DE102011052492A1

DE102011052492A1 - Method for checking e.g. electrical errors in multi-layer arrangements in electronic modules, involves performing thermal radiation measurement at regions of arrangements and temporarily correlating measurement to electrical current signal

Info

Publication number: DE102011052492A1
Application number: DE102011052492A
Authority: DE
Inventors: Mathias Kock; Jacek Rudzki
Original assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Current assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2012-09-20

Abstract

The method involves introducing temporarily and/or partially a cyclically repetitive electrical current signal e.g. sinusoidal current signal, in regions (8-10, 14) of a multi-layer arrangement of an electronic module (6) to be checked. Thermal radiation measurement is performed at the regions of the multi-layer arrangements and temporarily correlated to the signal. The thermal radiation measurement is temporarily and/or partial quasi-punctiformly, temporarily and/or partial quasi-linearly and temporarily and/or partial two-dimensionally performed. The multi-layer arrangement of the electronic modules comprises a base plate (13) and a substrate (12), which is designed as a directly plated-copper substrate, an insulated metal substrate, a directly plated-aluminum substrate and/or a printed circuit board. An independent claim is also included for a thermography device for checking multi-layer arrangements in electronic modules.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung von Mehrschichtenanordnungen in elektronischen Vorrichtungen. The invention relates to a method for checking multilayer arrangements in electronic devices.

Bei der Herstellung elektronischer Schaltungen ist es üblich, dass elektrische und elektronische Bauelemente mithilfe unterschiedlichster Verbindungsverfahren auf mit geeigneten Leiterbahnanordnungen versehenen (gedruckten) Leiterplatten befestigt werden und/oder elektrisch mit diesen verbunden werden. Die Verbindung der Bauelemente dient dabei oftmals nicht nur der mechanischen Befestigung sowie der elektrischen Verbindung, sondern auch der thermischen Verbindung, derart, dass in dem jeweiligen elektrischen bzw. elektronischen Bauteil erzeugte Wärme (in der Regel an sich unerwünschte Verlustwärme) abgeführt wird. Dies ist insbesondere bei leistungsführenden Bauteilen, wie beispielsweise Leistungstransistoren und ähnlichem erforderlich. Die Abfuhr von Wärme ist in der Regel erforderlich, um einerseits die elektrischen Eigenschaften des betreffenden Bauteils nicht übermäßig zu verändern, andererseits auch, um das betreffende Bauteil vor Beschädigung oder gar Zerstörung zu schützen. In the manufacture of electronic circuits, it is common for electrical and electronic components to be mounted and / or electrically connected to printed circuit boards provided with suitable wiring arrangements using a variety of interconnection techniques. The connection of the components is often used not only the mechanical attachment and the electrical connection, but also the thermal connection, such that in the respective electrical or electronic component generated heat (usually unwanted loss heat) is dissipated. This is particularly necessary for power-conducting components, such as power transistors and the like. The dissipation of heat is usually required, on the one hand not to change the electrical properties of the component in question excessively, on the other hand, to protect the component in question from damage or even destruction.

Bei der Ausbildung der Befestigung, insbesondere bei der Ausbildung von Lötverbindungen, kann es jedoch zu Fehlstellen, wie beispielsweise Poren oder Anbindungsfehlern, im thermischen und/oder elektrischen Pfad kommen. Liegen derartige Fehler vor, so kommt es beim Betrieb der elektronischen Schaltung in der Regel zu lokal starken Erwärmungen und/oder zu starken Temperaturschwankungen und damit einhergehend zu mechanischen Belastungen aufgrund von Wärmeverzug. Beides kann zu einer schnellen Alterung sowie zur Zerstörung der elektronischen Schaltungen führen. In the formation of the attachment, especially in the formation of solder joints, however, it can lead to defects, such as pores or connection errors, in the thermal and / or electrical path. If such errors are present, then during operation of the electronic circuit, local strong heating and / or excessive temperature fluctuations usually occur and, as a result, mechanical stresses due to thermal distortion. Both can lead to rapid aging and destruction of electronic circuits.

Zwar kann die Anzahl derartiger Fehlstellen und gegebenenfalls auch deren Größe durch geeignete Herstellungsverfahren verringert werden; gänzlich ausschließen lassen sich Fehlstellen jedoch nicht. Von daher ist es erforderlich, die produzierten elektronischen Schaltkreise anschließend zu überprüfen, um mit Fehlern versehene Teile noch vor der Auslieferung zurückhalten zu können. Although the number of such defects and possibly also their size can be reduced by suitable manufacturing processes; However, defects can not be completely ruled out. It is therefore necessary to subsequently check the produced electronic circuits in order to be able to retain defective parts prior to delivery.

Für die Untersuchung von elektronischen Bauteilen in der Serienfertigung sind grundsätzlich unterschiedliche Verfahren bekannt. Gemeinsam ist den hierbei benutzen Verfahren, dass sie zerstörungsfrei arbeiten müssen, denn die betreffenden Bauteile sollen nach der Überprüfung ja noch zum Einsatz kommen können. For the investigation of electronic components in series production fundamentally different methods are known. What is common in this case is the fact that they have to work non-destructively, because the relevant components should still be able to be used after the inspection.

Ein erstes Verfahren ist die Überprüfung von elektronischen Schaltungen mithilfe von Röntgenstrahlen. Hierbei werden die Bauteile mit Röntgenstrahlen durchleuchtet und die Röntgenbilder auf Fehler in den elektronischen Schaltungen überprüft. Dies ist möglich, da Röntgenstrahlen auf Dichteänderungen in der Verbindungsfläche, und damit insbesondere auf fehlendes Lot, empfindlich sind. Ein Nachteil ist, dass Anbindungsfehler, so genannte "kalte Lötstellen", mit dieser Methode nicht detektiert werden können. A first method is the verification of electronic circuits using X-rays. Here, the components are X-rayed and X-ray images checked for errors in the electronic circuits. This is possible because X-rays are sensitive to changes in density in the bonding surface, and thus especially to missing solder. One disadvantage is that connection errors, so-called "cold solder joints", can not be detected with this method.

Ein weiteres Untersuchungsverfahren ist die Ultraschallmikroskopie. Bei dieser wird ein akustisches Signal in die Probe eingekoppelt. Bei dem akustischen Signal handelt es sich in der Regel um Ultraschall, da hiermit bessere Auflösungen (aufgrund der geringeren Wellenlänge) möglich sind. Bei Verwendung von Ultraschallmikroskopie können neben Poren auch Anbindungsfehler (im Gegensatz zu Röntgenstrahlen) detektiert und dargestellt werden. Ein großer Nachteil bei der Verwendung von Ultraschall ist jedoch, dass die zu überprüfende elektronische Schaltung in eine Flüssigkeit (meist Wasser) getaucht werden muss, damit man das akustische Signal gut einkoppeln kann. Dies hat zur Folge, dass die elektronische Schaltung vor der weiteren Verarbeitung in aller Regel nochmals gereinigt werden muss, was entsprechende Kosten verursacht. Darüber hinaus ist Ultraschallmikroskopie ein vergleichsweise langsames Verfahren, und damit auch entsprechend kostenintensiv. Another examination method is ultrasound microscopy. In this case, an acoustic signal is coupled into the sample. The acoustic signal is usually ultrasound, as this allows better resolutions (due to the shorter wavelength). When ultrasound microscopy is used, in addition to pores, connection errors (in contrast to X-rays) can also be detected and displayed. A major disadvantage of using ultrasound, however, is that the electronic circuit to be tested has to be immersed in a liquid (usually water) so that the acoustic signal can be coupled in well. As a result, the electronic circuit usually has to be cleaned again before further processing, which causes corresponding costs. In addition, ultrasound microscopy is a relatively slow process, and therefore also correspondingly expensive.

Bei weiteren Verfahren wird auf unterschiedliche Weise thermische Energie in die zu überprüfenden Werkstücke (wie beispielsweise elektronische Schaltkreise) eingebracht, und deren thermisches Antwortverhalten registriert. In other methods, thermal energy is introduced into the workpieces to be tested (such as electronic circuits) in different ways, and registers their thermal response behavior.

DE 102 37 112 B4 beschreibt ein Verfahren, bei dem bei einem Leistungsmodul mit einem Transistor eine Lötstrecke auf thermische Integrität überwacht wird, so dass eine Lebensdauervorhersage ermöglicht wird, ein Benutzer also rechtzeitig vor einem baldigen Versagen der Leistungselektronik gewarnt werden kann. In DE 102 37 112 B4 wird die Lötstrecke einer elektronischen Schaltungsanordnung durch Einbringen eines elektrischen Stroms kurzzeitig erhitzt und die hierdurch bewirkte Temperaturänderung (als absolute Temperatur) und deren zeitliche Entwicklung gemessen. Beim Vorhandensein von Fehlstellen liegt eine im Verhältnis zu einem "korrekten" Material verringerte thermische Leitfähigkeit vor, so dass sich das zeitliche Antwortverhalten verändert. DE 102 37 112 B4 describes a method in which, in a power module with a transistor, a soldering distance is monitored for thermal integrity so that a life-time prediction is enabled, so a user can be warned in good time of an imminent failure of the power electronics. In DE 102 37 112 B4 the soldering distance of an electronic circuit arrangement is heated by introducing an electric current for a short time and the temperature change caused thereby (as absolute temperature) and its temporal development are measured. In the presence of defects, there is a reduced thermal conductivity relative to a "correct" material, so that the temporal response changes.

Ein weiteres Verfahren ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 037 377 A1 offenbart. DE 10 2007 037 377 A1 beschreibt ein Verfahren zur Detektion von durch Unterbrechungen charakterisierbarer Fehlstellen in Leiterbahnnetzwerken, bei dem ein möglichst geringer verfahrenstechnischer Aufwand nötig sein soll, um Fehlstellen in Form von Unterbrechungen längs der Leiterbahnnetzwerke sicher und ortsaufgelöst detektieren zu können. Beim dort beschriebenen Verfahren wird in die Leiterbahnen einer noch unbestückten Leiterplatte ein Strom eingebracht, um Unterbrechungen der Leiterbahnen detektieren zu können. Dabei wird eine hohe Spannung und Stromstärke eingebracht, damit es bei Rissen in den Leiterbahnen zu einem Funkenüberschlag kommen kann. Die an den Rissen entstehenden Funkenüberschläge erzeugen thermische Energie, die mithilfe einer Wärmebildkamera optisch erfasst wird. Um das Verfahren von Störeinflüssen zu entkoppeln wird darüber hinaus in der DE 10 2007 037 377 A1 die Verwendung von so genannten Lock-In-Verfahren vorgeschlagen. Another method is in the German Offenlegungsschrift DE 10 2007 037 377 A1 disclosed. DE 10 2007 037 377 A1 describes a method for the detection of interruptions characterizable defects in interconnect networks, in which the least possible procedural effort should be necessary to defects in shape to be able to detect interruptions along the interconnect networks securely and spatially resolved. When the method described therein, a current is introduced into the tracks of a still unpopulated circuit board to detect interruptions of the tracks can. In this case, a high voltage and current is introduced so that it can cause a sparkover in cracks in the tracks. The arcing generated at the cracks generate thermal energy, which is optically detected by means of a thermal imaging camera. In order to decouple the procedure of disturbing influences is beyond in the DE 10 2007 037 377 A1 proposed the use of so-called lock-in procedures.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Überprüfung von elektronischen Vorrichtungen vorzuschlagen. The invention is therefore based on the object to propose an improved method for checking electronic devices.

