eng
Выпуск #8/2025
Р. Глазунов
Решения для измерения и настройки параметров ЭКБ в интервале температур от компании T°Lab
Решения для измерения и настройки параметров ЭКБ в интервале температур от компании T°Lab
Просмотры: 524
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.250.8.76.80
В статье обобщен опыт компании T°Lab по созданию измерительных/настроечных стендов для элементов ЭКБ в интервале температур. Предлагаемые решения упрощают выполнение операций, повышают надежность и существенно снижают стоимость испытательного оборудования.
Ключевые слова: климатические камеры, температурный диапазон, тестовая плата, материнская плата, виброразвязка
В статье обобщен опыт компании T°Lab по созданию измерительных/настроечных стендов для элементов ЭКБ в интервале температур. Предлагаемые решения упрощают выполнение операций, повышают надежность и существенно снижают стоимость испытательного оборудования.
Ключевые слова: климатические камеры, температурный диапазон, тестовая плата, материнская плата, виброразвязка
Решения для измерения и настройки параметров ЭКБ в интервале температур от компании T°Lab
Р. Глазунов
Изменение температуры является одним из значимых факторов, влияющим на характеристики и работоспособность электронного оборудования. Задачи выявления, измерения, контроля и компенсации температурных воздействий актуальны при разработке и производстве компонентов, модулей и блоков. В статье обобщен опыт компании T°Lab по созданию измерительных/настроечных стендов для элементов ЭКБ в интервале температур. Предлагаемые решения упрощают выполнение операций, повышают надежность и существенно снижают стоимость испытательного оборудования.
К омпания T°Lab (ООО «ОТК») более 10 лет выпускает устройства для воспроизведения температуры – климатические камеры, а также оборудование для контроля и индивидуальной калибровки ЭКБ в интервале температур. Завод полного цикла производства климатических камер T°Lab находится в Волгограде. Ежегодно выпускается более 200 единиц оборудования. Инженерная команда реализует наукоемкие проекты как для российского, так и для зарубежного рынка – имеется опыт поставки настроечного оборудования для микросборок в Тайвань (рис. 1, 2).
В оборудовании T°Lab применяются контроллеры, электронные модули, измерительные приборы (внесенные в Госреестр), а также программное обеспечение собственной разработки, что позволяет решать уникальные задачи максимально эффективно. Предприятие готово создать автоматизированное оборудование для контроля, настройки параметров ЭКБ и электронных модулей в интервале температур, разработать методы, алгоритмы, программное обеспечение для измерений и поставить оборудование «под ключ».
Типичный стенд
для настройки/контроля ЭКБ
Наиболее популярным решением для проведения настройки/испытаний ЭКБ является стандартная термокамера с размещенной в ней оснасткой, как правило, состоящей из печатной платы и соединителей/контактирующих для испытуемых устройств/компонентов (рис. 3). Печатная плата подключается к измерительным приборам с помощью жгута проводов.
Несмотря на широкое распространение, данный тип оборудования имеет ряд недостатков, таких как:
неполное использование пространства термокамеры – оснастка перекрывает потоки воздуха, плохая термодинамика и распределение температуры;
повышенные требования к качеству проводников жгутов, необходима высокая термостойкость;
необходимость применения кабельных разъемов, что существенно снижает надежность стенда;
ограниченность в количестве передаваемых сигналов, особенно с учетом их полосы частот;
значительная дороговизна и трудоемкость изготовления кабельных сборок.
На основе накопленного опыта в области создания климатических камер компания T°Lab разработала ряд решений на базе специальных климатических камер для микроэлектроники, направленных на преодоление указанных недостатков. Одной из главных целей любого предприятия является снижение себестоимости изделия, применение экономически эффективных решений должно рассматриваться в первую очередь.
Использование печатных плат вместо жгутов
Одной из идей оптимизации является создание специальной камеры с горизонтальным движением воздуха, внутри которой размещаются тестовые платы с изделиями и материнская плата/backplane, проходящая в область нормальных условий (рис. 4). Изделия размещаются в адаптерах, которые устанавливаются на тестовую плату через разъемное соединение с дублированием сигналов. Таким образом, итоговая цепочка соединений выглядит следующим образом: изделие – адаптер – тестовая плата – материнская плата –
внешние приборы.
Данное решение является универсальным и позволяет при перенастройке на изделия в другом корпусе или изделие другого вида заменять только часть компонентов. Переконфигурация заключается в замене адаптера, имеющего контактирующее устройство под нужный корпус и схему сопряжения, соответствующего изделиям конкретного вида.
