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Forum: Platinen THT Bestückung Bauteile kleben lassen


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Autor: Jan (Gast)
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Hi,

ich plane eine Filterschaltung für extrem rauhe Umgebungen und diese 
muss Schock und Vibrationstests durchlaufen. Aus der Erfahrung heraus 
wurde mir gesagt, dass z.B. Elkos oder Drosseln von der Platine gerissen 
werden, wenn auf Vibration oder Schock geprüft wird und ich daher auf 
SMD Bauteile umsteigen soll. Allerdings findet man nicht alle Bauteile 
in SMD.

Daher wäre meine Frage, ob Bestücker es anbieten, dass z.B. Bauteile auf 
eine Leiterkarte geklebt werden. Ich sehe sowas schon mal auf größeren 
Schaltnetzteilen oder Leistungselektronischen Produkten. Wird das von 
einem Bestücker erledigt?

Danke im Voraus und Grüsse
Jan

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Jan schrieb:
> ich plane eine Filterschaltung für extrem rauhe Umgebungen und diese
> muss Schock und Vibrationstests durchlaufen.
Mit Schock und Vibrationen bekommt man letztendlich so ziemlich jede 
Konstruktion zerstört.
Die Frage wäre also zunächst, welcher Frequenzbereich und welche 
Amplituden  als Belastung angenommen werden. Auf diese wird ja dann wohl 
auch geprüft.

> Daher wäre meine Frage, ob Bestücker es anbieten, dass z.B. Bauteile auf
> eine Leiterkarte geklebt werden. Ich sehe sowas schon mal auf größeren
> Schaltnetzteilen oder Leistungselektronischen Produkten. Wird das von
> einem Bestücker erledigt?
Warum nicht, wenn du die Technologie beschreibst und eine korrekte 
Liefervorschrift dafür erstellen kannst?

Aber warum nicht selber kleben?

Ich habe gute Erfahrungen mit DowCorning3140 (neuerdings umbenannt in 
DowSil3140). Allerdings muß man auch wissen, wie man damit umgeht.
Nur einfach irgendwie drauf kleckern, wie das vielfach bei 
Billigelektronik gemacht wird, ist suboptimal.
Gruß Öletronika

Autor: Jan (Gast)
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Hi,

vielen dank für die Infos.

Die Amplitude und die Frequenz kenne ich leider noch nicht. Da bin ich 
momentan noch dran. Die Norm müsste die EN 60068-2-27 sein.

Kannst du mir nähere Informationen dazu geben, wie das genau aufgetragen 
wird?

Angenommen ich will Elkos, Folienkondensatoren und Drosseln verkleben, 
wie würdest du da ansetzen? Eher ringsherum um das Bauteil? Oder eher 
unter dem Bauteil vor dem Verlöten?

Danke und Gruß
Jan

Autor: georg (Gast)
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Jan schrieb:
> dass z.B. Elkos oder Drosseln von der Platine gerissen
> werden, wenn auf Vibration oder Schock geprüft wird und ich daher auf
> SMD Bauteile umsteigen soll

Das halte ich für ein Gerücht. Das Gegenteil ist der Fall, THT-Bauteile 
werden längst nicht so leicht herausgerissen. Noch besser sind natürlich 
z.B. Drosseln mit Löchern für Befestigungsschrauben.

Auch SMD-Bauteile, die mechanisch belastet werden, z.B. Stecker, haben 
meistens Befestigungsanschlüsse für durchkontantierte Löcher oder 
Schlitze.

Georg

Autor: Mac G. (macgyver0815)
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SMD hat dann Vorteile wenn die Bauform/Gewicht kleiner ist (und es kein 
Steckverbinder ist).
Wenn das Bauteil ansonsten gleich groß/schwer wäre, hat gut verlötetes 
THT Vorteile.

Autor: Michael B. (laberkopp)
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Jan schrieb:
> Daher wäre meine Frage, ob Bestücker es anbieten, dass z.B. Bauteile auf
> eine Leiterkarte geklebt werden.

Ja.

Wie meinst du werden sonst die Platinen mit verklebten Bauteilen 
hergestellt ?