Das vorliegend vorgeschlagene Verfahren bzw. die vorliegend vorgeschlagene Thermographie-Vorrichtung lösen diese Aufgabe. The presently proposed method or the presently proposed thermographic device solve this problem.

Es wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Überprüfung von Mehrschichtenanordnungen in elektronischen Vorrichtungen mit folgenden Schritten durchzuführen:
Einbringen eines sich zumindest zeitweise und/oder sich zumindest teilweise zyklisch wiederholenden elektrischen Stromsignals in zumindest einen Bereich der zu überprüfenden Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtungen;
Wärmestrahlungsmessung zumindest eines Bereichs der zu überprüfenden Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtung, wobei die Wärmestrahlungsmessung zeitlich korreliert zum angelegten, sich zyklisch wiederholenden elektrischen Stromsignal erfolgt. Unter einem sich zumindest teilweise zyklisch wiederholenden elektrischen Stromsignal kann eine breite Bandbreite an unterschiedlichen Stromsignalen verstanden werden. Beispielsweise können in bestimmten (gegebenenfalls sich auch variierenden) zeitlichen Abständen ähnliche Stromsignalfolgen vorliegen. Zwar ist es bevorzugt, dass die zyklische Wiederholung mit im Wesentlichen gleichartigen Zeitabständen erfolgt, jedoch können die Zeitabstände durchaus auch variabel gewählt werden. Insbesondere ist es möglich, dass sich variierenden Zeitabstände verwendet werden, die sich erst nach einer vergleichsweise großen Anzahl von einzelnen Stromsignalen wiederholen. Die Stromsignale müssen ebenfalls nicht notwendigerweise (im Wesentlichen) gleichartig sein, auch wenn dies vorteilhaft sein kann. Möglich ist es insbesondere, dass sich die Stromsignale jeweils unterscheiden und sich gegebenenfalls erst nach einer gegebenenfalls größeren Anzahl von jeweils unterschiedlichen Stromsignalen wiederholen. Möglich ist es im Übrigen auch, dass mehrere, sich überlagernde Stromsignale genutzt werden, insbesondere eine Überlagerung von vergleichsweise niederfrequenten Stromsignalen (gegebenenfalls auch einer Gleichspannung) und von vergleichsweise hochfrequenten Stromsignalen, beziehungsweise von beispielsweise pulsartigen Stromsignalen mit vergleichsweise kurzer Dauer. Die Überprüfung der elektronischen Vorrichtung kann sich insbesondere auf elektrische Fehler und/oder mechanische Fehler und/oder thermische Fehler beziehen. Unter einem Fehler ist dabei nicht notwendigerweise ein völliges Versagen bzw. eine völlig Unbrauchbarkeit zu verstehen, sondern insbesondere auch eine bedeutende Verschlechterung der jeweiligen Eigenschaft, wie beispielsweise eine so genannte "kalte Lötstelle", ein thermischer Kontakt mit einer signifikant verschlechterten thermischen Leitfähigkeit und Ähnliches. Unter einer elektronischen Vorrichtung sind insbesondere Aufbauten mit elektrischen und elektronischen Bauelementen zu verstehen, die vorzugsweise auf einer Art Platine, einer Leiterplatte, einem sonstigen Substrat und/oder einer Kühleinrichtung (wie insbesondere einem Kühlkörper) befestigt sind. Auch wenn die Art der elektrischen/elektronischen Bauteile an sich beliebig ist (und es sich insbesondere auch um passive Bauteile handeln kann, wie beispielsweise Widerstände, Spulen, Kondensatoren und dergleichen), so ist es bevorzugt wenn zumindest teilweise aktive elektronische Komponenten wie Röhren, Transistoren, Thyristoren und sonstige Halbleiterbauteile verwendet werden. Das sich zumindest zeitweise und/oder sich zumindest teilweise zyklisch wiederholenden elektrische Stromsignal kann in an sich beliebiger Weise in zumindest einen Bereich der zu überprüfenden elektronischen Vorrichtung eingekoppelt werden. Neben einer kontaktbehafteten elektrischen Einleitung sind insbesondere auch induktive und/oder elektromagnetische Einkopplungen denkbar. Dass der eingekoppelte elektrische Stromsignal erzeugt in aller Regel eine Verlustwärme in zumindest einigen Bereichen der elektronischen Vorrichtung, insbesondere in (bestimmten) elektrischen und elektronischen Bauteilen der elektronischen Vorrichtung. Die derart erzeugte Wärme kann über eine Wärmestrahlungsmessung zumindest eines Bereichs der zu überprüfenden elektronischen Vorrichtung bzw. der zu überprüfenden Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtung erfasst werden. Der Bereich, dessen Wärmestrahlung gemessen wird und der Bereich, in dem das elektrische Stromsignal eingekoppelt wird können dabei in beliebiger Weise (im Wesentlichen) zusammenfallen und/oder (im Wesentlichen) zueinander beabstandet sein. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass elektrischer Strom gegebenenfalls über eine größere Distanz über elektrische Leiter (beispielsweise Leiterbahnen oder elektrische Kabel der elektronischen Vorrichtung) zu einem Bauteil geleitet wird, in dem die Wärme "erzeugt" wird, die für die Wärmestrahlungsmessung verwendet wird. Die Wärmestrahlungsmessung kann dabei das Bauteil, in dem (der wesentliche Anteil) der Wärme erzeugt wird, messen bzw. dessen Umgebung. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass nicht nur ein Absolutwert der Wärmestrahlung gemessen wird, sondern insbesondere auch das zeitliche Verhalten der Wärmestrahlung. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Wärmestrahlungsmessung zeitlich korreliert zum angelegten, sich zyklisch wiederholenden elektrischen Stromsignal erfolgt. Insbesondere ist damit eine unter dem Begriff "Lock-In-Messung" bekannte Messmethode möglich. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, dass auch sehr kleinräumige Effekte und/oder auch kleine Temperaturschwankungen gemessen werden können. Insbesondere ist es möglich, dass die Hintergrundtemperatur (beispielsweise Messung bei Zimmertemperatur) und/oder thermisches Rauschen vorteilhaft unterdrückt werden können. Auf diese Weise können sich Messungen besonders hoher Güte ergeben, die jedoch üblicherweise dennoch in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum erstellt werden können. Da mit dem vorliegend vorgeschlagenen Verfahren insbesondere Kontaktierungsfehler gemessen werden sollen, können sich die Zeiten im Bereich von einigen Sekunden bewegen (typischerweise 5 s für die Vermessung eines Halbleiterbauteils im Bereich von 5 mm² bis 200 mm²; entsprechend andere Zeiten können sich bei größeren und/oder kleineren Bauelementen ergeben). Dies ist zu vergleichen mit Thermographie-Messverfahren, bei denen die innere Struktur von Halbleiterbauteilen vermessen wird, und bei denen typischerweise Messzeiten im Minutenbereich (typischerweise 2 min und mehr) vorliegen. Die Wärmestrahlungsmessung kann unter Verwendung an sich bekannter Sensoren erfolgen. Insbesondere können Wärmebildkameras, infrarotempfindliche CCD-Chips (für Charge-Coupled Device), linienförmige Infrarotdetektoren (zeilenweises Abtasten eines zweidimensionalen Bereichs ist damit ebenfalls möglich) oder punktförmige Wärmestrahlungssensoren verwendet werden (ähnlich einem Fototransistor, der in einem Wärmestrahlungsbereich empfindlich ist). Bevorzugt erfolgt die Wärmestrahlungsmessung auf einer "freiliegenden" Seite. Beispielsweise kann die Wärmestrahlungsmessung aus Richtung einer Bauelementseite der elektronischen Vorrichtung erfolgen. Gegebenenfalls kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn zusätzlich oder alternativ eine Messung aus Richtung einer Substratseite erfolgt. It is proposed to carry out a method for checking multilayer arrangements in electronic devices with the following steps:
