Как повысить срок службы измерительного приспособления для RF элементов?

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

На соседней теме идёт дискуссия о том, как повлиять на швейцарскую фирму, чтобы поставила сортировочно-упаковочную машину в срок.
Между тем, и с первой швейцарской машиной не всё оказалось в порядке (не по вине шевйцарцев, конечно)
Сердце машины - это измерительное приспособление, которое измеряет соответствуют ли характеристики RF елементов (микро-фильтров и, микро-каплеров (этакий миниатюрный трансформатор) заданным.
RF елементы работают в диапазоне частот до до 5 гигагерц (сейчас до 10 и выше)
Измерительное приспособление проверяет 20-30 тыс. елементов в час.
Для этого элемент с помощью роторного вакуумного захвата берётся с питателя на загрузочной позиции и затем опускается на контакты измерительного приспособления.
В зависимости от результатов измерения элемент либо отбраковывается, либо упаковывается.
Такое приспособления стоят до 10 000 $.
Они не ремонто-пригодны и портятся после ... 20-30 тыс замеров.
Это и неудивительно, ведь сердце приспособления - печатная плата из эпоксигласа.
Это такая квадратная пластинка с прорезанными насквозь пазами вокруг четырёх контактных поверхностей, на которые опускаются контактные поверхности элементов с частотой около десяти ударов в секунду.
Пазы прорезаны, чтобы обеспечить контактам печатной платы необходимую гибкость.
Импеда́нс (комплексное сопротивление, полное сопротивление) каждой измерительной линии 50 Ом.
Для обеспечения этого нижняя часть платы покрыта слоем металла (никель, золото), а толщина линий, ведущих к контактным поверхностям, на которые опускаются контакты измеряемого элемента имеет определюнную сачётную ширину (чтобы получить 50 Ом)
Один из параметров такого расчёта - толщина эпоксигласа между линией ведущей к контакту и металлом заземления, покрывающим плату снизу.
Приспособление измеряет прямой и обратный сигнал в децибелах на различных частотах.
Проблема заключается в том, что в металле на верхней и нижней поверхностях печатной платы от постоянных изгибов после где-то 20 000 измерений появляются микротрещины, которые так сильно искажают измерения, что надо заменять приспособление.
Хотелось бы:
-Довести количество измерений хотябы до миллиона
-Сделать приспособление ремонто-пригодным в пределах нескольких сот $
Как быть?

P.S. Не нужно особо заморачиваться техническими подробностями, которые я привёл для того. чтобы показать, что типа "не не ботфортом консоме хлебаем".
В упрощённом виде задача состоит в том, что есть полоска диэлектрика покрытая с двух сторон металлом.
В процессе работы эта полоска гнётся и в металле появляются трещины.
Как этого избежать?

Форумы: 

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя blandux.

Сложно объяснено, хотелось бы картинку :) Но вообще, поверх плексигласа просится какая-то более гибкая прослойка, которая уменьшала бы изгиб металла, например слой гибкого клея или что-то типа этого, главное чтобы не продавливалось, а если продавливалось, то восстанавливало форму.

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Gig.JPG

Элемент лежит на контактах печатной платы - вид сбоку.
Видны два слоя металла нанесенные на диэлектрик с двух сторон.

P.S. Задача (в такой упрощённой постановке, конечно) - несложная.
Идею решения можно найти, как с помощью приёмов разрешения ТП, так и с помощью приёмов разрешения ФП

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Он и так не гнётся - гнутся контакты печатной платы.
И они таки должны гнуться чтобы обеспечить 100% цонтакт с контактными поверхностями элемента, которые имеют определённую неплоскостность.
Контакты печатной платы (эпоксигласовый полоски с металлом сверхы и снизу) должны прогибаться (и прогибаются) примерно на 0.1-0.3 мм (иногда больше, но это плохо)

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Андрей Трошин.

С экономичесой точки зрения решение задачи не имеет смысла
Производителю выгодно продавать потребителю новый станок после износа старого
Потребителю выгодно получать откаты от поставок
Решение не будет внедрено никогда

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Андрей Трошин wrote:
...
Потребителю выгодно получать откаты от поставок
Решение не будет внедрено никогда
Андрей, Вы ведь сейчас не о потребителе, а видимо о каком -то "манагере" говорите?

