. Вони дозволяють контролювати склад і властивості матеріалів, проводити дослідження, операційний контроль структур та аналіз технологічних процесів шляхом реєстрації інтенсивності, фази, спектрального складу, поляризації та просторового розподілення оптичного випромінювання, що взаємодіє з дослідними об’єктами або випромінюваного ними. Оптичні методи дослідження базуються на таких явищах, як відображення, поглинання, інтерференція і дифракція світла. При виготовленні ІМ використовуються різні матеріали, які по-різному взаємодіють з оптичним випромінюванням. Ця взаємодія визначається властивостями матеріалів, їх геометрією, зовнішніми умовами, а також спектральним складом, поляризацією та фазою уживаного випромінювання.

Оптичні методи можна класифікувати на візуально-оптичні (мікроскопічні), інтерференційні, спектральні, поляризаційні, нефелометричні, фотометричні та ін..

 

Візуально-оптичний метод

Цей метод контролю полягає в візуальному огляді під мікроскопом дослідного виробу та порівнянні його з еталонним зразком або з його зображенням. Якість цього ряду технологічних операцій при виготовленні ІМ контролюється візуально, за допомогою різних мікроскопів, що працюють в видимому, інфрачервоному і ультрафіолетовому діапазонах спектра.

За допомогою цього метода контролюються: зовнішній вигляд основи і кришок корпусу ІМ, зварні та паяні шви, спай скло – метал, контакті площадки, якість золотого покриття дна основ; зовнішній вигляд фотошаблонів і заготівель для них (наявність включень, пухирів, сколів, плям і т. ін.); якість поверхні Au, Al-проволоки (сторонні включення, наявність плівок, тріщин); зовнішній вигляд напівпровідникових пластин після механічної та хімічної обробки (наявність плям, сколів, сліди забруднення); чистота поверхні епітаксійних структур (трипіраміди, ямки, риски), а також визначають щільність слідів кристалів, висоту дефектів росту; зовнішній вигляд пластин після окислення (сліди забруднення, щільність плям, що світяться і ін.); зовнішній вигляд пластин при нанесенні фоторезисту (включення, пухирі, напливи); деформацію маскованого рел’єфа при задублюванні, якість процесу фотолітографії після проявлення, травлення і зняття фоторезисту (макродефектність, повнота стравлення окислу, різкість краю протравленних вікон, якість сполучення шарів, відповідність топології, колір контактних площин, геометричні розміри вікон); якість поверхні пластин після металізації та оджигу (інородці включення, подряпини, рівномірність блиску); якість анізотропного травлення при ізоляції елементів (форма краю, плоскісність дна, площа травлення); зовнішній вигляд кристалу після ломки (дефекти скрайбирування, дефекти фотолітографії), після приєднання кристала (якість приплавлення), правильність монтажу і ін.

Візуально-оптичний метод контролю широко використовується для аналізу відмов всіх виробів. При цьому методі використовуються мікроскопи різних типів: МБС-1, МБС-2, МБС-200, МССО та ін.

 

Інтерференційний метод

Сутність інтерференційного методу полягає в отриманні інформації про об’єкт після утворення в площині зображення відповідного розподілу інтенсивності і фази оптичного випромінювання, що пройшло через об’єкт або відображеного об’єктом. Інтерференційний метод використовується для контролю:

- класу чистоти обробки поверхні подложки;

- глибини рисок і сходинок травлення;

- глибини і ширини розподільних канавок кремнійових структур з діелектричною ізоляцією, канавок орієнтаційного травлення;

- геометричних розмірів елементів структур мікросхем;

- товщини окисних шарів;

- товщини фоторезистора;

- рівня двох поверхонь, призначених для приєднання;

- товщини епітаксій них шарів та ін.

Для цих цілей використовуються мікроінтерферометри МІІ-4, МІІ-9. В цих мікроінтерферометрах використовується амплітудне розщеплення променів за схемою Майкельсона (рис.1.)