Introducing an at least temporary and / or at least partially cyclically repeating electrical current signal into at least one region of the multilayer arrangement of the electronic devices to be checked;
Thermal radiation measurement of at least a portion of the multilayer device of the electronic device to be tested, wherein the thermal radiation measurement takes place in time correlation with the applied, cyclically repeating electrical current signal. An at least partially cyclically repeating electrical current signal can be understood as meaning a broad bandwidth of different current signals. For example, in certain (possibly also varying) time intervals similar current signal sequences may be present. Although it is preferred that the cyclic repetition is performed at substantially similar time intervals, the time intervals may well be chosen to be variable. In particular, it is possible that varying time intervals are used, which repeat only after a comparatively large number of individual current signals. Also, the current signals need not necessarily be (substantially) alike, although this may be beneficial. It is possible, in particular, for the current signals to differ in each case and, if appropriate, to repeat themselves only after an optionally larger number of respectively different current signals. Incidentally, it is also possible to use a plurality of overlapping current signals, in particular a superimposition of comparatively low-frequency current signals (possibly also a DC voltage) and comparatively high-frequency current signals, or, for example, pulse-like current signals with a comparatively short duration. The checking of the electronic device may relate in particular to electrical faults and / or mechanical faults and / or thermal faults. A defect is not necessarily to be understood as a complete failure or a completely unusable nature, but in particular also a significant deterioration of the respective property, such as a so-called "cold solder joint", a thermal contact with a significantly deteriorated thermal conductivity and the like. An electronic device is to be understood in particular as structures with electrical and electronic components, which are preferably fastened on a type of circuit board, a printed circuit board, another substrate and / or a cooling device (in particular a heat sink). Even if the type of electrical / electronic components per se is arbitrary (and may in particular also be passive components, such as resistors, coils, capacitors and the like), it is preferred if at least partially active electronic components such as tubes, transistors , Thyristors and other semiconductor devices are used. The at least temporarily and / or at least partially cyclically repeating electrical current signal can be coupled in any desired manner in at least a portion of the electronic device to be tested. In addition to a contact-type electrical initiation, in particular inductive and / or electromagnetic couplings are also conceivable. As a rule, the coupled-in electrical current signal generates a loss of heat in at least some areas of the electronic device, in particular in (specific) electrical and electronic components of the electronic device. The heat generated in this way can be detected by means of a thermal radiation measurement of at least one region of the electronic device to be tested or the multilayer device of the electronic device to be checked. The region whose heat radiation is measured and the region in which the electrical current signal is coupled in can thereby (essentially) coincide and / or be (substantially) spaced from each other. In this connection, it should be noted that electrical current may be conducted over a greater distance via electrical conductors (e.g., traces or electrical cables of the electronic device) to a device in which the heat "generated" for use in the thermal radiation measurement is "generated". The Heat radiation measurement can measure the component in which (the significant proportion) of the heat is generated, or its surroundings. In particular, it is proposed that not only an absolute value of the heat radiation is measured, but in particular also the temporal behavior of the heat radiation. For this purpose, it is proposed that the thermal radiation measurement is temporally correlated to the applied cyclically repeating electrical current signal. In particular, a measuring method known by the term "lock-in measurement" is thus possible. With the proposed method, it is possible that even very small-scale effects and / or small temperature fluctuations can be measured. In particular, it is possible that the background temperature (for example, measurement at room temperature) and / or thermal noise can be advantageously suppressed. In this way, measurements of particularly high quality can result, which, however, can usually still be produced in a comparatively short period of time. In particular, since the presently proposed method is intended to measure contact errors, times may range from a few seconds (typically 5 seconds for the measurement of a semiconductor device in the range of 5 mm ² to 200 mm ²⁾ , other times may be larger and larger / or smaller components). This is in contrast to thermography measurement methods which measure the internal structure of semiconductor devices and typically have measurement times in the minute range (typically 2 minutes or more). The thermal radiation measurement can be carried out using sensors known per se. In particular, thermal imaging cameras, infrared-responsive CCD chips (for charge-coupled device), line-shaped infrared detectors (line-wise scanning of a two-dimensional area is also possible) or punctiform heat radiation sensors can be used (similar to a phototransistor which is sensitive in a heat radiation area). The heat radiation measurement preferably takes place on an "exposed" side. For example, the heat radiation measurement can be carried out from the direction of a component side of the electronic device. Optionally, however, it may also be advantageous if additionally or alternatively a measurement takes place from the direction of a substrate side.

