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1-2015

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Löt- und

Löt- und Verbindungstechnik baugruppe minimiert. Dieses Verfahren bietet eine zuverlässige Verbindung über einen großen Bereich von Crimpkräften hinweg, sodass es nicht empfindlich hinsichtlich der Crimpkraft ist. Es kann bei unterschiedlichsten Stärken von Platine und Lötzinn zum Einsatz kommen. Während der Produktion ist kein separater Schritt erforderlich, um die Leitung in den Anschluss einzulegen..Vielmehr drückt die Anschlusspresse die Leitung automatisch im Anschluss fest. Diese Methode ist zwar eine hervorragende und preiswerte Lösung für alle Anwendungen, wo es um eine permanente Leitungsverbindung zu einem SMT-Board, doch das größte Interesse kommt von Seiten der LED-Beleuchtungsbranche. Im Rahmen des Validierungsverfahrens wurden die folgenden Tests durchgeführt: Festigkeit der Verbindung zwischen Leitung und Anschluss, Festigkeit der Verbindung zwischen Anschluss und Platine, Nennstrom/Erwärmung sowie thermische Wechselbeanspruchung und Kontaktwiderstand. Festigkeit der Verbindung zwischen Leitung und Anschluss Der Anschluss wurde auf einer Platine auf dem empfohlen Lötzinnpad mit Hilfe eines 0,006“ (0,15 mm) dicken Stempels und nicht-sauberer, bleifreier Lötzinnpaste montiert. Die verwendete Leitung war eine 16-adrige AWG-18-Litze mit halbsteifer PVC-Isolierung. a) Zugtests an zehn Mustern maßen die direkt axiale Zuglast in Pfund. Folgende Kräfte wurden gemessen: 16,90 (75 N), 17,70 (79 N), 19,02 (85 N), 21,90 (97 N), 18,70 (83 N), 17,90 (80 N), 20,70 (92 N), 19,30 (86 N), 18,90 (84 N), 20,90 (93 N). Die Schwachstelle war, dass PVC-Leitung und Isolierung abrissen, während der angecrimpte Teil im Anschluss verblieb. Dieser Test wurde auf zwei Arten durchgeführt: Einmal mit am Anschluss angecrimpter Leitung, einmal ohne angecrimpte Leitung am Anschluss..Es gab keinen Unterschied hinsichtlich der Haltekraft beim Anschluss mit und ohne angecrimpte Leitung. Daher hat das Crimpen keinen Einfluss auf die Haltekraft des Anschlusses. a) Druckbelastung wurde senkrecht zur Achse des Anschlusses parallel zur Oberfläche der Platine ausgeübt, während dieser auf einer Platine oberflächenmontiert war. Leuchtbuchstaben-Anwendung Diese Methode ist besonders gut geeignet, wenn die Leitung durch den Anschluss geführt wird und zahlreiche serielle Verbindungen zu einer einzelnen Leitung hergestellt werden, wie beispielsweise bei Leuchtbuchstaben Tests Axialer Zugtest b) Zugtests maßen die radiale Zugbelastung senkrecht zur Achse des Anschlusses, wobei die Zugkraft von der Oberfläche der Platine weg wirkte. Folgende Belastungsdaten wurden gemessen (in Pfund): 15,92 (71 N), 16,09 (72 N), 14,56 (65 N), 16,01 (71 N), 15,48 (69 N), 15,31 (68 N), 14,88 (66 N), 15,93 (71 N), 16,02 (71 N), 14,86 (66 N)...Hier war die Schwachstelle, dass die PVC-Isolierung von der Leitung abriss und der angecrimpte Anschluss beim Herausziehen der Leitung etwas deformiert wurde. Festigkeit der Verbindung zur Platine Folgende Belastungsdaten wurden gemessen (in Pfund): 39,22 (174 N), 49,76 (221 N), 40,09 (178 N), 35,58 (158 N), 39,29 (175 N), 54,09 (241 N), 44,10 (196 N), 41,07 (183 N), 51,22 (228 N), 49,88 (222 N). Hier erwies sich die Lötverbindung als Schwachstelle..Das Kupferpad verblieb auf der Platine und der Anschluss wurde nicht deformiert. b) Druckbelastung wurde entlang der Achse des oberflächenmontierten Anschlusses ausgeübt. Die Belastungsdaten (in Pfund): 21,56 (96 N), 22,49 (100 N), 32,52 (145 N), 30,19 (134 N), 30,91 (138 N), 38,48 (171 N), 29,99 (133 N), 31,19 (139 N), 29,58 (132 N), 32,11(143 N). Siehe Abbildung 17. Die Abnahmeanforderung ist, dass die Haltekraft zwischen Anschluss und Platine mindestens 50% größer sein muss als die Haltekraft zwischen Leitung und Anschluss. Sämtliche Ergebnisse übertrafen diese Anforderung. 26 1/2015

