Mechanische Belastungsarten THT Lötstellen

[Andreas Pfeffer (Gast)]

Hallo zusammen!

Ich schreibe gerade an einer Abschlussarbeit über Wellen- und 
Selektivlöten im industriellen Kontext. Ein Teil davon ist die 
Definition der auf eine THT Lötstelle wirkenden Belastungsarten. Jetzt 
stehe ich vor dem Problem, dass mir die IPC-A-610 zwar sehr anschaulich 
mit Bildern zeigt wie eine Lötstelle aussehen darf und ich mir aus dem 
Roloff/Matek näherungsweise die Festigkeitsberechnung einer Lötstelle 
herleiten kann, jedoch finde ich zu dem Thema speziell für die 
Elektronikproduktion absolut nichts.
Gibt es hier irgendjemand der mit Regelwerken für die Anforderungen an 
die mechanische Belastung (Scher-/Zug-/Torsionsfestigkeit usw.) oder 
deren Überprüfung von THT Lötstellen arbeitet/gearbeitet hat und mir 
einen Tipp geben kann?

Vielen Dank im Voraus
Andreas Pfeffer

[Christoph Z. (christophz)]

Ich habe mal nachgesehen, was die ESA Standards so zur Verifikation von 
Lötstellen schreiben. Relevant ist hier wohl ECSS-Q-ST-70-08C.

13 Verification procedure
13.1 General
13.2 Vibration
13.3 Temperature cycling
13.4 Microsection

Zu deiner konkreten Frage zu Kräften steht da nichts aber es sind 
Vibrationsbelastungen angegeben (was bei der Raumfahrt nicht verwundert, 
die Vibrationen beim Start sind das schlimmste was mechanisch Überlebt 
werden muss). Für Elektronik in Raketen sind das >20 G für 5 min, die 
Kräfte hängen dann ab von der Anzahl der Anschlüsse und des Gewichts 
eines Bauteils. Der selbe Standard schreibt auch vor, wie man Bauteile 
montieren muss (Löten und zusätzlich sehr oft Kleben), damit die das 
auch Überstehen.

Bringt für deine Arbeit wohl nicht sehr viel aber Vibrationsbelastungen 
und entsprechende Normen gibt es vermutlich beim Automobilbau und bei 
Schienenfahrzeugen auch (Ich vermute mal, dort sind es <20 G :-)). 
Vielleicht kommst du dort weiter.

[georg (Gast)]

Andreas Pfeffer schrieb:
> Scher-/Zug-/Torsionsfestigkeit

Das ist unrealistisch, so werden eingelötete Bauteildrähte nicht 
belastet. Nur Herausreissen kommt in Frage, Abscheren geht bloss auf der 
gegenüberliegenden (Bauteil-) Seite und Torsion garnicht - wie soll denn 
ein Bauteil herausgedreht werden, schon garnicht bei mehr als einem Pin.

Georg

[Max G. (l0wside)]

Christoph Z. schrieb:
> Bringt für deine Arbeit wohl nicht sehr viel aber Vibrationsbelastungen
> und entsprechende Normen gibt es vermutlich beim Automobilbau und bei
> Schienenfahrzeugen auch (Ich vermute mal, dort sind es <20 G :-)).
> Vielleicht kommst du dort weiter.

Für Automotive gibt es durchaus was, die ISO 16750-3 ist dein Freund. 
Bei Lkw-Anwendungen ist BBR58 ein übliches Profil, also 5,8 m/s² im 
Mittel. Da gibt es rausch- und sinusförmige Anregungen je nach Anbauort 
(und unterschiedliche Anregungsdauern), aber da endet meine Kompetenz. 
Als (wenn ich richtig vermute) Maschbauer kannst du aber sicher das 
nachlesen und verstehen :)

Was das für die konkreten Bauelemente bedeutet, kann aber niemand 
geschlossen sagen. Ich kenne das so, dass man erst mal simuliert und 
dann die fertigen Geräte auf den Schwingtisch packt. Und da fällt schon 
auch mal ein Elko runter oder hängt nur noch an einem Bein.

Bei Eisenbahns wackelt es im Zweifel noch mehr, aber da kenne ich die 
Normen nicht.

EDIT: bei Steckern kannst du vielleicht noch Werte für Auszugskräfte 
finden, die dann die Lötstellen abkönnen müssen. Viel Spaß beim Graben 
durch die Produktnormen.

[Olaf (Gast)]

> Ich kenne das so, dass man erst mal simuliert und
> dann die fertigen Geräte auf den Schwingtisch packt. Und da fällt schon
> auch mal ein Elko runter oder hängt nur noch an einem Bein.

Yep. Das ganze ist vermutlich zu komplex um es zu berechnen.

Ich hab z.B schon gesehen wie Federkontakte in Steckverbindern die 
eingesteckten Pins durchgeschubbert haben. Passiert das jetzt immer? Nur 
wenn der Pin vergoldet oder verzinnt ist? Bei Pins von verschiedenen 
Herstellern?

Olaf

[Purzel H. (hacky)]

Weshalb sollten Kraefte zu schwierig zum Berechnen sein ? Man benoetigt 
ja nur Werte fuer die Belastungen der Bauteile. Wieviel macht ein 0207 
Widerstand, usw. Die Belastungsvektoren werden durch die Geometrie der 
Befestigung bestimmt.

[Wühlhase (Gast)]

Purzel H. schrieb:
> Weshalb sollten Kraefte zu schwierig zum Berechnen sein ?

Weil du es mit unzähligen Variablen zu tun hast und praktisch keinerlei 
Daten hast...ich denke du unterschätzt die Realität ein wenig.
Der Hersteller gibt zwar meistens ein 3D-Modell seiner Bauteile raus, 
üblicherweise step-Dateien, aber damit sind keinerlei 
Mechaniksimulationen möglich. Wie federn die Bauteile nach, 
Elastizitäts- und Masseverteilung innerhalb eines Bauteils...das 
brauchst du alles um das Schwinungsverhalten der Bauteile zu simulieren.

Und das Schwinungsverhalten der Leiterkarte hängt auch nicht nur von der 
Befestigungsgeometrie ab, sondern auch von der Anzahl der Lagen, 
Kupferverteilung. Dann willst du auch wissen wie fest die Viahülsen in 
der Leiterkarte sitzen, usw.

Die meisten dieser Parameter sind nur mit sehr großem Aufwand überhaupt 
zu ermitteln, und auch daß wahrscheinlich nur sehr grob. Und angenommen, 
du hättest alle notwendigen Daten und Berechnungen, bräuchtest du 
wahrscheinlich eine ganze Serverfarm um das in endlicher Zeit zu 
berechnen. Und der herkömmliche Rütteltest wäre danach wahrscheinlich 
immer noch aussagekräftiger.

[Christoph Z. (christophz)]

Olaf schrieb:
> Ich hab z.B schon gesehen wie Federkontakte in Steckverbindern die
> eingesteckten Pins durchgeschubbert haben.

Hehe, ja kenne ich. Nach mehreren Jahren inkl. 6 Monate Fahrradtour 
waren die Goldfinger an meiner WLAN-Karte im X201 Laptop 
durchgescheuert. Jeder Pin hatte so ein kleines Loch drin. 
Schnellreparatur durch löten und eine neue Karte bestellt.

Max G. schrieb:
> Ich kenne das so, dass man erst mal simuliert und
> dann die fertigen Geräte auf den Schwingtisch packt. Und da fällt schon
> auch mal ein Elko runter oder hängt nur noch an einem Bein.

Oder ein Relais fängt an zu schalten, obwohl es nicht soll :-)