Bevorzugt ist es, wenn bei dem Verfahren die Wärmestrahlungsmessung zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise quasi-punktförmig, zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise quasi-linienförmig und/oder zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise zweidimensional erfolgt. Die Verwendung des Begriffs "quasi" soll dabei andeuten, dass in der Realität keine punktförmigen bzw. linienförmigen Messungen im streng mathematischen Sinne möglich sind. Bei einer quasi-punktförmigen Messung (beispielsweise durch einen infrarotempfindlichen Thermosensor) kann man sich auf besonders kritische Stellen (beispielsweise Punkte, die üblicherweise für Beschädigungen besonders empfindlich sind) "konzentrieren". Selbstverständlich ist es möglich nicht nur einen Punkt, sondern eine gegebenenfalls auch größere Anzahl an voneinander beabstandeten Punkten zu vermessen. Auf diese Weise ist gegebenenfalls eine besonders kostengünstige, besonders schnelle und besonders effektive (Serien-)Überprüfung der elektronischen Vorrichtungen möglich. Eine quasi-linienförmige Messung bietet sich insbesondere dann an, wenn die elektronischen Vorrichtungen beispielsweise auf einem Fließband bewegt werden. Durch eine zeilenförmige Abtastung kann dann schlussendlich ein zweidimensionales Bild erzeugt werden, so dass im Wesentlichen sämtliche Bereiche der elektronischen Vorrichtung "thermisch vermessen" werden können. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ der quasi-linienförmige Wärmestrahlungsdetektor bewegt wird. Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, wenn lediglich eine einzelne zeilenförmige Messung längs einer bekannten "kritischen" Zeile erfolgt. Beim Vorhandensein mehrerer "kritischen" Zeilen können zeilenförmige Messvorrichtungen verwendet werden und/oder eine einzelne zeilenförmige Messvorrichtung kann bewegt werden. Insbesondere bei Verwendung von an sich bekannten Wärmebildkameras kann eine zweidimensionalen Vermessung der elektronischen Vorrichtung erfolgen. Hier kann "auf einen Blick" die gesamte elektronische Vorrichtung bzw. ein Teil derselben überprüft werden. Hierdurch können insbesondere auch Fehler in "an sich nicht als problematisch erwarteten" Bereichen erkannt werden, was besonders vorteilhaft sein kann. It is preferred if in the method, the heat radiation measurement is at least temporarily and / or at least partially quasi-point-shaped, at least temporarily and / or at least partially quasi-linear and / or at least temporarily and / or at least partially two-dimensional. The use of the term "quasi" is intended to indicate that in reality no punctiform or linear measurements in the strict mathematical sense are possible. In a quasi-point measurement (for example, by an infrared-sensitive thermal sensor), one can "focus" on particularly critical locations (for example, points that are usually particularly sensitive to damage). Of course, it is possible to measure not only one point, but also an optionally larger number of spaced-apart points. In this way, a particularly cost-effective, particularly fast and particularly effective (serial) check of the electronic devices is possible if necessary. A quasi-linear measurement is particularly suitable when the electronic devices are moved on a conveyor belt, for example. Finally, a two-dimensional image can be generated by means of a line-shaped scan, so that substantially all regions of the electronic device can be "thermally measured". Of course, it is also possible that additionally or alternatively the quasi-linear heat radiation detector is moved. Optionally, it may also be advantageous if only a single line-shaped measurement takes place along a known "critical" line. In the presence of several "critical" rows, line-shaped measuring devices can be used and / or a single linear measuring device can be moved. In particular when using thermal imaging cameras known per se, a two-dimensional measurement of the electronic device can take place. Here, the entire electronic device or a part of it can be checked "at a glance". As a result, errors in "not expected to be problematic" areas can be recognized in particular, which can be particularly advantageous.