В целях реализации более компактной и более доступной по стоимости установки, обработку сигналов можно проводить непосредственно на тестовых платах, если это допускается условиями эксплуатации применяемой компонентной базы. Пример такого подхода показан на рис. 5.
Современные технологии производства печатных плат позволяют реализовать различные требования к линиям передачи сигналов (высокочастотные, согласованные, дифференциальные и др.) с обеспечением стойкости к повышенным температурам и применением современных материалов препрегов. Стоимость производства печатных плат на порядок ниже стоимости производства кабельных сборок.
В решении такого типа используется всего одно разъемное соединение между тестовой платой и материнской платой/backplane. Данные соединения являются высоконадежными (как с точки зрения механики, так и электрики, особенно при дублировании сигналов). Для соединения применяется, например, популярный формат DIN41612, а также различные варианты наборных соединителей с ВЧ-блоками. Использование полозьев корзины и механических ловителей существенно продлевает срок службы соединителей (опыт эксплуатации в T°Lab показывает наработку на отказ порядка 5–10 лет с ежедневным разъединением), они не подвергаются изломам и перекосам, в отличие от кабельных сборок.
На материнской плате/backplane могут быть расположены дополнительные схемы питания, сопряжения, согласования тестовых плат с внешними приборами. Наша компания дополнительно устанавливает резисторы нагревателей на стороне нормальных условий для компенсации притока холода через проводники печатной платы и невозможности образования конденсата.
Линейное уплотнение из вспененной силиконовой резины обеспечивает надежную герметизацию рабочего объема и возможность легкой замены материнской платы.
Решение может быть выполнено в различных форм-факторах:
на рис. 6 представлен вариант с вертикальным исполнением для испытаний только на воздействие тепла.
Данное решение позволяет обеспечить:
большой объем загрузки изделиями без нарушения условий обдува и градиента температуры;
легкость загрузки/выгрузки изделий вместе с тестовыми платами;
высокую универсальность и реконфигурируемость благодаря блочной конструкции;
возможность подведения большого количества сигналов к/от изделий без существенного увеличения сложности конструкции;
возможность трассировки ВЧ-сигналов на печатной плате (с соответствующим материалом) микрополосковыми линиями;
компактность печатного монтажа при применении многослойных плат;
высокую технологичность печатного монтажа и низкую стоимость по сравнению с проводным.
Механическая коммутация
Для некоторых задач контроля ВЧ- или широкополосных сигналов важное значение имеет длина проводников – соединителей между изделием и аппаратурой, расположенной в нормальных условиях (усилителями и др.). Решение с механической коммутацией может также быть применено для несложных задач с малым количеством сигналов изделий, что позволяет снизить объем разработки до минимального.
Камера «тепла – холода» выполнена в круглом исполнении и имеет привод вращения карусели с изделиями (рис. 7). Изделия устанавливаются на дисковую оснастку и подключаются к измерительным приборам с помощью контактной головки, снабженной скользящими контактами или игольчатыми контактами с приводом. В случае необходимости питание изделий может быть подведено через полый вал поворотной карусели (если нужно сохранять их тепловой режим между замерами).
В контактную головку могут быть встроены элементы сопряжения, усилители, иные схемы, нужные для измерений. Пример нашей разработки – плата широкополосных усилителей сигнала с полосой 2 ГГц. Данный усилитель – активный щуп – размещается в корпусе контактной головки и обеспечивает снятие сигнала с выхода изделия и подачу на осциллограф (рис. 8).
Ключевым преимуществом решения с механической коммутацией является простота. Объем разработки уменьшается до проектирования дисковой оснастки для механической фиксации изделий и электрической схемы сопряжения в контактной головке. К недостаткам решения можно отнести износ механических элементов коммутации и необходимость контроля их состояния и периодической замены.
Решения с виброразвязкой
Для некоторых видов измерений критична вибрация, создаваемая климатической камерой и ее холодильной установкой, например, в случае измерения фазовых шумов. Для решения этой проблемы созданы специальные камеры с виброразвязанным предметным столиком,
закрепленным на отдельном от камеры фундаменте.
В зависимости от требований к вибрации камера может быть расположена на фальшполу с выносным холодильным блоком (рис. 9а), либо на одном основании с фундаментом, под фундаментом размещается виброизоляционный материал (рис. 9б).