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

1. Я бы попробовал использовать скин-эффект. На частотах 5-10 ГГц токи текут по слою единицы микрон. Поэтому вместо трехслоййной конструкции можно взять просто металлическую пластину. Основная масса металла будет выступать как изолятор :-).
Чтобы обеспечить отражение с обратной стороны ее можно легировать металлом с большей проводимостью. Тут, конечно, все нужно считать, для чего нужно много подробностей...
2. Можно использовать те же индукционные токи. Наносить слой легкоплавкого металла (хоть бы и оловяннщ-висмутовый припой). К расплаву контакт будет хороший. Долго, конечно, не продержится, зато ремонтировать - одно удовольствие. Нужно, конечно, опять-таки расчитать необходимую мощность - вполне может не хватить.
3. Бог с ней оправкой совсем. На таких частотах токи вполне можно наводить непосредственно на контакты проверяемой детали.

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя AlexZ.

Gregory Frenklach wrote:

16/09/2011 - 12:50
Контакты печатной платы гнутся примерно на 0.1-0.3 мм.
Они и должны гнуться, чтобы обеспечить 100%-й контакт с контактными поверхностями элемента, которые имеют определённую неплоскостность.

1. Желателен вечный, т.е. никогда не ломающийся контакт.
По линии "изменение материала" контакт должен меняться: эластичный (такой сейчас) --> жидкостный --> газовый
2. Формулирование противоречия и его разрешение по приемам
Необходимо повысить надежность устройства (параметер № 27), но обычно это связано с усложнением устройства (параметр № 36).
Рекомендуемые приемы разрешения противоречия:
13. Наоборот
13.1. Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие --> вместо укрепления контакта разрушить его = перейти от твердого контакта к жидкому
13.2. Сделать движущуюся часть контакта (внешней среды) неподвижной, а неподвижную – движущейся --> неподвижную область контакта, где он гнется (место заделки консоли), сделать подвижной = неподвижную область контакта сделать жидкой
13.3 Перевернуть контакт «вверх ногами»
35. Изменение параметров
35.1. Изменить агрегатное состояние объекта = твердый контакт --> жидкий контакт --> газообразный контакт
35.2. Изменить концентрацию или консистенцию.
35.3. Изменить степень гибкости = твердый контакт --> жидкий контакт --> газообразный контакт
35.4. Изменить температуру.
35.5. Изменить объем.
01. Дробление
1.1. Разделить контакт на независимые части
1.2. Выполнить контакт разборным.
1.3. Увеличить степень дробления (измельчения) контакта
Все 3 пункта = твердый контакт --> жидкий контакт --> газообразный контакт

Обобщающая идея - жидкостный контакт. Он никогда не ломается, абсолютно прилегает к контактным поверхностям проверяемого элемента.

Пример реализации:
US Patent 7005593, Feb 28, 2006
Liquid electrical microswitch = Жидкостный электрический микровыключатель
A liquid electrical switch is disclosed that uses a plurality of droplets of conducting liquid to form an electrical path... = Описан жидкостный электрический выключатель, в котором используется множество капель проводящей жидкости, создающих электрическую цепь...

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Отвечаю сразу всем в одном посте:

1. Приспособления былы внедрены и их модификации работают до сих пор (спустя десять лет, как я оставил компанию)
Один из специалистов по RF, которому показали приспособлене сказал: "Dirty design!" :)

2. По поводу скин эффекта - да именно трещины, которые образуются в поверхностном слое металлического покрытия печатной платы в результате постоянных изгибов (около 10 в секунду) выводят приспособление из строя.
Этот эффект сыграл со мной злую шутку, когда найдя очень простое решение, я решил его улучшить (конвенциональным для RF способом), но вместо этого характеристики стали хуже.
Все игры с материалами были отброшены, как требующие долгих исследований специалистов по RF и материаловедов.
Они честно пытались это направление реализовать (даже когда приспособление уже работало) - может и до сих пор пытаются

3. Идея жидкого контакта была отброшена из-за нестабильности геометрических характеристик, а пытаться их стабилизировать показалось сложным.
Не всегда нужно доводить рекоммендации приёма до конца - можно остановиться, скажем на первой или второй стадии.

Почему на поверхности металлического покрытия при изгибе полоски (относительно толстой) появляются усталостные трещины?
Это вопрос скорее инженерный.
Советую тем, кто знаком с методикой GEN3 опрделить одну из ведущих областей в борьбе с усталостными трещинами при изгибе.