 

Рисунок 1.1 – Спрощена схема інтерферометра Майкельсона

 

Поляризаційний метод

Поляризаційний метод ґрунтується на отриманні інформації про вимірювання параметрів поляризації оптичного випромінювання в результаті взаємодії його з об’єктом в процесі відображення, заломлення або поглинання.

Контроль стану поверхні пластин, параметрів тонких поверхневих шарів і меж розділу між ними – одна з головних умов отримання якісних і надійних ІМ. Такий контроль необхідний в першу чергу на стадії обробки технологічного процесу, після чого слід проводити вибірковий контроль. Одним з самих точних і чутливих методів контролю є еліпсометричний метод (відображувана поляриметрія), заснований на аналізі зміни поляризації пучка поляризованого монохроматичного світла при його відображенні від дослідного об’єкта. При цьому використовується висока чутливість стану поляризації світла до властивостей і параметрів поверхневих та приповерхневих областей дослідної відображуючої системи при падінні пучка променів з нахилом. Так як за звичай вимірюються параметри еліптично поляризованого світла, метод названий еліпсометричним або просто еліпсометрією.

 

Фотометричний метод

Цей метод ґрунтується на вимірюванні інтенсивності випромінювання, відображеного контрольованою структурою. Фотометричний метод використовується для контролю процесів осідання і травлення плівок різного складу: діелектричних, провідних, напівпровідникових. В законі зміни інтенсивності відображеного випромінювання закладена інформація про зміни товщини плівки. Фотометричний метод забезпечує контроль параметрів процесів росту і травлення тонких плівок в умовах, в яких неможливо розмістити який-небудь датчик, не впливаючи на протікання самого процесу і не порушивши склад середи реакції. Прикладом реалізації цього методу є контроль товщини і швидкості осідання резистивних і провідних плівок при напилені їх на ситалову подложку. Інтенсивність відображення світла змінюється разом із зміною товщини плівок, тому для визначення товщини плівки може бути застосовано точне вимірювання інтенсивності.

 

Спектральний метод

Спектральний метод заснований на отриманні інформації про дослідний виріб за спектральним складом оптичного випромінювання, збудженого зовнішнім впливом, і за змінами спектрального складу прохідного, відображеного або розсіяного випромінювання. Оптична спектроскопія відноситься до числа найбільш важливих фізичних методів аналізу хімічного складу матеріалів електронної техніки. Необхідність такого аналізу викликана тим, що при виробництві ІМ використовують особливо чисті матеріали. Для визначення елементного складу неорганічних матеріалів широко використовується атомний спектральний аналіз: емісійний (дослідження спектрів випускання збуджених атомів) і абсорбційних (дослідження спектрів поглинання атомів при їх збудженні). Для отримання інформації про органічні матеріали найбільш перспективний метод інфрачервоної спектроскопії. За допомогою цього методу визначають наявність органічних забруднень на поверхні напівпровідникових пластин, використовуючи інфрачервоний спектрофотометр ІКС-14а.

 

Метод лазерного сканування

Метод ґрунтується на процесі оптичної генерації вільних носіїв в напівпровіднику. При поглинанні світла з енергією кванта, що перевищує ширину забороненої зони, в шарі напівпровідника товщиною  (де  – коефіцієнт поглинання)виникають вільні носії обох типів. Якщо в межах двох-трьох дифузійних довжин від області генерації знаходиться потенційний бар’єр будь-якого походження, то збиткові електрони і дірки, що дійшли в результаті до дифузії до цього бар’єру, під дією внутрішнього поля розділяються і рухаються в протилежних напрямках. При цьому в зовнішньому колі виникає фото-ЕРС або фотострум. З наближенням світлового зонду до області бар’єру фотовідповідь збільшується пропорційно числу розділених полем носіїв і досягає максимуму при освітлені області об’ємного заряду. Якщо сканувати поверхню напівпровідникової структури оптичним зондом і реєструвати в кожній точці фотострум, то картина розподілу фотоструму, так зване фотовідповідне зображення структури, буде відображати положення -переходів та інших потенційних бар’єрів. Метод лазерного сканування використовується в процесі виробництва ІМ для аналізу причин браку, для перевірки ІМ на функціонування. Необхідно відмітити, що оперативному контролю дефектів за допомогою лазерного сканування в виробництві ІМ повинні передувати розробка методик вимірювання для кожної схеми (з зазначенням величини і полярності напруги живлення, схеми включення, довжини хвилі і інтенсивності випромінювання лазера) та складання атласу еталонних фотовідповідних зображень.