Es gibt natürlich die Frage nach Stückzahl und Aufwand, per Hand 
verkleben oder beim automatischen Bestücken per Dispenser auftragen. 
Wird je nach Fertiger anders sein.

Autor: Rest (Gast)
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georg schrieb:
> Jan schrieb:
>> dass z.B. Elkos oder Drosseln von der Platine gerissen
>> werden, wenn auf Vibration oder Schock geprüft wird und ich daher auf
>> SMD Bauteile umsteigen soll
>
> Das halte ich für ein Gerücht. Das Gegenteil ist der Fall, THT-Bauteile
> werden längst nicht so leicht herausgerissen.

Genau die machen aber Probleme. Erstens weil sie größer sind (Masse) und 
zweitens weil sie eine ungünstige Verteilung der Masse haben. z.B. Elkos 
= große Masse an kleinen Beinchen. Dementsprechend ist eine enorme 
mechanische Spannung an den Anschlussbeinchen bzw. dem Kippunkt auf er 
PCB-Oberseite. Gerade bei großen Elkos sieht man fast in allen 
Vibrationsbereichen extra Halterungen (insb. automotive Motorsteuergerät 
& Airbagsteuergeräte) oder enorm viel Kleber/elastische Masse auf der 
Platine.

Autor: Volker S. (sjv)
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axiale Bauteile lassen sich gut mit Kabelbindern sichern, man muß aber 
die Löcher dafür vorsehen.

Autor: Sebastian R. (sebastian_r569)
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Volker S. schrieb:
> axiale Bauteile lassen sich gut mit Kabelbindern sichern, man muß aber
> die Löcher dafür vorsehen.

Was aber auch wieder das Gehäuse stressen und zu vorzeitem Versagen 
führen kann.

Staking hat halt den Vorteil, dass das Bauteil mechanisch nicht belastet 
wird.



So als Ausgangsmaterial ist vielleicht interessant, was die NASA in 
ihrem Workmanship Standard vorgibt:

https://workmanship.nasa.gov/lib/insp/2%20books/links/sections/802%20adhesive%20bonding%5Estaking.html

https://snebulos.mit.edu/projects/reference/NASA-Generic/NASA-STD-8739-1.pdf

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
ich habe das Thema mal etwas ausführlicher aus meiner Sicht beleuchtet.

Zunächst etwas zu den Grundlagen bzw. physikalischen Hintergründen.

THT-Bauteile werden in der Regel natürlich nicht "herausgerissen", wie 
das oben jemand etwas falsch verstanden hat. Eher brechen die Pins der 
gefährdeten BE ab.

2 Wirkmechanischem sind kritisch.
1) Starke Stoßbelastungen, vor allem quer zur LPL-Oberfläche, welche die 
Bauelemente (BE) mit größerer Masse und von der LPL rel. weit 
abstehenden Masseschwerpunkt so stark beschleunigt, dass die Pins an der 
LPL oder im BE durch Zug und Scherrbelastung überlasted werden und 
abreißen oder im BE ausreißen.
Dazu sind aber meist schon erhebliche Beschleunigungswerte (in der Regel 
deutlich über 20g) notwendig. Um solche Stöße abzumindern sind bei 
Bedarf auch konstruktive Maßnahmen bei der Befestigung der LPL und des 
gesamten Gerätes bzw. über geordneter Konstruktion zweckmäßig.
Die meisten (kleinen) elektronische BE sind da oft weniger gefährdet, 
als andere massive Konstruktionsteile im Gerät. Außer natürlich sehr 
schwere BE, die nur an rel. schwachen Befestigungen hängen (z.B. 
Printtrafos).

2) Vibrationen
Vibrationen werden durch die Frequenz und die Amplitude definiert. Aus 
den beiden Parametern ergibt sich die Beschleunigung. In Anlagen und 
Maschinen geht man üblicherweise von Schwingungsfrequenzen bis 300Hz 
aus. Bei kritischen Anlagen auch bis 500Hz.

