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IC-Prüfstand: Optimierung der Betriebsfestigkeit von Kontaktfedern

 

In einem Prüfstand für ICs werden Kontaktfedern eingesetzt, um eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zu gewährleisten. Beim Design der Kontaktfedern sind mehrere Randbedingungen zu beachten:

  • Der während des Tests über die Federn aufgebrachte Kontaktdruck darf einen vorgegebenen Minimalwert nicht unterschreiten.
  • Nach der Messung werden die Federn um einen vorgegebenen Weg geöffnet und geben die ICs frei.
  • Für die Federn steht zudem nur ein sehr eingeengter Bauraum zur Verfügung.

Beim Ausgangsdesign (obere Abbildung) traten nach etwa 1.105 (obere Feder) bzw. 3.105 (untere Feder) Lastspielwechseln Brüche auf. Die angestrebte Mindestlastspielzahl lag dagegen bei 5.106.

Durch Vergleich der für das Ausgangsdesign auftretenden Mittelspannungen und Spannungsausschläge mit Literaturdaten wurde ein auf den speziellen Anwendungsfall zugeschnittenes Smith-Bach-Diagramm erstellt (untere Abbildung).

Schwerpunkt der geometrischen Optimierung des Federdesigns war die Minimierung der Spannungsausschläge, da diese den größten Einfluss auf die ertragbare Lastspielzahl haben. Gleichzeitig wurde auch versucht, die Mittelspannungen so gering wie möglich zu halten.

Beim optimierten Design (mittlere Abbildung) konnten die Spannungsausschläge um etwa 55% für die obere Feder und etwa 70% für die untere Feder reduziert werden. Die Mittelspannungen nahmen dabei hingegen nur um 15% (obere Feder) bzw. 25% (untere Feder) zu.

Die ertragbare Lastspielzahl liegt damit bei beiden Federtypen deutlich über dem angestrebten Wert von 5.106. Dies bestätigte sich auch in Betriebsfestigkeitsversuchen.

PDF-Download
IC Kontaktfedern 1

Ausgangsdesign

IC Kontaktfedern 2

optimiertes Design

IC Kontaktfedern 3

Smith-Bach-Diagramm für Ausgangsdesign und Redesign

© ISMB Dautermann GmbH