Mechatronik- Tricks

In der Mechatronik hat die Elektronik kein eigenes Gehäuse, sondern sitzt im Sensor- oder Aktorgehäuse.

Die damit verbundenen erhöhten Anforderungen an Temperatur- und mechanischer Belastung werden u.A. mit folgenden Maßnahmen gelöst:

Ausgewählte Beispiele für Schaltungen, Anordnungen und Dimensionierungen:

1. Kraft eines eingespritzten Steckerpins auf eine Lötstelle in der darüber montierten Leiterplatte:

Längenänderung des Pins: dl = (α Kunststoff – α Pin) * l * dT. Dabei ist l der Abstand Gehäuse (10mm) zur Leiterplatte und dT die Temperaturdifferenz.   Für α PBT = 45 ppm und α Cu = 18 ppm ergibt sich bei dT = 100° eine Längenänderung von 0,027 mm. Die auftretende Kraft P wird über den Elastizitätsmodul  E (110000 N/mm²) wie folgt berechnet: P = F * dl/l * E, mit F (1mm²) als Querschnittfläche des Pins.

Ergebnis: P = 297 N !

Wird durch einen beidseitigen Schlitz (Zungenbreite B= 2mm) längs der Biegerichtung die Leiterplatte geschwächt (Zungenlänge L=5mm, Leiterplattenstärke H=1mm, Elastizitätsmodul E=18000 N/mm², Durchbiegung dl=27µm), so reduziert sich die Belastung auf P = (dl*B*H³*E)/4*L³ = 0,38 N.  Das Ergebnis spricht für sich. (siehe Patentschrift DE 4107657 C2)

2. In der TEMIC- Planartechnologie (Patentschrift DE 4102265 Priorität 26.01.1991) werden Leistungstransistoren der Bauform TO220 oder D-Pack mit dem Kühlkörper flach auf die Leiterplatte gelötet. Zur besseren Wärmeableitung in die unter der Leiterplatte auflaminierten Aluminium Platte, die gleichzeitig die Gehäusewand bildet, werden im Layout unter dem Leistungshalbleiter mehrere Durchkontaktierungen angeordnet. Der thermische  Widerstand verringert sich dadurch wie folgt:

Der thermische Widerstand einer Leiterplatte beträgt bei 1,6 mm Dicke und 150mm² Auflagefläche 44°K/Watt.

Durchkontaktierungen mit einem Durchmesser von 0,7mm und ca. 50µm Kupferschichtdicke ergeben  36°K/Watt. Werden z.B. 15 solcher Durchkontaktierungen in der Auflagefläche angeordnet, so ergibt das einen   Gesamtwert von nur noch 2,4°K/ Watt (siehe Patentschrift DE xxxxxxx).

Fortsetzung folgt

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