Technische Information 03/01 Miniatur DMS der Typenreihe KFRS von KYOWA Miniatur-DMS der Serie KFRS von KYOWA für Messungen an Leiterplatten Häufige Ursache des Ausfalls von elektronischen Steuerungs- und Regelsystemen ist das Versagen der ins System eingebauten Leiterplatten, die oft im Betrieb durch mechanische und thermische Belastungen stark beansprucht werden. Hinzu kommen konstruktive Anforderungen nach möglichst dicht bestückten, kleinen und leichten, an Einbaubedingungen angepassten Leiterplatten, deren Gestalt oft nicht im idealen Einklang mit den geforderten Festigkeitseigenschaften steht. Hier kann die grundlegende Kenntnis der unter Betriebsbedingungen an den kritischen Stellen auftretenden mechanischen Beanspruchungen schon im Entwurfsstadium, aber auch während der Fertigung und bei der Überprüfung der Einbaubedingungen, die später eventuell auftretenden Schäden vermeiden. Schäden, die oft folgenreich sein können, denkt man dabei an die zahlreichen in modernen Automobilen vorhandenen Schalt- und Regelkreise. Für diese vorbeugenden Untersuchungen an Leiterplatten stellt jetzt ZSE die neue KFRS-Serie miniaturisierter DMS aus dem Hause KYOWA vor, die durch ihre kleinen Abmessungen an örtlich eng begrenzten Messstellen Spannungsspitzen aufnehmen können. Die Installation wird durch die schon seit mehr als 30 Jahren bei DMS von KYOWA angebotenen festinstallierten Anschlusskabel (Dreileiterschaltung) stark erleichtert. Die DMS der Serie KFRS ermöglichen den Entwicklern von Leiterplatten ihre Produkte hinsichtlich der Zuverlässigkeit unter Betriebsbedingungen zu testen und damit unerwünschten Ausfällen während des betrieblichen Einsatzes vorzubeugen. Die neuen DMS der Serie KFRS zeichnen sich durch ihre extrem kleinen geometrischen Abmessungen aus und vereinen in sich die Vorteile der bewährten Serien KFG und KFR. Besonders erwähnenswert sind dabei: (1) leichte Handhabbarkeit (2) geringe Messunsicherheit (3) mit geringem Aufwand installierbar (4) kleine Abmessungen 1
(5) Versuchsergebnisse online verfügbar (6) auch unter harten Umgebungsbedingungen einsetzbar In Kombination mit Messgeräten von KYOWA, wie z.b. PCD-300A, EDX-1500A oder CVD-700A erfüllen die DMS der Serie KFRS alle im Rahmen der Entwicklung von Leiterplatten gestellten Anforderungen. Eigenschaften Die sehr kleinen Trägerabmessungen erlauben die Installation auch an bereits bestückten Leiterplatten auf sehr eng begrenzten Messstellen. Die Linearstreifen haben Trägerabmessungen von 1,2 mm längs der Messrichtung und 1,1 mm quer dazu und die Dreifachrosette 2,5mm x 2,5 mm. Die DMS sind hinsichtlich ihres thermischen Verhaltens an einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizient von 13x10-6 /K und somit an den Leiterplattenwerkstoff angepasst. Die Selbstkompensation umfasst den Temperaturbereich zwischen 30 C und 120 C. Technische Daten DMS von KYOWA sind seit mehr als 50 Jahren weltweit erfolgreich im Einsatz. Neben den bewährten Standardausführungen zeichnet sich das von ZSE angebotene DMS-Programm durch spezielle DMS aus, die auf besondere Anwendungen zugeschnitten sind, wie z.b. die hier beschriebenen KFRS-DMS zur Leiterplattenprüfung. DMS-Typ KFRS-02-120-C1-13 Bemerkungen 