 

Контактні методи

Ці методи засновані на контактній реєстрації абсолютної температури або її розподілу на поверхні виробу. При контактних методах контролю використовуються контактні датчики температури – термометри, термопари, термоопори та ін.; термоіндикатори – термолюмінофори, термопапір, термофарба та ін.; індикатори на рідких кристалах.

Дія термоелектричних термометрів ґрунтується на термоелектричному ефекті, що виникає в термопарі – кола з двох різнорідних електричних провідників (термоелектродів), кінці яких зазвичай з’єднані зваркою або пайкою. При наявності різниці температур в місцях з’єднання термоелектродів в колі генерується термоЕРС, яка залежить тільки від температури спаїв і матеріалів термоелектронів і не залежить від їх діаметру та розподілу температури по їх довжині. Якщо температура одного з кінців термопари постійна, то термоЕРС залежить тільки від її робочого кінця.

Термохімічні індикатори засновані на властивості хімічних компонентів змінювати колір при певних температурах. Діапазон зміни температури термохімічними індикаторами 318…1073К, точність вимірювання складає .

Рідкокристалічні термоіндикатори представляють собою багатокомпонентні композиції, що складаються з холестеричних рідких кристалів і мають термічну залежність області світла. Тонкий шар такої речовини при освітлені білим світлом приймає різне забарвлення. При цьому колір рідкокристалічного індикатора змінюється від червоного до фіолетового в залежності від температури. Рідкокристалічні термоіндикатори забезпечують точність вимірювання температури до десятих долей градуса при відносній похибці 0.1%. Для вимірювання температури і теплового опору використовують реєстрацію електричних параметрів виробу, які змінюються в залежності від температури. Наприклад, для якісної оцінки з’єднання кристалу з подложкою використовують метод контролю по перехідній тепловій характеристиці. Цей метод оснований на нагріві електричним імпульсом, тривалість якого перевищує теплову сталу кристала, але суттєво менше теплової сталої корпуса та зводиться до вимірювання температурної залежності прямого падіння напруги на -переході.

Безконтактні методи

До безконтактних належить один з найбільш розповсюджених методів, заснований на реєстрації власного інфрачервоного випромінювання контрольованого виробу.

Мікросхема при роботі розсіює електричну потужність, викликає розігрів елементів. Тому її поверхня завжди має температуру на кілька градусів вище температури оточуючого середовища. Таким чином, будь-яка ІМ є джерелом інфрачервоного випромінювання. Спектр, потужність та просторові характеристики випромінювання залежать головним чином від температури елементів ІМ та стану її поверхні. З підвищенням температури потужність випромінювання швидко зростає, причому максимум спектральної інтенсивності зсувається в короткохвильову область.

 

Радіаційні методи контролю

 

Радіаційні методи неруйнівного контролю ґрунтуються на використанні інформації, що отримана в результаті взаємозв’язку випромінювання з виробом, що контролюється. До числа радіаційних методів контролю відносяться: рентгенівські методи, метод фотоакустичної спектроскопії та ін.

 

Рентгенівські методи

Рентгенівські методи контролю і аналізу структури матеріалів та виробів використовуються в сучасній мікроелектроніці. Вони дозволяють отримати інформацію про орієнтації та структурну досконалість вихідних монокристалів, про величину деформації і параметри кристалічної решітки, про фазовий склад об’єктів, а також контролювати щільність і розподіл дефектів в кристалах та епітаксій них плівках без руйнування об’єктів дослідження, знаходити макровключення, геометричні відхилення правильності збирання ІМ та ін. Для аналізу відмов можуть бути використані наступні ти властивості рентгенівського випромінювання: поглинання, відхил в кристалічній решітці, власне випромінювання. В залежності від використання цих властивостей та способу перетворення і реєстрації інформації рентгенівські методи діляться на рентгенодифракційні, рентгеноструктурні, рентгеноспектральні, рентгенівські тіньові.

Методи рентгенівського аналізу основані на контролі виробу шляхом випромінювання рентгенівських дифракційних спектрів. Фізична сутність цих методів полягає в тому, що рентгенівські промені, проходячи через речовину, впливають на електрони його атомів. При цьому електронам передається коливальний рух, частота якого співпадає з частотою первинних електромагнітних коливань рентгенівського випромінювання. Промені, розсіяні електронами атомів, інтерференціюють між собою. Якщо первинне випромінювання складається з хвиль різної довжини, то отримуємо велику кількість інтерференційних максимумів від кожної родини площин з різними міжплощинними відстанями. Вимірювання цієї відстані дозволяє здійснити рентгеноструктурний аналіз. За способом реєстрації дифракційної картини методи рентгеноструктурного аналізу діляться на фотографічні і іонізаційні (за допомогою лічильників). За допомогою методів рентгеноструктурного аналізу визначається кристалічна структура і фізико-хімічна природа фаз, що утворюються в результаті технологічного процесу, старіння, вплив оточуючого середовища, а також порушення кристалічних структур.

 

Механізм дії температур

Випробування на вплив зміни температури середовища проводять для перевірки працездатності і збереження зовнішнього вигляду ІМ після вказаного впливу. В залежності від призначення і умов експлуатації, а також від конструктивних особливостей ІМ випробування проводять за методом або двох камер (для ІМ, які в умовах експлуатації підлягають швидкій зміні температур середовища), або однієї камери (при повільній зміні температури середовища). Для випробування встановлюють три цикли, якщо інше їх число не обумовлено в технічних вказівках (ТВ). Кожний цикл складається з двох етапів-випробувань: при зниженій і підвищеній температурі середовища.

При випробувані за методом двох камер ІМ виключеному стані поміщують в камеру холоду, а потім в камеру тепла, температуру в яких попередньо доводять до граничних значень. Вироби розміщують на спеціальному транспортному пристрої, який автоматично переміщує їх з однієї камери в іншу. Для виключення випадіння роси на поверхні виробів допускається розміщати їх в поліетиленових мішках, що повинно бути обумовлено в ТВ. Час переносу з камери холоду в камеру тепла і назад повинно бути мінімальним (не більше 5 хв.). При цьому рекомендується, щоб час досягнення заданого температурного режиму в камері після загрузки в неї виробів також не перевищував цього значення.

При випробуванні ІМ методом однієї камери вироби в виключеному стані розміщують в камері тепла і холоду КТХ-0.4-65/155 (рис.3.1). Температуру в камері спочатку знижують, а потім підвищують до граничного значення. Швидкість зміни температури при охолодженні рекомендується встановлювати не менше 1⁰С/хв., а при нагріві – не менше 2⁰С/хв. Для обох методів випробувань ІМ витримують при заданих температурах в продовж часу, що необхідний для досягнення виробами теплової рівноваги по всьому об’єму. Під час випробування електричне навантаження на ІМ не подають, а їх електричні параметри вимірюють до і після всіх циклів випробування, попередньо витримавши ІМ в нормальних кліматичних умовах. Одночасно з вимірюванням необхідних електричних параметрів виконують огляд ІМ.

 

Механізм дії удару

В механізмі абсолютно твердого тіла удар розглядається як деякий стрибкоподібний процес, тривалість якого безкінечно мала. Під час удару в точці зіткнення тіл виникають великі, але миттєво діючі сили, що призводять до конечної зміни кількості рухів. В реальних системах завжди діють конечні сили в продовж конечного інтервалу часу, та співудар двох тіл, що рухаються, пов’язаний з їх деформацією поблизу точки зіткнення та розповсюдження хвилі стиснення всередині цих тіл. Тривалість удару залежить від багатьох фізичних факторів: пружних характеристик матеріалу співударних тіл, їх форми і розміру, відносної швидкості зближення та ін.

