Simulationsgestützte Ermittlung designspezifischer Prozessparameter für mediengebundene Reflowlötanlagen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Feldmann
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 93078638

Die Prozesse in der Fertigung elektronischer Baugruppen unterliegen einem kontinuierlichen technologischen Wandel. Der verstärkte Einsatz von oberflächenmontierten Bauelementen (Surface Mount Devices - SMD) verdrängt in immer mehr Applikationen die Durchsteckmontage (Through Hole Technology - THT). Dieser Trend geht einher mit einer zunehmenden Miniaturisierung der Bauelemente und höheren Packungsdichten auf der Leiterplatte. Zusätzlich stellt die gleichzeitige Verwendung von Bauelementen stark unterschiedlicher Größe, wie flächiger BGAs, QFPs oder CSPs und kleiner passiver Komponenten, eine immer stärkere fertigungstechnische Herausforderung dar. Die Einführung der RoHS-Richtlinie zur Reduzierung gesundheitsgefährdender Substanzen und die damit einhergehende Umstellung auf bleifreie Lotpasten resultiert zur Vermeidung der Schädigung von Bauteil und Substrat in einem engeren Prozessfenster beim Reflowlöten. Aufgrund der Komplexität dieser Technologie ist für wissenschaftlich fundierte Untersuchungen der Einsatz der Prozesssimulation zwingend erforderlich. Aufbauend auf ersten Arbeiten beim Antragsteller sollen dazu grundlegende Modelle zur Berechnung der Temperaturverteilung auf elektronischen Baugruppen beim Reflowlöten entwickelt werden. Damit sollen umfassende Simulationsexperimente zur optimalen Parametereinstellung beim Löten durchgeführt werden. Der wissenschaftliche Anspruch liegt dabei insbesondere in der Entwicklung alternativer Methoden zur Reduzierung der hohen Modellkomplexität, die sich vor allem durch die Zeitabhängigkeit des betrachteten Prozesses ergibt. Das beantragte Forschungsvorhaben leistet insgesamt einen Beitrag zur Optimierung des Reflowlötens. Dies trägt auch zu einem verbesserten Prozessverständnis bei und unterstützt die effiziente Parametrierung eines Lötofens für ein vorgegebenes Baugruppendesign. Gleichzeitig kann die zu entwickelnde Methodik auch dazu genutzt werden, die Löteignung einer elektronischen Baugruppe im Sinne des Concurrent Engineering bereits in der Designphase zu beurteilen. Damit lassen sich etwaige Probleme rechtzeitig erkennen und bereits in dieser frühen Phase lösen. Auch die zunehmende Forderung nach einer integrativen Entwicklung von Produkt und Produktionssystem kann so berücksichtigt werden [13].

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen