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News - Sonstige Messtechnik

Hintergrund: Stabilität von Leiterplatten mit Dehnungsmessstreifen testen

HBM-DMSGanz gleich, ob in Autos, Nutzfahrzeugen oder Smartphones − Leiterplatten von elektronischen Komponenten müssen viel aushalten, wenn sie mobil im Einsatz sind. Schon durch minimale Risse kann die gesamte Elektronik ausfallen. Damit das nicht passiert, testen die Hersteller die mechanische Stabilität der Leiterplatten mit Dehnungsmessstreifen.

 

Autos fahren über Kopfsteinpflaster, Nutzfahrzeuge über holprige Baustellen. Im Sommer sind sie Hitze, im Winter Frost ausgesetzt. Das stellt hohe Anforderungen an die einzelnen Komponenten der Produkte wie die Leiterplatte. Durch Vibrationen und thermische Verformungen können kleine Risse zwischen Platte und aufgebrachtem Bauteil entstehen – und damit zu einem Ausfall führen. "Grundsätzlich besteht an jeder Verbindung zwischen Leiterplatte und aufgebrachten Bauteil die Gefahr von Brüchen und Rissen", meint Christof Salcher, Produktmanager bei der Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM). Deshalb messen Konstrukteure bei der Entwicklung eines Prototyps den Einfluss von mechanischen Belastungen ganz genau. So können sie sicherstellen, dass die Leiterplatten bis zur Belastungsgrenze einwandfrei funktionieren und auch im Produktionsprozess keinen Schaden nehmen.

Autos und Nutzfahrzeuge sind nur ein Einsatzgebiet, in dem die Messung von mechanischen Belastungen sinnvoll ist, auch Züge oder Laptops sind permanent Erschütterungen ausgesetzt. Und das kann teuer werden, beispielsweise weil die Elektronik in einem Auto durch einen kleinen Riss nicht mehr funktioniert. So fordern Automobilhersteller zunehmend von ihren Zulieferern, die mechanische Stabilität der Leiterplatten nachzuweisen. "Dehnungswerte sind die einzigen Parameter, die aussagekräftig in Bezug auf die Stressbelastung von Leiterplatten sind. Diese lassen sich mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen messen, die dafür direkt auf der Leiterplatte aufgebracht werden“, so Salcher.

Bleifrei aber empfindlicher

Doch die Anforderungen an diese Tests sind gestiegen. Ein Faktor dafür ist die Umstellung auf bleifreies Lot. Denn eine Richtlinie der Europäischen Gemeinschaft verbietet die Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten (RoHS). Darunter fällt auch Blei, das zuvor häufig für Lötverbindungen zwischen Platte und Bauteil eingesetzt wurde. Die bleifreie Lösung ist empfindlicher für mechanische Einflüsse und bricht schneller. Ein anderer Faktor, der die Anforderungen an die Tests erhöht, ist der vermehrte Einsatz von kompakteren Bauteilen wie den Ball Grid Arrays (BGA). Sie lassen mehr Anschlüsse als ein herkömmliches Surface-Mounted Device (SMD) zu. Aber: Im Gegensatz zu den Lötverbindungen, die SMDs und Platte verbinden, sind die Kontakte der BGAs steifer – mechanische Spannungen, die auf die Leiterplatte einwirken, übertragen sich stärker.

Verschiedene Standards

Für die Messungen mit Dehnungsmessstreifen (DMS) wurden auch durch diese neuen Anforderungen verschiedene Standards entwickelt (z. B. IPC/JEDEG-9702). Sie beschreiben unter anderem wo, wie und womit gemessen werden muss. Viele Unternehmen haben zudem nach ihren eigenen Erfahrungen bestimmte Prüfverfahren entwickelt. Dabei geht es um die Belastungen im späteren Einsatz und die Einflüsse während des Produktionsprozesses. "Deshalb muss speziell bei der Herstellung von einem neuen Produkt der gesamte Prozess in der realen Produktionsumgebung messtechnisch begleitet werden", erklärt Bernd Wolf, Projektingenieur bei HBM. "Die Dehnung wird an den Stellen gemessen, an denen Bauteile sind, bei denen die Gefahr besteht, dass diese zerstört werden."

HBM bietet komplette Messlösungen für solche Aufgaben – vom Dehnungsmessstreifen über Messverstärker bis hin zur Software für die Datenerfassung und -analyse. Unterschiedliche Messaufgaben und Rahmenbedingungen erfordern dabei den Einsatz unterschiedlicher DMS. Beispielsweise Rosetten mit drei Messgitter, die auf unterschiedliche Geometrien, Abmessungen und Nennwiderstände angepasst werden können. Außerdem sind diese in Temperaturgängen angepasst auf Stahl, Aluminium oder nach Kundenwunsch erhältlich.

(Nach Unterlagen der Firma HBM -  März 2014)


www.hbm.com



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