Способ определения фактической площади контактирования и характера распределения токов в плоскости контактирования электрических контактов

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам определения фактической площади контактирования электрических контактов, и может быуь испольэовано при производстве и эксплуатации различного электрооборудования. Цель изобретения - повышение точности, дойтоверности результатов. Для этого в качестве контрастного вещества наносят' тонкую пленку халькогенидного стеклообразного полупроводника, при приведении в контакт контактирующих элементов создают механическое усилие, равное величине усилия Контактного нажатия, в результате чего получают скрытое изображение распределениятока через контактирующий элемент, которое подвергают обработке и анализу, причем после разъединения контактирующих элементов для проявления скрытого изображения поверхность со сло^эмконтрастного вещества либо нагревают в течение времени, необходимого для кристаллизации пленки в точках контактирования, либо освещают световым импульсом длиной волны, соответствующей области фундаментального поглощения до появления цветового изображения распределения токов, по которому определяют фактическую площадь контактирования. Возможно через собранный контакт пропустить электрический ток величиной, равной или превышающей ток удержания, в течение времени, соответствующего установившемуся тепловому состоянию в точках контактирования, в результате чего сразу получается цветовая картина распределения токов. Способ позволяет повысить точность, достоверность результатов, обеспечить возможность применения для контактов с малой площадью контактирования, а также расши^ рить функциональные возможности путем определения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических контактов.ё41Оюь.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 Н 49/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЙЛЬСТВУ (21) 4474592/07 (22) 14.06,88 (46) 30.01,92. Бюл. No 4 (71) МГТУ им.Н.Э.Баумана (72) А.В.Еланцев, В.В.Маркелов, и Ю.H.Íoâèêîâ (53) 621,318.56.044.5(088.8) (56) Электрические контакты..Труды совещания. M.: Энергия, 1967, с.152 — 158. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ КОНТАКТИРОВАИИЯ И

ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОВ В

ПЛОСКОСТИ КОНТАКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам определения фактической площади конта ктировэния электрических контактов, и может быть использовано при производстве и эксплуатации различного электрооборудования. Цель изобретения — повышение точности, достоверности результатов. Для этого в качестве контрастного вещества наносят тонкую пленку халькогенидного стеклообразного полупроводника, при приведении в контакт контактирующих элементов создают механическое усилие, равное величине усилия контактного нажатия, в результате чего получают скрытое изображение распределения

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам определения фактической площади контактирования и характера распределения токов в плоскости контактирования электрических контактов, и может быть использовано при производстве и эксплуатации различного электрооборудования.

„„ЯЦ „„1709414 А1 тока через контактирующий элемент, которое подвергают обработке и анализу, причем после разъединения контактирующих элементов для проявления скрытого изображения поверхность со слоем контрастного вещества либо нагревают в течение времени, необходимого для кристаллизации пленки в точках контактирования, либо освещают световым импульсом длиной волны, соответствующей области фундаментального поглощения до появления цветового изображения распределения токов, по которому определяют фактическую площадь контактирования. Возможно через собранный контакт пропустить электрический ток величиной, равной или превышаю-. щей ток удержания, в течение времени, 3 соответствующего установившемуся тепловому состоянию в точках контактирбвания, в результате чего сразу получается цветовая картина распределения токов. Способ позволяет повысить точность, достовер- 2 .ность результатов. обеспечить возможность применения для контактов с малой площадью контактирования, а также расширить функциональные возможности путем определения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактиро- О вания электрических контактов. Ф

Для определения фактической площади контактирования на исследуемую поверхность одного из контактирующих элементов наносят пленку халькогенидного стеклообразного полупроводника толщиной 0,1 — 10 мкм.Собирают контакт, прикладывая механическое усилие (удар. кратковременное давление), равное величине усилия контактного нажа17Q9414 тия Р - 0,2-1 Н, Это усилие воздействует на пленку халькогенидного стеклообразного полупроводника, при этом в точках контактирования неупорядоченная структура пленки кристаллизуется (могут появляться центры кристаллизации), т.е, становится упорядоченной, что приводит к изменению ее электрических и оптических свойств в точках контактирования. Визуальная оценка полученного эффекта представляет значительные трудности, что обусловлено низкой достоверностью определения областей пленки с измененной структурой. Для определения фактической площади контактирования, т,е, повышения достоверности, результатов, нанесенную на контактирующий элемент пленку необходимо "проявить" воздействием внешней энергии в виде температуры, светового излучения или электрического тока. Сущность "проявления" заключается s получении оптического изображения области с измененной структурой, т.е. фактической площади контактирования. Для этого контакт разбирают и после разъединения контактирующих элементов поверхность со слоем контрастного вещества нагревают в течение времени, необходимого для кристаллизации пленки в точках контактирования при t = 2/3 Т, где

