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10.04.2017

Fraunhofer-Institut analysiert mit einer Thermografiekamera kleinste Temperaturunterschiede an elektronischen Komponenten

Optimierung des thermischen Designs

Ein Fraunhofer-Institut analysiert mit einer Thermografiekamera kleinste Temperaturunterschiede an elektronischen Komponenten. Dadurch werden thermische Probleme bereits im Entwicklungsstadium sichtbar und Entwicklungsfehler frühzeitig vermieden.

Lebensdauervorhersage mittelsThermografiekamera:Wechselrichter mit belasteten Bauteilen (© Infratec)

Auf immer kleineren Flächen finden sich immer mehr elektronische Bauelemente, deren Verlustleistung im Betrieb zu Erwärmungen führt. Diese gilt es im Interesse hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu managen. Mit hochauflösenden Wärmebildkameras angefertigte Thermografieaufnahmen liefern aufschlussreiche Informationen über Wärmequellen und -verteilungen (Bilder 1 und 2). Sie helfen, Hotspots zu erkennen und fehlerhafte thermische Designs zu vermeiden.

Solche thermischen Analysen eignen sich darüber hinaus zur Prüfung von Komponenten wie integrierten Schaltkreisen, Packages oder Leiterplatten. Fehlerhafte Teile werden rasch durch Temperaturunterschiede im Millikelvin-Bereich sichtbar. Kontaktlos und rückwirkungsfrei prüfend, erweist sich die Thermografie hier als effektives Verfahren, das präzise und wiederholgenaue Ergebnisse liefert.

Für Unternehmen ist dieses Wissen vor allem in der Produktentwicklung entscheidend. Um entsprechende Kenntnisse zu sammeln, arbeiten viele von ihnen mit Forschungseinrichtungen zusammen. Einer dieser Partner der Industrie ist das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe. Mit dessen Unterstützung versuchen Unternehmen den Anforderungen heutigen Wärmemanagements an elektronische Bauelemente optimal gerecht zu werden.

Temperaturunterschiede auf kleinsten Objektstrukturen erkennen

Mit der High-End-Thermografiekamera ImageIR 8300 von Infratec, Dresden, analysiert das Fraunhofer ISIT kleinste Temperaturunterschiede an elektronischen Komponenten. Die Kamera unterscheidet laut Hersteller schon Differenzen von 20 Millikelvin präzise und macht thermische Probleme sicher in deren Anfangsstadium sichtbar. Entwicklungsfehler können somit frühzeitig vermieden werden.

Die Kamera mit (640 x 512) IR-Pixeln und einem Detektorpitch von 15 µm löst mit ihrem lichtstarken dreifach Mikroskopobjektiv Strukturen in einer Größe von 5 µm auf. Dabei wird gleichzeitig ein für die Mikroelektronik passendes Bildfeld von (3,2 x 2,6) mm2 erfasst. Infrarot-Objektive mit anderen Brennweiten ermöglichen dem Fraunhofer ISIT den flexiblen Einsatz der Thermografiekamera in einer Vielzahl von Anwendungen.

Kamera und Software für Untersuchung abstimmen

Bei seinen Temperaturmessungen profitiert das Institut von der Präzisionskalibrierung der Kamera mit mehreren Kalibrierlinien. Die darauf beruhende exakte Driftkompensation sorgt für höchste Messgenauigkeit selbst bei schwankenden Messbedingungen.

Thermografieaufnahme: fehlerhafter Analog-Digital-Wandler mit Leckstrom (© Infratec)

Wie bei allen thermografischen Untersuchungen elektronischer Komponenten werden jedoch die Messwerte von unterschiedlichen Emissivitäten der einzelnen Messobjekte beeinflusst, deren Oberflächen aus Metallen, Keramiken oder Kunststoffen bestehen können. Der Kamerahersteller bietet hierfür die automatische pixelweise Emissionsgradkorrektur direkt in der Steuer- und Analysesoftware Irbis 3, sodass präzise Messungen von Temperaturverteilungen und deren zeitlichem Verlauf möglich werden. Insbesondere diese zeitliche Komponente der Erwärmung spielt bei den immer kleiner werdenden Bauteilen eine entscheidende Rolle. Das Fraunhofer ISIT nutzt dabei den Vorteil hoher Bildraten der Kamera im Kilohertz-Bereich.

Treten bei den Messungen thermische Auffälligkeiten zutage, ist dies oftmals der erste Hinweis auf potenzielle Fehlerquellen. Solche Informationen sind für Unternehmen immens wichtig. Auf deren Grundlage können sie die notwendigen hohen Innovationsraten und kürzere Entwicklungszyklen umsetzen. Am Ende profitieren Nutzer aus Industrie und Konsumwirtschaft von hochwertigeren und zuverlässigeren Produkten – die noch kleiner und noch leistungsfähiger sind als zuvor.

Control: Halle 6, Stand 6614

Infratec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik
www.InfraTec.de

Unternehmensinformation

Infratec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik

Gostritzer Str. 61-63
DE 01217 Dresden
Tel.: 0351 871-8620
Fax: 0351 871-8727

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