Gegenstand des vorliegenden Berichtes ist die Berechnung einer Leiterplatte im 3er-Nutzen mit der Finite-Elemente-Methode.
Leiterplatten sind relativ dünn im Vergleich zu ihren Abmessungen. Das mechanische
Verhalten kann deshalb auf Basis der Plattentheorie berechnet werden. Die Leiterplatte
war deshalb zweidimensional zu vernetzen. Das FEM-Netz wurde nur auf Grundlage der
Außenkontur der Leiterplatte generiert (eine sofortige Berücksichtigung der vielen Nadeln
würde zu einem enormen Rechenaufwand bei der Netzgenerierung führen).
Die Positionsringe der Nadeln und der Niederhalter wurden dem FEM-Netz über DXF als Vorlage hinterlegt. So konnten die Knotenpunkte mit dem kürzesten Abstand zum Ring-Mittelpunkt in diesen verschoben werden. Nicht zu vermeiden waren Verzerrungen der Dreiecke (können numerisch instabil werden), die aber durch Versetzen der Nachbarknoten wieder korrigiert werden konnten.
Aus dem Inhalt:
- Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen;
- FEM-Berechnungsmodell;
- Auflager, Niederhalter und Einspannungen;
- Testpunkte;
- Ergebnisauswertung;
- Zusammenfassung
Inhaltsverzeichnis
1. Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen
2. FEM-Berechnungsmodell
3. Auflager, Niederhalter und Einspannungen
4. Testpunkte
5. Ergebnisauswertung
Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit zielt auf die numerische Untersuchung des mechanischen Verhaltens einer Leiterplatte im 3er-Nutzen unter verschiedenen Lastbedingungen ab, um die strukturelle Integrität während der Kontaktierung zu bewerten. Im Fokus steht dabei die Einhaltung zulässiger Verformungsgrenzen sowie die Analyse von Auflagerkräften, um Empfehlungen für eine optimierte mechanische Stützung auszusprechen.
- Erstellung eines zweidimensionalen FEM-Modells auf Basis der Plattentheorie
- Analyse der mechanischen Reaktion unter drei definierten Lastfällen
- Auswertung von Verformungen in Z-Richtung sowie auftretender Auflagerkräfte
- Identifikation kritischer Bereiche hinsichtlich der zulässigen Belastungsgrenzen
- Ableitung konstruktiver Optimierungsmaßnahmen zur Verformungsminimierung
Auszug aus dem Buch
2. FEM-Berechnungsmodell
Leiterplatten sind relativ dünn im Vergleich zu ihren Abmessungen. Das mechanische Verhalten kann deshalb auf Basis der Plattentheorie berechnet werden. Die Leiterplatte war deshalb zweidimensional zu vernetzen. Das FEM-Netz wurde nur auf Grundlage der Außenkontur der Leiterplatte generiert (eine sofortige Berücksichtigung der vielen Nadeln würde zu einem enormen Rechenaufwand bei der Netzgenerierung führen).
Die Positionsringe der Nadeln und der Niederhalter wurden dem FEM-Netz über DXF als Vorlage hinterlegt. So konnten die Knotenpunkte mit dem kürzesten Abstand zum Ring Mittelpunkt in diesen verschoben werden. Nicht zu vermeiden waren Verzerrungen der Dreiecke (können numerisch instabil werden), die aber durch Versetzen der Nachbarknoten wieder korrigiert werden konnten.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen: Dieses Kapitel erläutert die geometrischen Vorgaben und die bereitgestellten Datenformate, die als Grundlage für die Modellerstellung dienen.
2. FEM-Berechnungsmodell: Hier wird die Vorgehensweise bei der Vernetzung der Leiterplatte unter Anwendung der Plattentheorie sowie die Anpassung des Netzes an die Positionen der Testnadeln beschrieben.
3. Auflager, Niederhalter und Einspannungen: Dieses Kapitel definiert die Randbedingungen des Modells, einschließlich der Anzahl und Platzierung der Auflagerpunkte und Niederhalter im 3er-Nutzen.
4. Testpunkte: Hier werden die drei verschiedenen Lastfälle spezifiziert, die durch unterschiedliche Druck- und Zugbelastungen durch die Testnadeln auf die Leiterplatte einwirken.
5. Ergebnisauswertung: Dieses Kapitel liefert eine detaillierte Analyse der Verformungswerte sowie der auftretenden Auflagerkräfte unter den betrachteten Lastbedingungen.
Zusammenfassung: Den Abschluss bildet die Bewertung der Ergebnisse mit der expliziten Empfehlung zur Anbringung zusätzlicher Niederhalter in kritischen Bereichen.
Schlüsselwörter
FEM-Berechnung, Leiterplatte, 3er-Nutzen, Plattentheorie, Verformung, Auflagerkräfte, Testpunkte, Niederhalter, Mechanisches Verhalten, Lastfallanalyse, Vernetzung, PBT-Werkstoff, Biegespannung, Bauteilstabilität, Strukturmechanik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Simulation und mechanischen Analyse einer Leiterplatte im 3er-Nutzen während der Testphase.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die Finite-Elemente-Methode (FEM), die strukturelle Auslegung von Leiterplatten-Nutzen sowie die Analyse von Last- und Verformungsszenarien.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, zu prüfen, ob die Leiterplatte während der automatisierten Testnadel-Kontaktierung innerhalb definierter Toleranzgrenzen für Verformungen bleibt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine zweidimensionale FEM-Berechnung auf Basis der Plattentheorie unter Berücksichtigung definierter Randbedingungen und Lastfälle durchgeführt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die Modellbildung, die Spezifikation der Belastungsfälle (Testpunkte) sowie die detaillierte Ergebnisauswertung der Verformungs- und Spannungszustände.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Charakteristische Begriffe sind FEM-Berechnung, Leiterplatte, Auflagerkräfte, Verformung, Lastfall und Niederhalter.
Warum wurde eine Netzoptimierung bei den Testpunkten vorgenommen?
Da eine direkte Berücksichtigung der zahlreichen Nadelpositionen den Rechenaufwand unzulässig erhöht hätte, wurden die Netzknoten gezielt an die DXF-Vorlage angepasst.
Welche Schlussfolgerung ergibt sich aus dem Lastfall 3?
Da die Verformungen bei der Überlagerung der Lastfälle die zulässigen Grenzwerte überschreiten, ist die Implementierung zusätzlicher Niederhalter zwingend erforderlich.
- Quote paper
- Roland Schmidt (Author), 2016, Berechnung einer Leiterplatte im 3er-Nutzen mit der Finite-Elemente-Methode, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/344409
