von Sebastian Puls

Dehnungsmessstreifen zur Qualitätssicherung in der Elektronik

Dehnungsmessstreifen (DMS) bestehen aus einer dünnen Trägerfolie und einem mäanderförmigen Messgitter, das bei Längenänderungen den Widerstand variiert. In der Elektronikentwicklung und -bewertung können diese Streifen zur Stressmessung bei konstanter Umgebungstemperatur oder zur Bestimmung thermischer Ausdehnungskoeffizienten im Ofen bei verschiedenen Temperaturen verwendet werden.

FR4-Leiterplatte: Thermische Ausdehnung in x-, y- und z-Richtung
FR4 Leiterplatte als Dreierstapel mit DMS zur Messung in z-Richtung

 

Dehnungsmessstreifen (DMS) bestehen aus einer dünnen Trägerfolie und einem mäanderförmigen Messgitter, das bei Längenänderungen den Widerstand variiert. In der Elektronikentwicklung und  -bewertung können diese Streifen zur Stressmessung bei konstanter Umgebungstemperatur oder zur Bestimmung thermischer Ausdehnungskoeffizienten im Ofen bei verschiedenen Temperaturen verwendet werden.

 

 

 

Leiterplatten zeigen in x- und y- Richtung wegen der unsymmetrischen Glasfaseranordnung kleine aber oft relevante Unterschiede. In Dickenrichtung wirkt keine Glasfaser zu Stabilisierung, daher entstehen wesentlich größere thermische Ausdehnungen, die auch den inneren Aufbau der Leiterplatte mit den Durchkontaktierungen beschädigen können.

Optimierung Transistorgehäuse: kleine DMS auf beiden Seiten

Bei der Entwicklung von Bauteilen möchte man eine gute thermomechanische Anpassung an übliche Leiterplattenmaterialien erreichen und eine innere Verbiegung vermeiden, die den Siliziumchip belasten könnte. Hier wurde beidseitig mit kleinen DMS an dem mit Kunststoff umspritzten Chipaufbau die Verbiegung gemessen. Auch BGAs (Bauteile mit unterseitigem Ball Grid Array) werden regelmäßig geprüft, da sich hier der eingebettete Siliziumchip deutlich weniger thermisch ausdehnt als die Leiterplatte.

Bauteil auf Leiterplatte: Die Fehlanpassung thermischer Ausdehnungskoeffizienten muss bewertet werden.

Kleine Baugruppen werden in der Regel als Nutzen gefertigt und müssen nach der Bestückung voneinander getrennt werden. Die Trennverfahren reichen vom Brechen über Roll- oder Stanzmesser bis hin zu schonenden Fräsverfahren. Wenn man schon einmal eine Baugruppe mit Dehnungsmessstreifen präpariert hat, lohnt sich ein Rundgang durch die Fertigung. Oft war das Selektivlöten, der Nadelprüfplatz, der Transport der Baugruppen über das Werksgelände, das Einpressen in Trägervorrichtungen oder Vergussmassen schädlicher für empfindliche Bauteile als das Nutzentrennverfahren selbst.

Graphik links: Nutzentrennen mit Rollmesser, deutliche Überschreitung von Grenzwerten.
Graphik rechts: Schonendes Fräsverfahren
Mehrfaches Einclipsen von Leiterplatten in einen Rahmen; die schnellen Änderungen sind kritisch.