Simulationsgestützte Ermittlung designspezifischer Prozessparameter für mediengebundene Reflowlötanlagen
Final Report Abstract
Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass die Simulation gut als Werkzeug zur Vorhersage der Temperaturentwicklung einer elektronischen Baugruppe beim Reflowlöten eingesetzt werden kann. Hierfür ist die Verwendung eines größenreduzierten Modells in Kombination mit messtechnisch ermittelten und zeitabhängig modellierten Einströmbedingungen ausreichend. Lediglich für die simulationsgestützte Untersuchung der charakteristischen Größen der Ofenströmung können im Einzelfall der hohe Aufwand und die lange Berechnungszeit für die Modellierung des gesamten Prozessraums und die Erstellung eines bewegten Gitters gerechtfertigt sein. Mit Hilfe der gezeigten Simulationsmethodik erhält der Designer somit unmittelbar nach dem Leiterplattenentwurf Informationen über das Lötprofil und problematische bzw. nichtlötbare Stellen. Diese Erkenntnisse ermöglichen die Optimierung des Schaltungsträgerdesigns und des Lötverfahrens sowie die Detektion von Qualitätsproblemen bevor die erste Baugruppe gefertigt wurde. Aufgrund der weiterhin steigenden Rechnerleistung in Verbindung mit der Weiterentwicklung der Simulationsanwendungen auf allen Abstraktionsebenen wird deren Bedeutung bei der Produkt- und Produktionsplanung weiter zunehmen. Bezogen auf die im Rahmen der Arbeit verwendete Strömungssimulation eröffnen sich beispielsweise durch eine Integration der Fluid-Struktur-Interaktion neue Möglichkeiten der Untersuchung kombinierter thermischmechanischer Fragestellungen. Zusätzliche Synergieeffekte durch eine vereinfachte Nutzbarkeit der Ergebnisse können zukünftig mittels einer verbesserten Anbindung der Prozesssimulation an Simulationsanwendungen auf höheren Abstraktionsebenen erreicht werden. Durch die Berechnung von Taktzeiten für den Prozessschritt des Reflowlötens liefert die vorliegende Arbeit die notwendigen Daten, um eine solche Kopplung auf Ergebnisebene zu realisieren. Die Ausweitung der Untersuchung auf die Verwendung innovativer Substrate wie räumliche spritzgegossene Schaltungsträger (Molded Interconnect Devices - MID) ist ein nächster wichtiger Schritt. Hier ergeben sich durch neue Materialien und v.a. komplexere Formen und Aufbauten der Leiterplatten auch neue, komplexere Anforderungen an den Lötprozess. In diesem Zusammenhang ist die Simulation der Temperaturverteilung innerhalb der Schaltungsträger sowohl während des Dampfphasen- als auch während des Konvektionslötens ein künftiges Forschungsthema. Ein weiteres zukunftsorientiertes Forschungsgebiet für die Anwendung thermischer Lötprozesssimulationen in der Elektronikproduktion ist der Bereich Energiemanagement und - einsparung.