Oft werden sichtbare Schwingungen (wenige Hz) als kritisch erkannt, 
obwohl deren Beschleunigungswerte eher unkritisch sind (< 1g).
Viel kritischer sind meist Vibrationen mit etwas höherer Frequenz, deren 
Amplidute kaum sichtbar wird, aber deren hohe Beschleunigungswerte 
wirken potentiel viel zerstörender (Symptome: deutliche kribbeln in den 
Fingerspitzen, wenn man diese leicht auflegt) .
Wie hoch die Beschleunigungswerte sind, kann man nur mit passender 
Messtechnik erfassen.
Ob die Beschleunigungswerte aber unter 1g oder darüber liegen, kann man 
evtl. durch einfachen Versuch ermitteln. Eine aufgelegte Kugel oder ein 
Hämmerchen bleiben ruhig liegen, wenn die Beschleunigung < 1g ist. Bei > 
1g hebt der Körper ab und hüpft.

Stark gefährdet sind alle BE, deren Eigenresonanz im Bereich der 
Schwingungsfrequenz liegt. Im Resonanzfall werden BE natürlich mit einer 
max. Amplitude schwingen. Bei ausreichenden Zahl Lastwechsel mit hoher 
Auslenkung werden dann die Pins mit Sicherheit abbrechen. Hier spielt 
also die Eigenresonanz der BE eine Rolle. Besonders gefährdet sind 
deshalb BE mit einer rel. hohen Masse und Single-Line-Befestigung 
(Bewegungsfreiheit in mind. eine Richtung).
Darunter fallen z.B. Elkos, auch SMD-Elkos
https://www.pollin.de/p/sortiment-elkos-500-g-800225
https://www.conrad.de/de/elektrolyt-kondensator-smd-100-f-16-vdc-20-o-x-h-8-mm-x-6-mm-1-st-427071.html
DCDC-Wandler in SIL-Gehäuse:
https://www.distrelec.de/de/dc-dc-wandler-21-26-12-traco-power-tme-2412s/p/16956171
diverse Drosseln:
https://www.werap.ch/wicklerei/produkte/drosseln.html 
http://www.oppermann-electronic.de/assets/images/Bild6684a.jpg
auch NTC, PTC, Polyswitche, Varistoren und alle BE ähnlicher Bauform: 
https://www.distrelec.at/de/ptc-widerstand-bedrahtet-25-ohm-50-ma-63-epcos-b59980-c80-a70/p/16032325
http://www.retroamplis.com/epages/62070367.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/62070367/Products/PTC-RA090-60

Als Hinweis für die Resonanzfrequenz solcher BE kann man diese mit einem 
Fingernagel anregen (etwa so wie man eine Gitarrensaite anregt). Wenn 
sie einen hohen Ton ("pling", > 500 Hz) abgeben, ist die Sache nicht so 
sehr kritisch. Gibt es einen niedrigen Ton oder macht es nur "plopp", 
dann liegt die Resonanz niedrig und die BE sind stärker gefährdet. Bei 
einigen 2-pol. BE macht es nicht mal plopp, die verbiegen sind nur 
plastisch, was der kritischste Fall überhaupt ist.

> Jan schrieb:
> Kannst du mir nähere Informationen dazu geben, wie das genau aufgetragen
> wird?

Um die BE vor Abbrechen der Pins zu schützen, dürfen diese auch bei 
starker Anregung nur eine kleine Schwinkungsamplitude mitmachen, so dass 
sie im elastischen Bereich der Pin-Verformung bleiben. Resonanzen sind 
wirksam zu bekämpfen.

Um Schwingungsenergie abzubauen und in Wärme umzuwandeln, eignen sich 
diverse Polymere gut, deren langkettige Moleküle eine hohe Elastizität 
haben bei Zug und Druckbelastungen aneinander Reibung verursachen. 
Gummiartige Stoffe, wie z.B. Kleber und Vergußmassen auf Basis von 
Silikonen oder PU erzeugen in dieser Beziehung eine sehr hohe akustische 
Dämpfung. Folgende Eigenschaften sollte ein für einen wirksamen 
Vibrationsschutz haben:
- gute Haftung auf LPL, evtl. auch in Verbindung mit einer vorherigen 
Beschichtung (z.B. Silikonkleber auf Silikonlack funkt. sehr gut).
- hohe akustische Dämpfung
- gute Elastizität (zerreißt nicht bei Belastungen)
- ausreichend chemisch inert (sofern man geeignete Stoffsysteme nutzt, 
natürl. kein Essigaushärtendes Silikon)
- thermisch stabil im gesamten Einsatzbereich
- chemisch ausreichden stabil gegen alle auftretenden Medien
- ausreichden geringe Viskosität (gut Spaltfüllend)
- ausreichende Verabreitungszeiten (evtl. auch einstellbar durch Temp. 
oder UV-Aushärtung usw.)
- bei Bedarf auch UV-stabil (bei Sonneneinstrahlung)
- sonstige spezielle Anforderungen entsprechdend Aufgabenstellung (z.B. 
auch Isolationsfestigkeit)

