Kontaktthermografie – eine vielversprechende Methode zur zerstörungsfreien Inspektion von Die-Löt- und -Sinterverbindungen

Abstract:
In leistungselektronischen Baugruppen, z.B. Umrichtern, werden immer mehr Leistungshalbleiter als Nacktchips (Die) eingesetzt, um das thermische Management zu realisieren. Als Verbindungstechnologien kommen hier das Löten und zunehmend das Sintern mit Silberpasten zum Einsatz. Für die zerstörungsfreie Prüfung bieten sich bei Lötverbindungen die Röntgenverfahren an. Wegen der niedrigen Schichtdicken bei Ag-Sinterverbindungen von ca. 20 µm scheitern die Röntgenverfahren an dieser Stelle (zu niedrige Absorption der Verbindungsschicht gegenüber dem Gesamtaufbau). Hier könnte die Thermografie hilfreich sein, da die Zielfunktion „Entwärmung“ gleichzeitig auch der Informationsträger über die Beschaffenheit der Verbindungsstelle ist. Leider sind Thermografiesysteme, die schnell genug sind, die thermischen Ausgleichsvorgänge bei Einbringung eines Wärmepulses aufzuzeichnen, sehr teuer und empfindlich, sodass der Einsatz in der Linie derzeit nicht sinnvoll ist. Eine Abhilfe könnte ein neues Verfahren sein, welches im Rahmen des öffentlich geförderten Projektes „Dynatherm“ entwickelt wird. Bei dem „Kontaktthermografie“ genannten Verfahren wird ein keramisches Heizelement mit geringer thermischer Masse, welches auch einen Temperatursensor enthält, impulsartig bestromt und die Reaktion des integrierten Sensors aufgezeichnet. Dabei steht dieser Sensorkopf in engem thermischen Kontakt mit der Probe. Erste Versuche zeigen, dass unterschiedliche thermische Leitfähigkeiten der Prüflinge durch das Entwärmungsverhalten der Heizer-Sensor- Kombination sicher nachgewiesen werden können. Das Paper stellt die Methode vor, beschreibt den Versuchsaufbau und präsentiert erste Ergebnisse an realen Objekten.