Caracterización de la Temperatura Extrema de los Componentes Pasivos

Caracterización de la Temperatura Extrema de los Componentes Pasivos

Juan Moreno, Paola Fiadino, Irina Alina Spuma,  Juan Barbero & Demetrio López

Alter Technology TÜV NORD S.A.U.  Madrid, España

Introducción

Este artículo describe los desarrollos de configuración y algunos de los resultados obtenidos para la caracterización de temperatura de -190ºC a más de + 300ºC de componentes pasivos normalmente utilizados para misiones espaciales, pero con un rango de temperatura de funcionamiento estándar en la mayoría de los casos. Una de las configuraciones utilizadas se basa en el contacto directo con las sondas Kelvin con una solución multiplexada para permitir la caracterización de hasta 150 muestras en el mismo ciclo térmico. Se usa una segunda configuración de medición para mediciones a temperaturas más altas basadas en soldadura no estándar y el uso de una puerta de cámara climática hecha a medida de cerámica.

Configuraciones para la caracterización de componentes pasivos

CONFIGURACIÓN 1 

La primera configuración de mediciones utilizada por Alter Technology se basa en el uso de una matriz de conmutación fabricada por Sun Electronic Systems capaz de manejar hasta cinco placas de componentes. Las placas de componentes proporcionan un contacto fácil Kelvin (4 hilos) a los terminales de los componentes, lo que permite mediciones eléctricas muy precisas. El uso de diferentes paneles de componentes permite medir hasta 160 componentes axiales o radiales y 80 componentes de 4 terminales. La matriz y los diferentes enchufes se muestran en la Fig. 2.

Nuestra compañía desarrolla software de control personalizado de LabVIEW para la automatización y control de cada tipo de medición. El uso de la matriz de conmutación con cámaras climáticas programables y software de control personalizado permite realizar mediciones totalmente automáticas en pasos de temperatura preprogramados. El control de la temperatura está garantizado por el uso de los termopares de control de la cámara más varios termopares adicionales disponibles para monitorear la homogeneidad de la temperatura a lo largo de las diferentes placas dentro de la cámara.

Puerta de matriz y tomas Kelvin

La configuración de la puerta de la matriz presenta dos limitaciones: la corriente máxima permitida es de 4 amperios debido a las limitaciones de los relés y la soldadura de los sockets limita el uso de esta configuración a temperaturas inferiores a 200ºC.

CONFIGURACIÓN 2

Contacto receptáculo de oro

Esta segunda configuración de mediciones ha sido desarrollada por Alter Technology para superar algunas de las limitaciones presentadas por la configuración explicada anteriormente. En este caso, el contacto con los terminales se realiza con alambres cupper terminados en receptáculos dorados. Los alambres del cobre salen de la cámara a través de una tabla perforada Duratec. El material Duratec proporciona un buen aislamiento eléctrico (menos de 1nA de corriente de fuga a 250V entre pasadores consecutivos) y soporta todo el rango de temperatura para el que se diseñó la configuración.

Este sistema elimina la limitación de corriente de 4 amperios a costa de solo permitir mediciones semiautomáticas. Los contactos dorados del receptáculo están soldados al cable del cobre utilizando un compuesto de soldadura de alto punto de fusión, permitiendo mediciones de hasta 300ºC sin dañar o incluso manchar los terminales de los componentes, como se muestra en la Fig. 3. Las mediciones se realizan solo a través de dos cables, pero la resistencia de contacto agregada por la configuración es inferior a 5 mΩ. La medición de 4 hilos se realiza desde el otro extremo de los cables de cobre.

Resultados de caracterización de componentes pasivos: medidas de resistencia

Las medidas de resistencia se pueden realizar de forma muy precisa utilizando los zócalos Kelvin. Las resistencias muestran un ligero aumento en la resistencia para temperaturas inferiores a la temperatura nominal mínima. En algunos casos, el valor de resistencia obtenido cae fuera de los límites de especificación para el rango de temperatura estándar como se muestra en la Fig. 6. La mayoría de las resistencias probadas muestran un comportamiento muy estable incluso fuera de su rango de temperatura nominal, un ejemplo se muestra en la Fig. 7, se muestra en el informe completo a continuación.

Se han llevado a cabo varias mediciones en termistores usando el mismo sistema. La siguiente imagen muestra la evolución de la resistencia de los termistores que se utilizan para controlar la temperatura interna de las termopilas para REMS (Rover Environmental Monitoring Station) actualmente a bordo del MSL (Mars Science Laboratory) en la superficie de Marte. La evolución de la resistencia y el termopar real se pueden ver en la figura 8 y la figura 9, respectivamente, en el informe.

Descargue o lea el informe completo aquí