> Angenommen ich will Elkos, Folienkondensatoren und Drosseln verkleben,
> wie würdest du da ansetzen? Eher ringsherum um das Bauteil? Oder eher
> unter dem Bauteil vor dem Verlöten?

Letzteres wäre aus verschiedenen Gründen eher sehr unpraktisch.
Kleber und Lot zusammen ist Murks, die Löttemp. sind für die meisten 
Kleber eh unverträglich und auch für noch nicht ausgehärteden Kleber nur 
in seltensten Ausnahmefällen zulässig.

Geklebt wird bei Elkos/Drosseln,DCDC-Wandlern usw. vor allem rundum!!! 
am Fuß!!!.
Benachbarte hochstehnde BE können zusätzlich auch weiter oben 
miteinander verbunden werden.

Kleinere einzelne BE wie NTC, PTC, Polyswitche, Variatoren usw. sollten 
im obereb Bereich zumindest paarig miteinander verbunden werden, so dass 
sie sich egegenseitig stützen oder an einem hochstehenden BE angeklebt 
werden.  Das reduziert die max. Auslenkung und der Kleber zwischen den 
BE dämpft die Schwingungen. Natürlich ist das teilweise problematisch 
z.B. wegen Veränderung der thermischen Eigenschaften. Da muß man einen 
Kompromiss machen (z.B. nur wenig Kleber benutzen, um die thermischen 
Eigenschaften nur moderat zu beinflussen).
Die weiter oben genannten Links zur den NASA-Dokumenten unterstreicht 
das noch mal.
Vor allen dieses Dok.:
https://snebulos.mit.edu/projects/reference/NASA-Generic/NASA-STD-8739-1.pdf

Im Anhang sind ein paar Beispiele für geklebte LPL mit besagtem 
DowCorning3140.
Da der Kleber gut transparent ist, sind die Klebungen nicht sehr gut zu 
erkennen. Aber wenn man rein zoomt, sollte es sichtbar sein.

Eine Warnung noch: Unbedingt prüfen, ob ein ausgewählter Kleber oder 
Vergusssmasse chemisch inert gegen die LPL und BE ist.
->>> Beim "DowCorning3140" habe ich festgestellt, dass SMD-Widerstände 
geschädigt werden können. An dem Spalt zwischen Elektrode und der 
Beschichtung auf den SMD-R kann es zu Korrosion kommen. Widerstände 
werden deshalb nicht mit eingeklebt (muß bei der Plazierung beachtet 
werden). Alternativ kann man vorher mit LPL-Lack abdecken.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: Gerd E. (robberknight)
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U. M. schrieb:
> ->>> Beim "DowCorning3140" habe ich festgestellt, dass SMD-Widerstände
> geschädigt werden können. An dem Spalt zwischen Elektrode und der
> Beschichtung auf den SMD-R kann es zu Korrosion kommen.

Hui, das hätte ich jetzt bei dem Kleber nicht unbedingt erwartet. 
Könnten da vielleicht auch noch Flussmittelreste bei dieser Korrosion 
mit reinspielen?

Wir verwenden zum Festkleben der schwereren Bauteile Sikaflex 252i. Das 
haftete bei unseren Tests besser auf den Platinen als das Dow Corning. 
Tests mit Korrosion etc. haben wir natürlich auch gemacht und keine 
Anzeichen davon bei den betroffenen Teilen gefunden.

