Elektroniikan testaukseen käytettävän pölykaapin suunnittelu ja toteutus

Abstract

Markkinoilla menestyäkseen elektroniikkalaitteen toiminnallisten ominaisuuksien lisäksi laitteen luotettavuuden on oltava kunnossa eli laitteen on kestettävä sille tarkoitetussa toimintaympäristössä sille arvioidun käyttöiän. Luotettavuuden takaamiseksi uusia laitteita on testattava ennen kuin ne päästetään markkinoille, sillä viallisten laitteiden korjaaminen jälkikäteen on yleensä kallista. Elektroniikkalaitteiden testaamiseen käytetään niin sanottuja kiihdytettyjä testejä, joissa laitteille aiheutetaan suurempia rasituksia kuin ne normaalissa käyttöympäristössään kokevat. Testeissä rikkoutuneiden laitteiden vikaantumismekanismeja tutkimalla voidaan laitteen rakennetta muuttaa siten, että sille asetetut luotettavuusvaatimukset täyttyvät. Elektroniikkalaitteiden käyttö on lisääntynyt ja monipuolistunut, minkä seurauksena laitteita käytetään monissa erilaisissa ympäristöissä. Laitteisiin kohdistuu muun muassa lämpötilan, kosteuden, tärinän, iskujen ja epäpuhtauksien aiheuttamia rasituksia. Useat elektroniset laitteet altistuvat elinkaarensa aikana ilmassa olevalle pölylle, joka kertyessään piirilevyjen ja komponenttien pintaan kiihdyttää johtimiin kohdistuvaa korroosiota. Elektroniikkalaitteiden pienentymisen myötä pienetkin materiaalihäviöt saattavat aiheuttaa johtimen katkeamisen ja laitteen rikkoutumisen. Korroosion lisäksi pöly kasvattaa vuotovirtoja ja komponenttien kokemia lämpörasituksia sekä aiheuttaa läpilyöntejä johdinten eristevälien yli. Vuotovirtojen kasvu ja läpilyönnit saattavat aiheuttaa laitteiden toimintaan häiriöitä ja pahimmassa tapauksessa laitteiden rikkoutumisen. Kiihdytettyjä testejä suunniteltaessa realististen tulosten saavuttamiseksi useimpien laitteiden testeihin tulisi sisällyttää myös pölytestejä. Tämän työn tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa testauslaitteisto, jota voidaan käyttää tutkittaessa elektroniikkalaitteen pinnoille kerääntyvän pölyn aiheuttamia ilmiöitä. Testauslaitteen suunnittelun pohjana on käytetty ympäristötestausmenetelmiä käsittelevää MIL-STD-810F standardia. Työn teoriaosuudessa pääpaino on elektroniikkalaitteen suunnittelua käsittelevässä luvussa. Lisäksi teoriaosuudessa käydään läpi kiihdytettyä testaamista, pölyn vaikutuksia elektronisiin laitteisiin ja MIL-STD-810F standardia. Käytännön osuudessa käydään läpi testikaapin ohjauselektroniikan toteutus sekä laitteen toimintaperiaate ja mekaaninen rakenne. Työ sisältää lisäksi pölykaapin toiminnallisen testaamisen. Yksityiskohtaista testipölyllä tehtävää testausta ja hienosäätöä ei työhön sisälly.