Зміну прискорення в часі називають імпульсом ударного прискорення або ударним імпульсом, а закон зміни прискорення в часі – формою ударного імпульсу. До основних параметрів ударного імпульсу відносять пікове ударне прискорення (перевантаження),тривалість дії ударного прискорення і форму ударного імпульсу. Результат дії удару на виріб (реакція виробу) залежить від його динамічних властивостей – маси, жорсткості та частоти власник коливань.

а _m11, a _m21, a _m31 – максимальні позитивні прискорення під час удару; a _m12, a _m22, a _m32 – теж саме, після удару; а _m23 – максимальне негативне прискорення під час удару; а _m14, a _m24, a _m34 – теж саме після удару.

Рисунок 3.2 – Криві збудження виробів при ударі

 

За реакцією ІМ на дію ударного імпульсу розуміють відгук виробу на цю дію. Розрізняють декілька основних видів реакції ІМ, що відповідають балістичному (або квазіамортизаційному), квазірезонансному і статичному (або квазістатичному) режимам збудження.

Характеристики прискорення  для виробів з різними періодами Т₀₁ власних коливань наведені на рис.3.2. При Т₀₁>>τ – балістичний режим збудження – максимальне значення а _m12 прискорення виробу завжди менше максимального (пікового) значення а _n прискорення збудженого ударного імпульсу: а _m12< а _n (рис.3.2, а). При Т₀₁ τ – квазірезонансний режим збудження – а _m21> а _n (рис.3.2, б). При Т₀₁<<τ спостерігається статичний режим збудження – виріб повторює діючий ударний імпульс, тому а _m31= а _n (рис.3.2, в). В цьому випадку після дії імпульсу мають місце залишкові коливання власної частоти f₀ виробу.

Пристрої для випробування

Для випробування ІМ на поодинокі удари служать ударні стенди копрового типу, а на багатократні – стенди кулачного типу, що відтворюють удари напівсинусоідальної форми. В цих стендах використовується принцип вільного падіння з випробуваним виробом на амортизуючі прокладки.

На рис.3.4 наведений пристрій механічного стенду кулачного типу. Стіл 1 представляє собою стальну плиту з пазом для кріплення виробу, на нижній стороні якої є направляючі 4, переміщують у втулках, закріплених в кронштейнах станини. На спеціальних упорах чугуної станини розміщені амортизуючі прокладки 5 для регулювання ударного прискорення, а в нижній частині станини є резонансні амортизатори 8, що поглинають частину енергії удару. Провідний механізм, що складається з кліноременної передачі 2 і електродвигуна 7, встановлений на площадці всередині станини. Натягнення ременя регулюють змінюючи набір шайб, розміщених під електродвигуном. Підйом столу здійснюється за допомогою кулачка 3, що обертається від провідного механізму.

 

1 – стіл; 2 – кліноременна передача; 3 – кулачок; 4 – направляючі; 5 – амортизуюча прокладка; 6 – станина; 7 – електродвигун; 8 – резинові амортизатори.

Рисунок 3.4 – Схема стенду для випробування ІМ на вплив багатократних ударів

 

При випробуванні багатократних навантажень ударні стенди повинні забезпечити отримання заданого прискорення не більше ±20%. Ударне навантаження, тривалість і форма ударного імпульсу регулюються в широких межах за допомогою амортизуючих повстяних, фетрових, резинових, пластмасових або комбінованих прокладок. Для формування напівсинусоідального імпульсу тривалістю 0.5…5 мс використовують резину середньої та підвищеної твердості або фетр; для імпульсів тривалістю 0.5 мс може виявитися доцільним використання винипласту, фторопласту та ін. листових матеріалів. В деяких випадках використовують багатошарові прокладки. При цьому між резиновими і можуть бути встановлені металеві прокладки із листового алюмінію або сталі товщиною 1…2 мм. Удари тривалістю 0.1 і менше рекомендується отримувати співударом стальних загартованих поверхонь – плоскої та сферичної. В цьому випадку стіл виконується у вигляді бойка.

Також застосовують електродинамічні і пневматичні ударні стенді. В електродинамічних стендах через котушку збудження рухливої системи пропускають імпульс струму, амплітуда і тривалість якого визначають параметри ударного імпульсу. На пневматичних стійках ударне прискорення отримують при співударі столу із снарядом, що випущений із пневматичної пушки.