Möglich ist es, wenn die Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtung zumindest bereichsweise zumindest eine Substratschicht und/oder zumindest bereichsweise zumindest eine Verbindungsschicht und/oder zumindest bereichsweise zumindest eine Bauelementeinrichtungsschicht aufweist. Dies entspricht üblicherweise dem Aufbau von elektronischen Vorrichtungen. Bei heutigen elektronischen Vorrichtungen ist es jedoch zum Teil auch üblich, das nicht nur eine Substratschicht/Verbindungsschicht/Bauelementeinrichtungsschicht verwendet wird, sondern ein "Stapel" aus mehreren Substratschichten und/oder Verbindungsschichten und/oder Bauelementeinrichtungsschichten. Bevorzugt ist es insbesondere, wenn zumindest bereichsweise eine Verbindungsschicht zwischen zumindest einer Substratschicht und zumindest einer Bauelementeinrichtungsschicht angeordnet ist. In einem derartigen Fall kann die Verbindungsschicht zur mechanischen, thermischen und/oder elektrischen Verbindung von Bauelementen (Bauelementeinrichtungsschicht) und Substratschicht dienen. Lediglich der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass insbesondere die Bauelementeinrichtungsschicht und/oder die Verbindungsschicht (gegebenenfalls aber auch die Substratschicht) nicht "durchgängig" ausgebildet sein müssen, sondern aus einzelnen, lokal vorhandenen Bereichen (beispielsweise aus einzelnen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen) bestehen kann. It is possible if the multilayer arrangement of the electronic device has at least one substrate layer at least in regions and / or at least one connection layer at least in regions and / or at least one component device layer at least in regions. This usually corresponds to the construction of electronic devices. However, it is also common in some of today's electronic devices to use not only a substrate layer / interconnect layer / device device layer but a "stack" of multiple substrate layers and / or interconnect layers and / or device device layers. It is particularly preferred if, at least in regions, a connection layer is arranged between at least one substrate layer and at least one component device layer. In such a case, the bonding layer for mechanical, thermal and / or electrical connection of components (device device layer) and Substrate layer serve. For the sake of completeness, it is pointed out that in particular the component device layer and / or the connection layer (but possibly also the substrate layer) need not be "continuous", but rather from individual, locally existing regions (for example from individual electrical and / or electronic components). can exist.

Bevorzugt ist es, wenn bei dem Verfahren die zu vermessende Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtung zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktierungseinrichtungen aufweist, welche insbesondere zur Einleitung des sich zyklisch wiederholenden elektrischen Stromsignals verwendet werden. Die elektrischen Kontaktierungseinrichtungen sind dabei bevorzugt elektrische Kontaktierungseinrichtungen, die "ohnehin" für die Funktionalität der elektronischen Vorrichtung vorgesehen werden müssen. Hierdurch können Kosten, insbesondere aber auch Bauraum eingespart werden. Bei den elektrischen Kontaktierungseinrichtungen kann sich beispielsweise um Kontaktierungsflächen (Contact Pad) handeln bzw. auch um Drahtstücke, Leiterbahnbereiche oder dergleichen. Insbesondere ist es möglich, dass die Kontaktierungsflächen zumindest teilweise als so genanntes BGA (Ball Grid Array) und/oder als Flip-Chip-Anordnung angeordnet und ausgebildet sind. Auch ist es möglich, dass Drähte vorhanden sind, die der elektrischen Verbindung zweier Kontaktflächen dienen. Ein derartiger Aufbau ist insbesondere bei bereits fertig bestückten elektronischen Vorrichtungen üblich. In the method, the multi-layer arrangement of the electronic device to be measured has at least one, preferably a plurality of electrical contacting devices, which are used in particular for initiating the cyclically repeating electrical current signal. The electrical contacting devices are preferably electrical contacting devices, which must be provided "anyway" for the functionality of the electronic device. As a result, costs, but in particular space can be saved. The electrical contacting devices can be, for example, contact pads (contact pads) or also wire pieces, conductor track areas or the like. In particular, it is possible that the contacting surfaces are at least partially arranged and configured as a so-called BGA (ball grid array) and / or as a flip-chip arrangement. It is also possible that wires are present, which serve the electrical connection of two contact surfaces. Such a construction is customary in particular with electronic devices already equipped.