Autor: Jan (Gast)
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Wow, besten Dank für den sehr ausführlichen Beitrag und jegliche 
Informationen zu diesem Thema. Ist mir eine sehr große Hilfe...

Vielen Dank und Gruß
Jan

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Gerd E. schrieb:
> Hui, das hätte ich jetzt bei dem Kleber nicht unbedingt erwartet.
Nein, hatte wir auch nicht erwartet. Mir wurde damals auch vermittelt, 
dass dieses Silikon eigentlch inert ist. Bezüglich Leiterzüge und 
verzinnten Konakten von BE sehe ich da auch kein Problem.

Aber es hat Ausfälle bei Widerständen gegeben (wurden hochohmig), über 
die der Kleber gelaufen ist.
Danach habe ich bei bei Layout dafür gesorgt, dass die R weit genug weg 
plaziert sind und in Klebevorschriften wird explizit darauf verwiesen, 
keine Widerstände zu benetzen.

> Könnten da vielleicht auch noch Flussmittelreste bei dieser Korrosion
> mit reinspielen?
Keine Ahnung, wie und warum das passiert.

> Wir verwenden zum Festkleben der schwereren Bauteile Sikaflex 252i.
> Das haftete bei unseren Tests besser auf den Platinen als
> das Dow Corning.
Auch ein guter Hinweis. Ich bin für solche Infos auch immer empfänglich.

> Tests mit Korrosion etc. haben wir natürlich auch gemacht und keine
> Anzeichen davon bei den betroffenen Teilen gefunden.
Ich denke, jeder der mit diesen Themen konfrontiert wird, macht da 
Erfahrungen und hat dann seine Lösung.
Mit Haftung haben wir aber beim DowCorning aber auch keine Probleme 
gehabt.
Das heißt natürlich nicht, dass nicht andere Kleber noch besser sein 
können.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: René F. (therfd)
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Wir haben vor einigen Jahren ebenfalls ein großes Problem mit Korrosion 
gehabt, bei einem unserer Produkte (Messgerät in rauem Umfeld), danach 
haben wir die Platine mit Plastik 70 lackieren und mit Silikon die 
betroffenen Bereiche vergießen lassen. Bei allen nachfolgenden und 
umgerüsteten Geräten konnte damit die Korrosion gestoppt bzw. vermieden 
werden.

Autor: user (Gast)
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Am besten die Bauteile mit Silikon auf die Platine verkleben.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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Bei Bauteilen wie Elkos würde ich von SMD abraten. Die Lötkontakte sind 
steif mit dem Gehäuse verbunden. Jede Bewegung vom Elko reißt an den 
Lötpads und damit auch am Laminat. Besser ist da ein entweder axialer 
Elko, oder ein radial bedrahteter, der liegend festgeklebt ist. Dann 
hast du eine sehr große Fläche am Metallgehäuse zur Leiterplatte, der 
Schwerpunkt ist niedriger und du kannst die Beinchen mit einer 
Entlastungsschlaufe biegen, dann können die Kräfte durch Vibrationen der 
Drähte und Gehäuse von den Lötaugen ferngehalten werden. Beachte bei 
Klebern und Silikonen auch deren Aushärteprozedur. Manche Silikone 
vernetzen bei Raumtemperatur, andere bei erst über 100 °C.
Hast du dir schon überlegt, wie du deine bestückte Leiterplatte 
befestigst? Da kannst du auch sehr viel falsch machen oder es durch 
geschickte Verfahren den Bauteilen erleichtern.
Hast du Zugriff auf einen Vibrationstisch und einen Schock-Teststand? 
Wenn du eine speziell für erhöhte Vibration ausgelegte Platine hast, 
teste diese ausführlich, insbesondere wenn es in der Firma wenig 
Erfahrung damit gibt. Ich entwickle auch Elektronik für stark erhöhte 
Vibrationslevel und beim Qualifizieren der Elektroniken lernt man immer 
wieder was dazu.
Welche Umgebungstemperaturen musst du erfüllen? Hohe Vibrationen hört 
sich schnell an nach "deutlich mehr, als Raumtemperatur". Da kannst du 
auch nicht mehr alle Kleber blind verwenden.

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