Вплив підвищеної вологості

Процес випробування

Випробування проводять для встановлення вологостійкості ІМ. Розрізняють два види випробувань: тривале і прискорене. Тривале випробування здійснюють з метою визначення спроможності виробів зберігати свої параметри при тривалому впливі вологості і після його закінчення; прискорене випробування – с метою оперативного виявлення грубих технологічних дефектів в серійному виробництві і дефектів, які могли виникнути в попередніх випробуваннях.

Обидва види випробувань можуть бути проведені в циклічному (з конденсацією вологи) і безперервному (без конденсації вологи) режимах. Конкретний режим випробування встановлюють в залежності від зазначення і умов експлуатації ІМ. Циклічний режим випробування характеризується впливом підвищеної вологості при циклічному вимірюванні температури повітря в камері. Зазвичай його використовують для випробування виробів усіх класів, що не мають ущільненого кожуху, які повинні зберігати працездатність в умовах роси. При випробуванні на вологостійкість в циклічному режимі вироби піддають впливу циклів, тривалість кожного з яких складає 24 години. Число циклів встановлюють в залежності від ступеня жорсткості випробування, визначуваною конструкцією і зазначенням випробуваних приладів. Кожен цикл можна поділити на три етапи (рис.3.6). На першому температура в камері поступово підвищують до верхнього значення, вказаного в НТД. Рекомендована температура прискорених випробувань (55±2)⁰С, відносна вологість не менше 95%, за виключенням останніх 15 хв (не менше 90%).

 

Рисунок 3.5 – Етапи зміни відносної вологості ζ і температури t оточуючого середовища в циклічному режимі прискореного випробування виробів:  год – час, в продовж якого не допускається конденсація вологи в виробах; I – кінець підйому температури; II – початок падіння температури

 

Підвищення температури і вологості необхідно проводити достатньо швидко, щоб забезпечити конденсацію вологи на виробах. Для виникнення конденсації температура поверхні зразків повинна бути нижче точки роси повітря в камері.

На другому етапі випробування підтримують верхнє значення температури в продовж 12 год. ± 30 хв з початку циклу. Відносна вологість повинна складати (93±3)% за виключенням перших 15 хв, коли її значення повинно знаходитися між 90 і 100%. На третьому етапі випробування температуру в камері знижують до (25±3)⁰С за час від 3 до 6 год. Відносна вологість при цьому повинна бути не менше 95%, за виключенням перших 15 хв (не менше 90%). Допускається замість природного охолодження виробу в камері, де проводились випробування при верхньому значенні температури, переносити вироби із цієї камери в камеру із зниженою температурою, причому час переносу не повинен перевищувати 15 хв.

При зниженні температури в камері волога може проникати всередину виробів через різні мікроканали в зварних і паяних швах. Фізичний механізм цього явища полягає в наступному. При зниженні температури в камері повітря у внутрішній порожнині випробуваного виробу охолоджується і тиск в ній зменшується. Через перепад тисків в оточуючому середовищі і всередині порожнини волога дифундує по капілярам всередину порожнини корпусу. Тому випробування на вологостійкість в циклічному режимі може бути рекомендовано для виробів, що мають вільні внутрішні порожнини.

В безперервному режимі випробування не передбачена конденсація вологи на виробах, тому безперервне випробування проводять при постійних значеннях температури і вологості в камері. Час витримки при заданій температурі визначається часом досягнення теплової рівноваги. Потім відносну вологу повітря в камері підвищують до (95±3)% і далі підтримують це значення (як і значення температури) постійним в продовж всього часу випробування.

Методики проведення прискореного випробування виробів в безперервному і циклічному режимах аналогічні. Тривалість випробувань встановлюється в залежності від ступеня жорсткості. По закінченню прискореного випробування вироби витримують в нормальних умовах впродовж 1…2 год., тоді як по закінченню тривалого випробування – не менше 24 год.