Tg — температура (стеклования) кристаллизации перехода стекло — кристалл, или освещают св етовым импульСом длиной волны, соответствующей области фундаментального поглощения в течение времени. необходимого для кристаллизации пленки в точках контактирования, Признаком окончания процесса кристаллизации служит появление оптического иэображения мест контактирования.

Для определения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических контактов, через собранный контакт пропускают электрический ток величиной, равной или превышающей ток удержания (величина тока, соответствующая напряжению переключения на вольт-амперной характеристике переключения, изготовленного из конкретного халькогенидного стеклообразного полупроводника), в течение времени, соответствующего установившемуся тепловому состоянию в точках контактирования, При прохождении тока через места касания контактируемых элементов происходит локальный разогрев аморфного полупроводника, в результате чего меняетс его цвет, При этом интенсивность цвета пленки зависит,от плотности протекающего через нее тока, а площадь с измененным цветом соответствует фактической площади касания

55 электрических контактов. Поскольку. как уже отмечалось, фактическая площадь касания определяется соприкосновением микровыступов контактной поверхности, которые имеют случайный характер, расположения и размеров, то в разных местах контактирования будет протекать ток с разной плотностью, Вследствие этого будет происходить изменение оптической плотности пленки халькогенидного стеклообразного полупроводника, После контакт также разбирают.

Затем фотографируют поверхность контактирующего элемента с пленкой халькогенидного стеклообразного полупроводника. Различные оптические плотности (цвета) областей пленки определяют фактическую площадь контактирования, а также характер распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических контактов, причем более темная область соответствует большей плотности тока, Для обработки и анализа пленки аморфного полупроводника можно использовать микроденситометр. Негатив же 6брабатывают и анализируют с помощью фотометрирования или планиметрирования, определяя фактическую площадь контактирования электрических контактов по суммарной площади областей с измененным цветом.