Bevorzugt ist es, wenn es sich bei dem vorgeschlagenen Verfahren bei dem sich zyklisch wiederholenden elektrischen Stromsignal zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise um eine Wechselspannung handelt und/oder das sich zyklisch wiederholende, elektrische Stromsignal zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise periodisch ist und es sich bei dem zyklisch wiederholenden Stromsignal zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise um ein sägezahnförmiges Stromsignal, ein rechteckförmiges Stromsignal, ein trapezartiges Stromsignal und/oder ein sinusförmiges Stromsignal handelt. Derartige Stromsignale haben sich in ersten Versuchen als besonders effektiv erwiesen. Insbesondere können damit gute Messergebnisse bei vergleichsweise kurzer Messdauer erzielt werden. Die Periode des elektrischen Stromsignals kann dabei über bestimmte Zeiträume hinweg im Wesentlichen konstant gehalten werden, bzw. gezielt verändert werden (Wobble-Signal). Die exakte Wahl des verwendeten elektrischen Stromsignals kann dabei in Abhängigkeit von den zu vermessenden elektronischen Vorrichtungen gewählt werden. It is preferred if the proposed method in which the cyclically repeating electrical current signal is at least temporarily and / or at least partially an alternating voltage and / or the cyclically repeating, electrical current signal is at least temporarily and / or at least partially periodic and it the cyclically repeating current signal is at least temporarily and / or at least partially a sawtooth-shaped current signal, a rectangular current signal, a trapezoidal current signal and / or a sinusoidal current signal. Such current signals have proven to be particularly effective in first attempts. In particular, this allows good measurement results to be achieved with a comparatively short measurement duration. The period of the electrical current signal can be kept substantially constant over specific periods of time, or selectively changed (wobble signal). The exact choice of the electrical current signal used can be selected depending on the electronic devices to be measured.

Bevorzugt wird das Verfahren zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise zur Detektion von Hohlräumen, Ablösungsbereichen, Dichteveränderungsbereichen und/oder elektrischen Widerstandsschwankungsbereichen verwendet. Hohlräume können beispielsweise bei Lotverbindungen bzw. Sinter-Verbindungen entstehen, wobei derartige Hohlräume entsprechend negative Auswirkungen auf die elektrischen, mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften haben können. Ablösungsbereiche können beispielsweise durch mechanische Beanspruchung der elektronischen Vorrichtung entstehen. Dichteveränderungsbereiche können ebenfalls bei der Ausbildung von Lotverbindungen bzw. Sinter-Verbindungen auftreten und entsprechende Nachteile mit sich bringen. Auch elektrische Widerstandsschwankungsbereiche können auf unterschiedlichste Weise entstehen, wie beispielsweise durch mechanische Beanspruchungen bei der Ausbildung der elektronischen Vorrichtungen und/oder Materialstreuungen (Bauteilstreuungen). The method is preferably used at least temporarily and / or at least partially for the detection of cavities, detachment regions, density change regions and / or electrical resistance fluctuation regions. Cavities can arise, for example, in solder joints or sintered connections, such cavities having correspondingly negative effects on the electrical, mechanical and / or thermal properties. Release areas may arise, for example, due to mechanical stress on the electronic device. Density change ranges can also occur in the formation of solder joints or sintered connections and bring about corresponding disadvantages. Also electrical resistance fluctuation ranges can arise in many different ways, such as by mechanical stresses in the formation of the electronic devices and / or material scattering (component scatters).

Bevorzugt ist es, wenn bei dem Verfahren die Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtung, insbesondere die zumindest eine Bauelementeinrichtungsschicht zumindest ein Leistungselektronikbauelement und/oder zumindest ein abwärmeerzeugendes Bauelement und/oder zumindest ein wärmeerzeugendes Bauelement aufweist. Derartige Bauelemente können in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, den eingebrachten elektrischen Strom in Wärme umzuwandeln, die anschließend zur Wärmestrahlungsmessung verwendet werden kann. Darüber hinaus sind insbesondere die genannten Bauteile im Betrieb in der Regel "abwärmeerzeugend", so dass sich in und um diese Bauteile herum besonders große thermische und mechanische (insbesondere infolge von thermischem Verziehen) Belastungen ergeben können, und daher insbesondere in diesen Bereichen eine besonders eingehende Prüfung der elektronischen Vorrichtung erfolgen sollte. In the method, the multilayer arrangement of the electronic device, in particular the at least one device device layer, has at least one power electronics component and / or at least one waste heat-generating component and / or at least one heat-generating component. Such devices can be used advantageously to convert the introduced electrical current into heat, which can then be used for heat radiation measurement. In addition, in particular, the components mentioned in the operation in the "heat generating" in the rule, so that in and around these components around particularly large thermal and mechanical (especially as a result of thermal distortion) can result in loads, and therefore particularly in these areas a particularly detailed Checking the electronic device should be done.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei dem Verfahren die Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtung, insbesondere die zumindest eine Verbindungsschicht, zumindest bereichsweise ein stoffschlüssiges Verbindungsmaterial, wie insbesondere ein Lotmaterial, ein Klebermaterial, ein Sintermaterial und/oder ein Diffusionsverbindungsmaterial ("diffusion soldered layer") aufweist und/oder dass bei dem Verfahren die zumindest eine Verbindungsschicht zwischen zumindest einer Substratschicht und zumindest einer Bauelementeinrichtungsschicht angeordnet ist. Derartige Verbindungsmaterialienanordnungen haben sich als besonders geeignet erwiesen. It is also proposed that in the process the Multilayer arrangement of the electronic device, in particular the at least one connecting layer, at least partially a cohesive bonding material, such as in particular a solder material, an adhesive material, a sintered material and / or a diffusion bonding material ("diffusion soldered layer") and / or that in the method, the at least one Connection layer between at least one substrate layer and at least one device device layer is arranged. Such compound material arrangements have proven to be particularly suitable.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Mehrschichtenanordnung der elektronischen Vorrichtung, insbesondere die zumindest eine Substratschicht, zumindest bereichsweise zumindest ein direktkontaktiertes Kupfersubstrat und/oder zumindest ein isoliertes Metallsubstrat und/oder zumindest ein direktkontaktiertes Aluminiumsubstrat und/oder zumindest eine gedruckte Platineneinrichtung aufweist. Derartige Substrate haben sich in ersten Versuchen als besonders geeignet erwiesen. Darüber hinaus sind derartige Substrate für die Ausbildung elektronischer Vorrichtungen weit verbreitet, insbesondere dann, wenn es sich um Leistungselektronik-Bauteile (insbesondere auch um Leistungs-Halbleiterbauteile) handelt. Insbesondere können die genannten Substrate üblicherweise in hohem Ausmaße entstehende Verlustwärme abführen. Furthermore, it is preferred if in the proposed method, the multilayer arrangement of the electronic device, in particular the at least one substrate layer, at least partially at least one directly contacted copper substrate and / or at least one insulated metal substrate and / or at least one directly contacted aluminum substrate and / or at least one printed circuit board device , Such substrates have been found to be particularly suitable in first attempts. In addition, such substrates are widely used for the formation of electronic devices, especially when it comes to power electronics components (in particular also power semiconductor devices). In particular, the substrates mentioned can usually dissipate heat loss arising to a great extent.