Löt- und Verbindungstechnik Ampere Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 15 16,3 16,5 18,5 16,9 20,1 15,8 19,0 18,1 16 21,6 35,5 36,2 28,7 29,2 26,7 24,8 24,3 18 22,4 37,8 39,1 30,0 31,2 28,7 26,5 31,3 Tabelle 1: Temperaturanstieg jedes Anschlusses (in °C): Feststellen der Strombelastbarkeit Der Erwärmungstest wurde durchgeführt, um die maximale Strombelastbarkeit zu bestimmen. Dabei wird der maximale Strom ähnlich wie beim UL-310-Standard bei einem Temperaturanstieg um 30 °C gegenüber der Umgebungstemperatur festgestellt. Zehn angecrimpte Anschlüsse wurden in Reihe mit einer 18-AWG-Litze verbunden..Die Umgebungstemperatur wurde zuerst gemessen und betrug 23,8 °C. Die Testmuster wurden dann mit einem Netzgerät verbunden. Der Strom wurde stufenweise erhöht, wobei immer eine Zeit lang abgewartet wurde, bis sich die Anschlusstemperatur stabilisiert hatte..Die Temperatur jedes Anschlusses wurde mit Hilfe eines Wärmefühlers aufgezeichnet..Die Leitungstemperaturen wurden zu Referenzzwecken ebenfalls aufgezeichnet..Die aufgezeichnete Leitungstemperatur bei 16 Ampere betrug 43,1 °C..Die aufgezeichnete Leitungstemperatur bei 18 Ampere betrug 49,7 °C. Fazit: Wenn man sich die Rohdaten für jeden Test und jede Testumgebung anschaut, dann empfiehlt es sich, diesen Anschluss mit einer Stromstärke von maximal 15 Ampere zu verwenden..Die zehn aufgezeichneten Temperaturen lagen alle deutlich unter dem Temperaturanstieg um 30 °C für die verwendeten Stromstärken. Thermische Wechselbeanspruchung Empfindliche Kontaktwiderstandsmessungen wurden am oberflächenmontierten und angecrimpten Anschluss vor und nach thermischer Wechselbeanspruchung durchgeführt..Die Messpunkte lagen in der Nähe der Kante des Lötzinnpads auf der Platine und an der Leitung, etwa 6 mm vom Anschluss entfernt. Hier die tatsächlichen Messwerte in Milliohm. Es wurde kein Bahnwiderstand von den Messwerten abgezogen. Vor der Temperaturwechselbeanspruchung: 9,0, 10,7, 11,0, 9,0, 10,5, 10,7, 9,5, 11,4, 11,2, 9,3. Die Anschlüsse wurden dann tausendmal einem Temperaturwechsel ausgesetzt. Wegen der extremen Temperaturen war dies eher ein Test mit Temperaturschock als mit thermischer Wechselbeanspruchung. Die Testmuster wurden eine halbe Stunde lang in eine 90 °C heiße Kammer gelegt. Dann beförderte sie ein Mechanismus innerhalb von einer Minute in eine –50 °C kalte Kammer, wo die Testmuster eine halbe Stunde lang verblieben. Hier die Widerstandsmesswerte in Milliohm nach 1000 Zyklen: 9,7, 11,5, 12,0, 10,0, 11,4, 11,8, 10,1, 12,5, 12,3, 10,2. Fazit Der Schneid-Crimpanschluss für die Oberflächenmontage ist eine zuverlässige und effiziente Alternative zu vorhandenen Methoden für den Anschluss von Leitungen an Platinen. Referenzen [1] J..Legrady: “A New Type of Very High Reliability ‚Torsion IDC‘ Which Can Accept a Large Range of Wire Gauges“, Proceedings of Connector & Interconnection Technology Symposium, 1989, S. 337 Muster und weitere Informationen über die Zierick Vertretung Werner Wirth GmbH in Hamburg. Werner Wirth GmbH www.wernerwirth.de hema „Thermal-Management“-Materialien trifft Nerv der Zeit Autor: Janos Legrady Zierick Manufacturing Corporation Mount Kisco, New York, USA Insbesondere Anwendungen aus dem LED-Bereich benötigen heute eine gute thermische Anbindung..Denn weil LEDs immer leistungsfähiger werden, entwickeln sie auch (absolut gesehen) immer mehr Wärme. Doch auch andere Anwendungen der Elektronik erfordern smarte Ideen in Sachen Wärmeleitung..Besonders die weichen, aber gut wärmeleitenden Gap-Filler finden dabei immer größeres Interesse. Mit ihnen kann man unterschiedlich hohe Bauteile an Kühlflächen oder Gehäuseteile anbinden und so die Wärme abführen. Auch eine gute galvanische Trennung wird häufig gefordert. Dabei spielen die sehr dünnen Kapton-MT-Folien ihre Vorteile aus..Zwar haben sie eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Gap-Filler oder glasgewebeverstärkte Silikone, dafür jedoch eine sehr geringe Stärke bei gleichzeitig hoher Durchbruchspannung. Meist reicht bereits eine 50 µm starke Folie aus, um Bauelemente, z.B. in Frequenzumrichtern oder Schaltnetzteilen, auch in Bezug auf die Prüfspannungen bei der Zulassungsprüfung zu isolieren. Und dies ohne die Bruchgefahr von Glimmeroder Keramikscheiben und erheblich einfacher handhabbar als Wärmeleitpaste. CMC Klebetechnik www.cmc.de 1/2015 27

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