Количественная и качественная характеристики каждого из возможных путей при осуществлении способа внешних воздействий определяются толщиной пленки халькогенидного стеклообразмого полупроводника и величиной механического усилия (контактного нажатия), воздействующего на пленку при контактировании и зависящего от типа и вида электрических контактов, Таким образом, предлагаемый способ регламентирует выбор толщины пленки халькогенидного стеклообразного полупроводника и параметров внешнего воздействия на нее (температура, световое излучение, электрический ток) в зависимости от состояния поверхности контактов и типа электрических контактов, Время разборки контролируемых контактов некритично для фиксации цветности, так как происходит "запоминание" состояния участков халькогенидного стеклообразного полупроводника, через которые прошел ток. Используемая в способе пленка обладает малой теплопроводностью. тогда как контролируемые электрические контакты являются хорошим теплоотводом, В результате цветовая картина возникает только в местах прохождения тока (локальный на1709414 грев пленки), т.е, тепловой рельеф и соот- способа; при температурном воздействии ветствующее ему изменение оптической диапазон изменения t 90-100 С; время 300 с; плотности, возникающий в пленке при про- оборудование — термостат типа ЭП"; при светекании через нее электрического тока, со- товом излучении длина волны светового имхраняется четким. Влияние дефектов 5 пульса063 — 07мкм;мощность05-1,0Дж/см; тонкой пленки при контроле контактирова- время 1 10: оборудование — лазер ЛГ-36. ния контактов электромагнитного реле мож- Очистка рабочих контактов после осуно оценить путем анализа изменения ществления способа проводится путем напряжения пробоя (переключения) в зави- травления нанесенной пленки в 10,ь-ном симости от толщины этой пленки, а также 10 растворе КОН (для посеребренной контактсравнением площади контактирования кон- ной поверхности) или с помощью травитетактов и площади, которую могут "зани- лей на основе иода, иодистого калия, мать" возможные дефекты пленки. демитилэтана, демитилметана и др, силикfl р и м е р, Стеклообразный халькоге- тивных травителей (для других покрытий). нидный полупроводник, например, на осно- 15 Использование предлагаемого способа ве систеМы As — $е, толщиной до 10 мкм, определения фактической площади контакнаносят на поверхность одного из контро- тирования электрических контактов обеспелируемых элементов с помощью распыле- чивает по сравнению с существующими ния в вакууме на установке УВН-2М-1. способами более высокую точность, достоТехнологический режИм напыления 20 верность результатов, а также возможность хэлькогенидного стекла: скорость напыле- определения характера распределения комо ния 5 нм/с; t подложки — 27 С; время напы- . мутируемых токов в плоскости контактироления 5 мин; толщина пленки 1,5 мкм; вания электрических кон гактов, Это осаждение пленки — по принципу модифи- позволяет прогнозировать их надежность, цированного дискретного испарения. 25 что особенно важно для современного элекНапыленная пленка имеет ровную бле- трооборудования, Кроме того, предлагаестящую поверхность с цветом от лим- м ы и с и о с об и оз вол я е т о и редел и т ь онно-желтого до светло-коричневого в фактическую площадь контактировэния, зависимости от толщины. Собирают кон- анализировать влияние различных фактотакт, прикладывая усилие контактного на- 30 ров (усилие контактного нажатия, относижатия. и подключают к источнику тельное расположение контактирующих электрического тока на время, соответству- элементов, форма микровыступов и неровющее установившемуся тепловому состоя- настей на поверхности контактов и т.fl.) на нию в точках контактирования, площади контактирования, Рабочий режим на исследуемых контак- 35 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я тов: ток через контакты 20 мА, падение на- 1. Способ определения фактической пряжения на контактах 70 В; материал площади контактирования и характера контактов посеребренная поверхность: t распределения токов в плоскости контактиконтактов 720С(локальная)„время контакти- рования электрических контактов, заклюрования 100 мкс, 40 чающийся в том, что нэ поверхность

После прохождения тока контакт разби- контактирующего элемента наносят тонкий рают и фотографируют поверхность контак- слой контрастного вещества, приводят контирующего элемента с нэпыленной тактирующие элементы в контакт, после их пленкой. По полученному негативу опреде- разъединения обрабатывают и анализируют ляется фактическая площадь контактирова- 45 поверхности контактирующих элементов, в ния электрических контактов с помощью результате чего определяют фактическую фотометрирования или планиметрирова- площадь контактирования, о т л и ч а ю щ и йния, После разбора контакта пленка имеет с я тем, что, с целью повышения точности, в отдельных областях различную оптиче- достоверности результата и обеспечения скую плотность (цвет), соответствующую 50 возможности применения для контактов с различным плотностям тока, прошедшего малой площадью контактировэния, в качечерез эти.области. Оптическая широта (ди- стве контрастного вещества используют намический диапазон) пленки меняется от 2 тонкую пленку халькогенидного стеклообдо 7. Для определения характера распреде- разного полупроводника с толщиной, соизления коммутируемых токов в плоскости 55 меримой с размерами микровыступов и контэктирования электрических контактов микронеровностей поверхностей контактипленка подвергается обработке и анализу рующих элементов, а при приведении канна микродбнситометре. тактирующих элементов в контакт создают

Режимы возможных внешних воздейст- механическое усилие, равное величине конвий при различных путях осуществления тактного нажатия, а контактирующие эле1709414

3. Способпопп.1и2,отличающийс я тем, что внешнее воздействие осуществСоставитель А.Еланцев

Техред М,Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор Э.Слиган

Заказ 431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCF

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 менты подвергают внешнему воздействию, в результате чего определяют скрытое изображение тока, проходящего через контактирующие элементы.

2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что внешнее воздействие на контактирующие элементы осуществляют после разьединения контактирующих элементов путем нагрева их до температуры кристаллизации в точках контактирования. ляют световым импульсом с длиной волны, соответствующей области фундаментального поглощения.

4. Способ по и. 1. о тл и ч а ю щи и с я

5 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения характера распределения коммутируемых токов в плоскости контактирования электрических

10 контактов, в момент создания механического усилия через контактирующие элементы пропускают электрический ток, величина которого равна току удержания.