Выбирайте отечественное
Все вышеперечисленное оборудование разработано и серийно производится компанией T°Lab (ООО «ОТК»). Некоторые модели оборудования имеются в наличии. Специа-
листы компании готовы помочь в выборе оптимального решения, либо выполнить проект «под ключ» в соответствии с требованиями заказчика.
Помимо специальных решений, компанией выпускается линейка стандартного оборудования для проведения климатических испытаний: камеры «тепла – холода», «тепла – холода – влаги», термошоковые камеры и др. Изделия выполнены на высоком техническом уровне и отличаются конкурентной ценой.
Р. Глазунов
Изменение температуры является одним из значимых факторов, влияющим на характеристики и работоспособность электронного оборудования. Задачи выявления, измерения, контроля и компенсации температурных воздействий актуальны при разработке и производстве компонентов, модулей и блоков. В статье обобщен опыт компании T°Lab по созданию измерительных/настроечных стендов для элементов ЭКБ в интервале температур. Предлагаемые решения упрощают выполнение операций, повышают надежность и существенно снижают стоимость испытательного оборудования.
К омпания T°Lab (ООО «ОТК») более 10 лет выпускает устройства для воспроизведения температуры – климатические камеры, а также оборудование для контроля и индивидуальной калибровки ЭКБ в интервале температур. Завод полного цикла производства климатических камер T°Lab находится в Волгограде. Ежегодно выпускается более 200 единиц оборудования. Инженерная команда реализует наукоемкие проекты как для российского, так и для зарубежного рынка – имеется опыт поставки настроечного оборудования для микросборок в Тайвань (рис. 1, 2).
В оборудовании T°Lab применяются контроллеры, электронные модули, измерительные приборы (внесенные в Госреестр), а также программное обеспечение собственной разработки, что позволяет решать уникальные задачи максимально эффективно. Предприятие готово создать автоматизированное оборудование для контроля, настройки параметров ЭКБ и электронных модулей в интервале температур, разработать методы, алгоритмы, программное обеспечение для измерений и поставить оборудование «под ключ».
Типичный стенд
для настройки/контроля ЭКБ
Наиболее популярным решением для проведения настройки/испытаний ЭКБ является стандартная термокамера с размещенной в ней оснасткой, как правило, состоящей из печатной платы и соединителей/контактирующих для испытуемых устройств/компонентов (рис. 3). Печатная плата подключается к измерительным приборам с помощью жгута проводов.
Несмотря на широкое распространение, данный тип оборудования имеет ряд недостатков, таких как:
неполное использование пространства термокамеры – оснастка перекрывает потоки воздуха, плохая термодинамика и распределение температуры;
повышенные требования к качеству проводников жгутов, необходима высокая термостойкость;
необходимость применения кабельных разъемов, что существенно снижает надежность стенда;
ограниченность в количестве передаваемых сигналов, особенно с учетом их полосы частот;
значительная дороговизна и трудоемкость изготовления кабельных сборок.
На основе накопленного опыта в области создания климатических камер компания T°Lab разработала ряд решений на базе специальных климатических камер для микроэлектроники, направленных на преодоление указанных недостатков. Одной из главных целей любого предприятия является снижение себестоимости изделия, применение экономически эффективных решений должно рассматриваться в первую очередь.
Использование печатных плат вместо жгутов
Одной из идей оптимизации является создание специальной камеры с горизонтальным движением воздуха, внутри которой размещаются тестовые платы с изделиями и материнская плата/backplane, проходящая в область нормальных условий (рис. 4). Изделия размещаются в адаптерах, которые устанавливаются на тестовую плату через разъемное соединение с дублированием сигналов. Таким образом, итоговая цепочка соединений выглядит следующим образом: изделие – адаптер – тестовая плата – материнская плата –
внешние приборы.
Данное решение является универсальным и позволяет при перенастройке на изделия в другом корпусе или изделие другого вида заменять только часть компонентов. Переконфигурация заключается в замене адаптера, имеющего контактирующее устройство под нужный корпус и схему сопряжения, соответствующего изделиям конкретного вида.
В целях реализации более компактной и более доступной по стоимости установки, обработку сигналов можно проводить непосредственно на тестовых платах, если это допускается условиями эксплуатации применяемой компонентной базы. Пример такого подхода показан на рис. 5.
Современные технологии производства печатных плат позволяют реализовать различные требования к линиям передачи сигналов (высокочастотные, согласованные, дифференциальные и др.) с обеспечением стойкости к повышенным температурам и применением современных материалов препрегов. Стоимость производства печатных плат на порядок ниже стоимости производства кабельных сборок.
В решении такого типа используется всего одно разъемное соединение между тестовой платой и материнской платой/backplane. Данные соединения являются высоконадежными (как с точки зрения механики, так и электрики, особенно при дублировании сигналов). Для соединения применяется, например, популярный формат DIN41612, а также различные варианты наборных соединителей с ВЧ-блоками. Использование полозьев корзины и механических ловителей существенно продлевает срок службы соединителей (опыт эксплуатации в T°Lab показывает наработку на отказ порядка 5–10 лет с ежедневным разъединением), они не подвергаются изломам и перекосам, в отличие от кабельных сборок.
На материнской плате/backplane могут быть расположены дополнительные схемы питания, сопряжения, согласования тестовых плат с внешними приборами. Наша компания дополнительно устанавливает резисторы нагревателей на стороне нормальных условий для компенсации притока холода через проводники печатной платы и невозможности образования конденсата.
Линейное уплотнение из вспененной силиконовой резины обеспечивает надежную герметизацию рабочего объема и возможность легкой замены материнской платы.
Решение может быть выполнено в различных форм-факторах:
на рис. 6 представлен вариант с вертикальным исполнением для испытаний только на воздействие тепла.
Данное решение позволяет обеспечить:
большой объем загрузки изделиями без нарушения условий обдува и градиента температуры;
легкость загрузки/выгрузки изделий вместе с тестовыми платами;
высокую универсальность и реконфигурируемость благодаря блочной конструкции;
возможность подведения большого количества сигналов к/от изделий без существенного увеличения сложности конструкции;
возможность трассировки ВЧ-сигналов на печатной плате (с соответствующим материалом) микрополосковыми линиями;
компактность печатного монтажа при применении многослойных плат;
высокую технологичность печатного монтажа и низкую стоимость по сравнению с проводным.
Механическая коммутация
Для некоторых задач контроля ВЧ- или широкополосных сигналов важное значение имеет длина проводников – соединителей между изделием и аппаратурой, расположенной в нормальных условиях (усилителями и др.). Решение с механической коммутацией может также быть применено для несложных задач с малым количеством сигналов изделий, что позволяет снизить объем разработки до минимального.
Камера «тепла – холода» выполнена в круглом исполнении и имеет привод вращения карусели с изделиями (рис. 7). Изделия устанавливаются на дисковую оснастку и подключаются к измерительным приборам с помощью контактной головки, снабженной скользящими контактами или игольчатыми контактами с приводом. В случае необходимости питание изделий может быть подведено через полый вал поворотной карусели (если нужно сохранять их тепловой режим между замерами).
В контактную головку могут быть встроены элементы сопряжения, усилители, иные схемы, нужные для измерений. Пример нашей разработки – плата широкополосных усилителей сигнала с полосой 2 ГГц. Данный усилитель – активный щуп – размещается в корпусе контактной головки и обеспечивает снятие сигнала с выхода изделия и подачу на осциллограф (рис. 8).
Ключевым преимуществом решения с механической коммутацией является простота. Объем разработки уменьшается до проектирования дисковой оснастки для механической фиксации изделий и электрической схемы сопряжения в контактной головке. К недостаткам решения можно отнести износ механических элементов коммутации и необходимость контроля их состояния и периодической замены.
Решения с виброразвязкой
Для некоторых видов измерений критична вибрация, создаваемая климатической камерой и ее холодильной установкой, например, в случае измерения фазовых шумов. Для решения этой проблемы созданы специальные камеры с виброразвязанным предметным столиком,
закрепленным на отдельном от камеры фундаменте.
В зависимости от требований к вибрации камера может быть расположена на фальшполу с выносным холодильным блоком (рис. 9а), либо на одном основании с фундаментом, под фундаментом размещается виброизоляционный материал (рис. 9б).
Выбирайте отечественное
Все вышеперечисленное оборудование разработано и серийно производится компанией T°Lab (ООО «ОТК»). Некоторые модели оборудования имеются в наличии. Специа-
листы компании готовы помочь в выборе оптимального решения, либо выполнить проект «под ключ» в соответствии с требованиями заказчика.
Помимо специальных решений, компанией выпускается линейка стандартного оборудования для проведения климатических испытаний: камеры «тепла – холода», «тепла – холода – влаги», термошоковые камеры и др. Изделия выполнены на высоком техническом уровне и отличаются конкурентной ценой.
Отзывы читателей