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Токопроводящую губку я из конструкции выкинул, как неэффективную - в приспособлении, которое плохо работало она (губка) снизу замыкала на землю и между собой нижнее металическое покрытие четырёх контактов печатной платы.
Сработала бы проводящая резина в качестве контакта при диапазоне 3-5 гига?
Не знаю - не пробовал:)

Не торопитесь.
Дайте людям найти решение, которое будет работать.
Тем более, что один из приёмов с помощью которого можно выйти на идею решения был приведен.

P.S. Небольшую подсказку всё таки сделаю...
Ведущие области это грузовой автомобильный и железнодорожный транспорт.
Там эту задачу уже решили для более тяжёлых условий эксплуатации.

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя AlexZ.

Gregory Frenklach wrote:

сб, 17/09/2011 - 01:41.
Ведущие области это грузовой автомобильный и железнодорожный транспорт.
Там эту задачу уже решили для более тяжёлых условий эксплуатации.

Журавский --> изгиб балки --> расслоение --> рессора
Спасибо,
AlexZ

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Gregory Frenklach wrote:
Gig.JPG

Элемент лежит на контактах печатной платы - вид сбоку.
Видны два слоя металла нанесенные на диэлектрик с двух сторон.

P.S. Задача (в такой упрощённой постановке, конечно) - несложная.
Идею решения можно найти, как с помощью приёмов разрешения ТП, так и с помощью приёмов разрешения ФП

я так понял что нижняя часть рисунка и есть то что "ломается" ?
а она типа за воздух зубами держится или на чем то крепится ?
почему она вообще и мнется и гнется ?

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

А это, как портрет "морды лица" - тело подразумевается, но не изображается:)
Или "говорящая голова" в кино - см. выше:)

Элементик сверху прижимается к закремплённым консольно контактам (полоски эпоксигласа, покрытые с двух сторон металлом) и прогибает их.
В результате в металлическом (никель-золото) покрытии эпоксигласа (более точное название материала - FR4) после 20 000 тыс прогибов появляются терещины.
К чему прикреплены контакты и как роли не играет - модель задачи предельно упрощена.
Есть контакты и элемент, который прижимают к ним сверху.
У элемента, кстати, в реальных условиях четыре контактных поверхности => и контактов тоже четыре, но для модели задачи достаточно одного контакта.
Ещё более упрощённая модель задачи - один контакт (полоска FR4 покрытая металлом с двух сторон), который гнётся и в результате в металле появляются трещины.
Как быть?

P.S. Идею решения по-моему уже предложили, но не полностью объяснили - видимо я всё таки перестарался с подсказками:)

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

и без подсказок понятно что хочется воткнуть куда то амортизатор,
но чтоб он еще и 10Ггц не мешал проводить.
только мне кажется что "прогибы" и "гнется" тут как то не совсем правильно.
если плата лежит на жесткой основе то скорее всего эпоксиглас мнется, а не гнется.
разница в решении может быть бальшая.
можно и под плату кусок резины поставить, тогда плата не будет мнуться.
а можно искать мягкий токопроводящий материал, который подложить между платой и элементом.
или искать гаситель вибраций от которых рвется металл проводников.

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Амортизатор?
Втыкайте...
Я ведь написал, что контакты закреплены консольно - т.е. они ни на чём не лежат.
Под ними пусто.
И элемент их прогибает.
И гнуться они должны, чтобы обеспечить контакт с контактными поверхностями элемента.
Учтите, что в области RF от мягких токопроводящих элементов больше вреда, чем пользы.

P.S. Повторрюсь, что базовая идея уже была высказана, но не доведена до конца

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Quote:
Я ведь написал, что контакты закреплены консольно - т.е. они ни на чём не лежат.
Под ними пусто.

это вам понятен ваш сленг.
что есть "консольно" я понял только после этой фразы.
они получается держаться зубами за воздух.

хотелось бы еще узнать в каком именно месте "рвется" проводник.

Re: Как повысить срок службы измерительного приспособления ...

Изображение пользователя Gregory Frenklach.

Не рвётся, а трескается.
Трещины в поверхностном слое металла.
Больше в той которая сверху.
И видны эти трещины только под микроскопом.
Но этого достаточно
Представьте гвоздь в стенке.
Если он забит не до конца - это консоль.
Вот Вы давите на шляпку, а на поберхности гвоздя появляются трещины.

Subscribe to Comments for "Как повысить срок службы измерительного приспособления для RF элементов? "