Ermittlung von Defekten und der Porosität in Verbindungen leistungselektronischer Bauelemente mittels Laser-Speckle-Photometrie

Leistungselektronische Bauelemente sind zentrale Bestandteile moderner Energie- und Antriebssysteme. Ihre Zuverlässigkeit hängt wesentlich von der Qualität der Verbindung zwischen Halbleiter und Substrat ab. Hohlräume in Lötverbindungen sowie Porositäten in Sinterverbindungen können den Wärmefluss beeinträchtigen und dadurch die Lebensdauer und Funktionssicherheit ganzer Systeme gefährden. Eine zuverlässige, möglichst zerstörungsfreie Qualitätskontrolle ist daher von hoher technischer, wirtschaftlicher und rechtlicher Bedeutung. Etablierte Prüfverfahren wie die Röntgenprüfung oder die metallographische Präparation liefern zwar aussagekräftige Ergebnisse, sind jedoch mit hohen Kosten, strengen Sicherheitsanforderungen oder einer Zerstörung der Probe verbunden. Diese Arbeit untersucht deshalb die Laser-Speckle-Photometrie als alternatives Verfahren zur Bewertung von Löt- und Sinterverbindungen in leistungselektronischen Baugruppen. Grundlage der Methode ist die Auswertung optischer Speckle-Muster, deren Bewegung durch eine thermische Anregung der Probe hervorgerufen wird. Mithilfe numerischer Simulationen, experimenteller Messungen und geeigneter Bildauswerteverfahren wird analysiert, inwieweit sich Fehlstellen und unterschiedliche Verbindungszustände erfassen lassen. Im Mittelpunkt stehen der Aufbau des Messsystems, relevante optische und thermische Einflussgrößen sowie die Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens. Damit leistet die Arbeit einen Beitrag zur Entwicklung einer schnellen, zerstörungsfreien und perspektivisch industriell einsetzbaren Qualitätsprüfung leistungselektronischer Baugruppen.