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10 Elektronik 05 2022 GMM-News Modellbasiertes Design for Manufacturing beim Selektivwellenlöten THT-Problemstellen frühzeitig erkennen THT-Lötstellen führen immer wieder zu Fertigungsproblemen weil der erforderliche Lotdurchstieg nicht erreicht wird Mit aussagekräftigen Modellen lässt sich der Lotdurchstieg schon im Designstadium quantifizieren Dieser Beitrag legt die im Projekt Siwolak [1] erarbeiteten Ansätze zur Berechnung des Lotdurchstiegs dar Von Reinhardt Seidel und Jörg Franke Wellenund Selektivwellenlöten sind zuverlässige günstige und weit verbreitete Lötprozesse für das automatisierte Weichlöten von THT-Bauteilen Through Hole Technology Die bisher nicht quantitativ bewertbare Weichlötbarkeit im Sinne der thermischen Machbarkeit einer Lötstelle führt regelmäßig zu problematischen Lötstellen in der Fertigung Dicke Kupferlagen und thermisch massive Bauteile werden insbesondere in Anwendungen der Elektromobilität und der erneuerbaren Energien gefordert Bei ungeeignetem Kupferlagendesign steigt dadurch jedoch der Lötwärmebedarf über die Lötwärmezufuhr durch die Selektivwelle Daraus entstehen den Unternehmen längere Designphasen Schäden durch Fehlerkosten erhöhte Fertigungskosten reduzierte Qualität und somit verringerte Wettbewerbsfähigkeit Das Einhalten firmeninterner auf Empirie basierender Designrichtlinien ist nur eingeschränkt zur Linderung des Problems geeignet da der Wärmebedarf dadurch nicht quantifizierbar ist Als Lösungsansatz wurde der Selektivlötprozess mittels statistischer Versuchspläne und Simulationsmodelle untersucht und iterativ verglichen Bild 1 Mit dem Ziel thermisch kritische Lötstellen früh im Designprozess zu identifizieren sowie computergestützt Lötparameter zu bestimmen wurde darauf basierend ein Excel-Tool entwickelt Das Modell berücksichtigt die wesentlichen Prozesseinflussfaktoren die thermischen Eigenschaften des Bauteils sowie den Kupferlagenaufbau an jeder Lötstelle So kann es im Entwicklungsprozess zur Unterstützung eingesetzt werden Ableitung von Designempfehlungen Die Umsetzung eines Multiphysics-CFD-Modells Computational Fluid Dynamics mittels ANSYS-Fluent erlaubt die Berücksichtigung des Lotspaltstroms als Kapillarstrom mithilfe der Volumeof-Fluid VOF -Methode in einer parametrisiert konfigurierbaren Lötstelle Dadurch sind auch quantitativ gute Vorhersagen möglich Verfahrensbedingt kostet die Vorhersage jedoch sehr viel Rechenzeit Für das 2D-Modell sind ca 1 h Lötsekunde für das 3D-Modell circa 24 h Lötsekunde anzusetzen Zur experimentellen und simulativen Untersuchung des Selektivwellenlötprozesses und der Designvarianten wurden jeweils statistische Versuchspläne durchgeführt Im Versuchsvorgehen wird jede Lötstelle einzeln gelötet So lassen sich reproduzierbare Randbedingungen für die Lötung sicherstellen und Einflüsse des Lötstellendesigns werden nicht von der Lötreihenfolge überlagert Bild 2 Die untersuchten Einflüsse umfassten typische in der Durchstecktechnologie eingesetzte Bauteiltypen wie Steckerpin Folienkondensator Elektrolytkondensator und MOSFET Bild And re as Pro tt s to ck a do be c om