1 Messgittermaterial NiCr-Legierung wie bei KFR 1a Messgitterdicke 2,5 µm wie bei KFR 2 Trägermaterial Polyimid wie bei KFR 2a Trägerdicke 13 µm wie bei KFR 3 Deckschichtmaterial Polyester wie bei KFR 3a Deckschichtdicke 9 µm wie bei KFR 4 Widerstand 120 Ω 5 Aktive Messgitterlänge 0,2 mm 6 Trägerabmessungen 1,2 mm 1,1 mm 7 Anwendungstemperaturbereich -196 C bis 150 C 8 Kompensierter Temperaturbereich -30 C bis 150 C 9 k-faktor 2,0 10 Mechanische Hysterese (0 bis ±3000 µm/m) 7 µm 11 Dauerschwingfestigkeit bei RT und ±1500 µm/m) 2 10 6 LW 2
12 Maximale Dehnbarkeit bei RT 1,6 % 13 Temperaturgang Innerhalb ±1,8 10-6 µm/m 14 Kriechen bei RT -7 µm/m unter +1000 µm/m 15 Temperatur-Einfluss auf den k-faktor -0,02 %/K +0,02 %/K zwischen 20 und 120 C zwischen 30 und +20 C k-faktor Zur Ermittlung des k-faktors wurden, entsprechend dem NAS-942-Standard, je 15 DMS auf der Vorder- und Rückseite des Prüfkörpers installiert. Als Vorbelastungen wurde dreimal nacheinander eine Dehnung von 1100±50 10-6 aufgebracht, anschließend erfolgten drei Messungen im Bereich zwischen 0 und 1000±50 10-6. Der Versuch wurde danach dreimal mit umgedrehtem Prüfkörper wiederholt. Die Bestimmung des k-faktor erfolgte entsprechend der Gleichung: R R k =. ε m Mechanische Hysterese Zur Ermittlung der mechanischen Hysterese wurden entsprechend dem NAS-942- Standard die installierten Dehnungsmessstreifen im Dehnungsbereich zwischen Null und 3000±50 10-6 in Stufen zu 500 10-6 abwechseln be- uns entlastet. Die Differenzen zwischen den Anzeigen bei gleichen Dehnungsniveaus im aufsteigenden und abfallenden Belastungsverlauf wurden als mechanische Hysterese erfasst. 3
Dauerwechselfestigkeit bei Raumtemperatur Entsprechend dem NAS-924-Standard wurden die zu prüfenden DMS, die auf einem Biegebalken installiert waren, mit einer wechselnden Dehnungsamplitude von ±1500 10-6 und einer Frequenz von 30 Hz belastet. Als Kriterium für Versagen durch die Dauerschwingbelastung wurde eine Verschiebung des Nullsignals um 100 10-6 oder das Auftreten von Unstetigkeiten (spikes) im Schrieb des zeitabhängigen Dehnungsverlaufs angesehen. 4
Dauerschwellfestigkeit bei Raumtemperatur Wie im NAS-942-Standard vorgeschlagen wurden hier die installierten DMS einer zwischen Null und1000x10-6 µm/m schwellenden Biegedehnung unterworfen. Die Belastungsfrequenz betrug 30 Hz.. Als Kriterium für Versagen durch die Dauerschwellbelastung wurde eine Verschiebung des Nullsignals um 100 10-6 oder das Auftreten von Unstetigkeiten (spikes) im Schrieb des zeitabhängigen Dehnungsverlaufs angesehen. Temperaturgang 5
Temperaturwechsel-Versuche Fall-Versuche Für die Fallversuche wurden zwei DMS des Typs KFRS-02-120-C1-13 in die Mitte einer 1 mm dicken Leiterplatte mit den Abmessungen 200 mm x 145 mm mit den Messrichtungen längs (x-richtung) und quer (y-richtung) zur Plattenachse geklebt. Die 122 g schwere Leiterplatte fiel dann aus einer Höhe von1,5 m in vertikaler Ausrichtung auf einen Teppichboden. Ähnliche Fallversuche wurden mit Variationen der Aufprallrichtung und auf einem Betonblock durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den folgenden Diagrammen wiedergegeben. 6
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