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DMS-Messungen

Themen
Problematik
Elektronische Baugruppen werden seit den 1980er Jahren vermehrt mit SMD-Bauteilen bestückt. Dadurch konnte eine extreme Miniaturisierung der Leiterplatten und damit natürlich auch der Endgeräte erreicht werden. Im Gegensatz zu früheren Verfahren, wo Bauteile meist durch Drahtanschlüsse mit der Leiterplatte verbunden wurden, werden SMD-Bauteile aufgeklebt und sind so relativ starr mit der Leiterplatte verbunden.
  

Diese Art der Montage hat neben vielen Vorteilen allerdings auch folgenden Nachteil:
Mechanischer Stress auf der Leiterplatte wird direkt auf die fest montierten Teile übertragen.

Einige SMD-Bauteile (z.B. Keramik-Kondenstoren) reagieren besonders empfindlich auf mechanische Beanspruchung, es besteht die Gefahr dass Teile zerbrechen. Anfangs hat man diesem Problem wenig Beachtung gewidmet - aber heute weiß man, dass der Stress bereits bei der Produktion der Module und besonders bei der Montage in Gehäuse extrem hohe Werte erreichen kann. Mechanischer Stress auf die Leiterplatte bewirkt eine Dehnung an den montierten Teilen auf der Platine.

Begriff der Dehnung
● ist die Angabe für relative Längenänderung eines Körpers unter Belastung
● wird in µm/m angegeben
● bei zu starker Dehnung besteht die Gefahr dass der Körper zerbricht
● dort wo der Körper elastisch ist (links) treten keine oder nur geringe Dehnungen auf
● an Versteifungen (rechts) treten sehr starke Dehnungen auf

Dehnungen werden mit Dehnungs-Mess-Streifen (DMS) gemessen,
diese bestehen aus einem Messgitter aus Widerstandsdraht,
welches auf einen dünnen Kunststoffträger kaschiert und ausgeätzt wurde.


Verfahren
Mit Dehnungs-Mess-Streifen (DMS) an den kritischen Stellen kann der mechanische Stress ermittelt werden.
Diese werden an Stelle der Position der Bauelemente aufgeklebt.

Über Kupferlackleitungen werden die DMS mit Lötstützpunkten verbunden. Von diesen wird die Verbindung in 3-Leiter-Technik zum Messgerät hergestellt.


Durch die Dehnung ändert sich der elektrische Widerstand der DMS.
Die Ergebnisse der Stress-Messung werden in Diagrammen dargestellt.
Weg der Leiterplatte durch die Produktion
An den markierten Stellen sollten Dehnungsmessungen durchgeführt werden.

Fazit
Besonders in sensiblen Bereichen, wo sich Menschen in Gefahr begeben, wenn die Technik versagt, sollten elektronische Baugruppen so gestaltet sein, dass kein Bauteil zu starkem Stress ausgesetzt ist. Maßnahmen zur Vermeidung starker Dehnungen sind im Layout der Platine, einem schlüssigen Montagekonzept und im Produktionsumfeld (Transport und Bearbeitung) möglich. Regelmäßige Dehnungsmessungen im Produktionsprozess sind ein gutes Instrument um Schwachstellen im Fertigungsablauf frühzeitig zu erkennen. Sie belegen die Erfüllung der Freigabeforderungen des Kunden bei Einführung eines neuen Produktes.
Außerdem kann die Dokumentation im Schadensfall als Beweismittel bei eventuellen Haftungsforderungen des Kunden dienen. 
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