Berechnung einer Leiterplatte im 3er-Nutzen mit der Finite-Elemente-Methode

Inhaltsverzeichnis

1. Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen

2. FEM-Berechnungsmodell

3. Auflager, Niederhalter und Einspannungen

4. Testpunkte

5. Ergebnisauswertung

Zusammenfassung

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1. Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen

Das Layout der Leiterplatte im 3er-Nutzen mit den genauen Positionen der Testpunkten, Auflagen und Niederhaltern auf der Bottom- und Top-Seite wurde in einer Excel-, PDF- und DXF-Datei vorgegeben.

Leiterplatte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Leiterplatte im 3er-Nutzen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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.

FEM-Netz ohne Netzanpassung der Testpunkte und Niederhalter

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

FEM-Netz mit Netzanpassung durch Knoten-Verschiebungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

FEM-Netz

Insgesamt wurde ein FEM-Netz bestehend aus 49367 Plattenelementen, 4 Elementgruppen, 25770 Knotenpunkten und 77310 Freiheitsgraden erzeugt.

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Leiterplatten-Material

Für die Leiterplatte wird ein PBT-Hochleistungswerkstoff mit isotropen Eigenschaften ausgewählt. Es werden folgende Daten angenommen:

Leiterplattendicke = 1,6 mm

Elastizitätsmodul = 17000 N/mm²

Poissonsche Zahl = 0,33

Streckgrenze Zug/Biegung = ca. 60 N/mm2

3. Auflager, Niederhalter und Einspannungen

Auflager Bottom-Seite

Das FEM-Modell hat 13 Auflager pro Leiterplatte bzw. 39 Auflager im 3er-Nutzen

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Niederhalter Top-Seite

Das FEM-Modell hat 12 Niederhalterr pro Leiterplatte bzw. 36 Niederhalter im 3er-Nutzen

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Rahmen-Einspannungen

Das FEM-Modell hat 6 zusätzliche Einspannungen um den Rahmen zu fixieren.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auflager, Niederhalter und Einspannungen:

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4. Testpunkte

Lastfall 1

Die Leiterplatte wird mit 57 Testpunkten je Leiterplatte und mit 171 Testpunkten im 3er-Nutzen mit jeweils -1.84 N von oben nach unten (von Top nach Bottom) belastet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Lastfall 2

Die Leiterplatte wird mit 107 bzw. im 3er-Nutzen mit 321 Testpunkten mit jeweils 1.84 N von unten nach oben (von Bottom nach Top) belastet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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