Glaskugeln und Praxis - Vorhersagen durch digitalen Zwilling
Die Zuverlässigkeit von Komponenten auf einer PCBA (Printed Circuit Board Assembly) während und nach dem Reflow-Löten ist für Surface Mount Devices (SMD) und insbesondere Ball Grid Arrays (BGA) von äußerster Wichtigkeit. Üblicherweise wird die Wahl der optimalen Fertigungsparameter durch material- und arbeitsintensive Dye- und Pry-Experimente unterstützt. Neben den Umweltfaktoren spielt bei dem Versagen einer Lötung auch die resultierende mechanische Belastung (Kriechverformung) eine große Rolle.
Nach der Erstellung eines Simulationsmodells werden die Randbedingungen in Form eins Reflow-Lötprofil (Sattelprofil) aufgebracht. Die viskosen und plastischen Effekte des Lotes werden durch das Anand Material-Modell abgebildet. Als Ergebnis der Simulation und für die Quantifizierung des Schadens diente die berechnete Kriechdehnungsenergiedichte (Creep Strain Energy Density – CSED), die zu den experimentellen Dye and Prye Ergebnissen verglichen wird. Es wurde eine hohe Übereinstimmung zwischen realer und numerischer Welt erreicht; die Ergebnisse zeigen die kritischen Verbindungen und die Durchbiegung des Bauteils und der PCB. Mit Hilfe der logistischen Regression wurden dann die experimentellen Ergebnisse mit den berechneten CSED Werten („Schaden“) zu einer prädiktiven Analyse auf Ballebene kombiniert.
Verschiedene Kennwerte (Mc Fadden Pseudo R² und Area under Curve der Receiver Operator Curve) wurden verwendet, um den Zusammenhang zwischen den Variablen zu überprüfen und statistisch nachzuweisen.
Bei der Produktion von PCBA spielen viele Einflussfaktoren (Verwindung/Verwölbung, Materialmix, Lotlegierung etc.) eine große Rolle. Die experimentellen Ergebnisse des Dye- and Pry Tests und die berechnete CSED („Schaden“) stimmen weitestgehend überein, was die Entwicklung eines prädiktiven Modells für Ausfallwahrscheinlichkeiten während dem Lötprozess möglich macht. Eine interne Betrachtung der Ressourcen zeigt, dass der experimentelle Aufwand ca. 45-mal höhere Kosten als die Simulation verursacht.