Випробування при електричному навантаженні передбачається в тому випадку, якщо вплив вологи в умовах експлуатації виробів під напругою може призвести до електрохімічної корозії. В якості навантаження при такому випробуванні служить напруга, що забезпечує мінімальне виділення тепла в випробуваних виробах. В більшості випадків випробування на вологостійкість проводять без електричного навантаження. Параметри виробів вимірюють в кінці випробування (при циклічному режимі – на останньому циклі в кінці останньої години витримки при верхньому значенні температури), не виймаючи їх з камери вологості.

 

Камери тепла і вологи

Камери тепла і вологи, що використовуються для проведення випробування на вологостійкість, відрізняються габаритними розмірами, точністю підтримки режиму, діапазоном характеристик. Так, камери, призначені для відтворення циклічного режиму випробування, повинні забезпечувати циклічну зміну температури в межах заштрихованих областей на рис.3.5. камери, призначені для відтворення безперервного режиму, повинні підтримувати режим випробування в робочому об’ємі в межах ±3% нормованого значення вологості і ±2⁰С нормованого значення температури. Враховуючи, що незначні зміни температури супроводжуються значними коливаннями відносної вологості, слід застосовувати камери з точністю регулювання температури за сухим термометром ±4⁰С, а за вологим – від +0.4 до -0.2⁰С. Зниження температури більш ніж на 0.5⁰С при високій відносній вологості і підвищеній температурі може призвести до випадіння роси, що є недоліком камери.

Якщо на стелі і на стінках камери утворюються краплі конденсованої вологи, то вони не повинні потрапляти на дослідні вироби. Для цього над виробами слід встановлювати двоскатний навіс із некорозійного матеріалу, а самі вироби розміщати в камері таким чином, щоб краплі конденсованої води не потрапляли з одних виробів на інші. Стінки камери і деталі, що знаходяться всередині неї, повинні бути стійкі до корозійного впливу вологи, що утворюється в камері. Камера КТВ-0.4-155, схема якої зображена на рис.3.6 може працювати в ручному і автоматичному режимах.

 

1 – «сухий» термометр опору; 2 – «мокрий» термометр опору; 3 – чохол з батисту; 4, 10 - вентилятори; 5, 6, 18, 25 – платинові термометри опору; 7, 15 – нагрівачі; 8 – змійовик; 9 – заслінка; 11, 12, 19 – соленоїдні вентилі; 13, 14 – датчики нижнього та верхнього рівнів води; 16 – паровий зволожувач; 17, 20, 27, 28 - електронні мости; 21 – корисний об’єм камери; 22 – простір між стінками камери для циркуляції повітря; 23 – паропровід; 24 – склянка підпитки; 26 - резервуар з дистильованою водою.

Рисунок 3.6 – Схема камери тепла і вологи КТВ-0.4-155

Позитивна температура в камері утворюється в результаті теплообміну між повітрям, що знаходиться в корисному об’ємі 21, і нагрітим повітрям, що циркулює в просторі 22 між її стінками. Для примусової циркуляції повітря служить вентилятор 10, а для кращого теплообміну і вирівнювання температури шляхом перемішування повітря в корисному об’ємі камери – вентилятор 4.

Температура повітря регулюється електронним мостом 20, датчиками температури, в якості яких застосовують платинові термометри опору 6 і 25, встановлені відповідно поблизу від нагрівача 7 і в протилежному куті камери. Регулювання відбувається за середнім значенням температур в цих точках.

Повітря, що циркулює муж стінками камери, нагрівається нагрівачем 7. Для охолодження повітря (при перевищенні заданої температури) слугують заслінка 9 і змійовик 8, через який при відкриванні соленоїдного вентиля 11 попускається вода. Подавання напруги на нагрівач, соленоїдний вентиль і електромагніт, що керує заслінкою, виконується електронним мостом 20 через виконавчі реле і контактори. Контроль і безперервний запис температури в камері виконується електронним мостом 28, датчиком температури для якого є платиновий термометр опору 5. За його показниками вмикаються світлова і звукова сигналізація при перевищенні заданої температури, наприклад, у випадку безперервності системи управління нагрівачами або охолодженням.