Weiterhin wird eine Thermographievorrichtung vorgeschlagen, die zumindest eine elektrische Stromeintragseinrichtung, zumindest eine Wärmestrahlungs-Aufnahmeeinrichtung und zumindest ein Messwertaufnahmemittel aufweist, wobei das Messwertaufnahmemittel derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass es zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise die von der zumindest einen Wärmestrahlungs-Aufnahmeeinrichtung stammenden Messwerte in zeitlicher Korrelation zu dem von der zumindest einen Stromeintragseinrichtung ausgegebenen elektrischen Stromsignal bewertet und/oder aufnimmt. Bei der Wärmestrahlungs-Aufnahmeeinrichtung kann es sich beispielsweise um Infrarot-empfindliche punktförmige, zeilenförmige und/oder flächige Aufnahmeeinrichtungen handeln. Beispielsweise sind in diesem Zusammenhang infrarotempfindliche Transistoren, infrarotempfindliche Abtastzeilen und infrarotempfindliche Kameras zu nennen. Das Messwertaufnahmemittel kann insbesondere ein elektronischer Rechner sein. Hierfür sind nicht nur Computereinrichtungen (wie beispielsweise PCs) nutzbar, sondern insbesondere auch beispielsweise Einplatinencomputer und sonstige Einrichtungen. Bevorzugt sind auch Ausgabemittel für das zumindest eine Messwertaufnahmemittel vorgesehen, wie beispielsweise eine visuelle Anzeige (bildschirmartig), eine Datenausgabeschnittstelle (beispielsweise Netzwerkkabel) und vorzugsweise entnehmbare Speichermittel (beispielsweise CDs, SD-Karten, Festplatten und dergleichen). Insbesondere ist es möglich, die Thermographievorrichtung im Sinne des vorab beschriebenen Verfahrens zumindest in Analogie auszubilden und weiterzubilden. Die Thermographievorrichtung kann im Übrigen die bereits vorab genannten Eigenschaften und Vorteile, zumindest in Analogie, aufweisen. Furthermore, a thermographic device is proposed, which has at least one electrical current input device, at least one heat radiation recording device and at least one measured value receiving means, wherein the measured value receiving means is designed and arranged such that it at least temporarily and / or at least partially originating from the at least one heat radiation recording device Evaluate and / or record measured values in temporal correlation to the electrical current signal output by the at least one current input device. The heat radiation recording device can be, for example, infrared-sensitive point-shaped, line-shaped and / or planar recording devices. For example, infrared-sensitive transistors, infrared-sensitive scanning lines and infrared-sensitive cameras should be mentioned in this context. The measured value receiving means may in particular be an electronic computer. For this purpose, not only computer equipment (such as PCs) are available, but in particular, for example, single-board computer and other facilities. Preferably, output means are also provided for the at least one measured value receiving means, such as a visual display (screen-like), a data output interface (for example network cable) and preferably removable storage means (for example CDs, SD cards, hard disks and the like). In particular, it is possible to form and further develop the thermographic device in the sense of the method described above, at least in analogy. Incidentally, the thermographic device can have the properties and advantages already mentioned above, at least in analogy.

Insbesondere wird vorgeschlagen die Thermographievorrichtung derart auszubilden und einzurichten, dass sie zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche durchführt. Insbesondere kann hierzu das Messwertaufnahmemittel als programmtechnische Einrichtung ausgebildet sein und mit einem entsprechenden Steuerprogramm versehen werden. In particular, it is proposed that the thermographic device be embodied and set up in such a way that it carries out a method according to one of the preceding claims, at least temporarily and / or at least partially. In particular, for this purpose, the measured value receiving means can be designed as a program-technical device and provided with a corresponding control program.

Sinnvoll ist es auch, wenn insbesondere die vorgeschlagene Vorrichtung bestimmungsgemäß verwendet wird. Dementsprechend soll es auch möglich sein, eine Verwendung insbesondere der beschriebenen Thermographievorrichtung unter Schutz zu stellen. Selbstverständlich kann auch die Verwendung der Thermographievorrichtung im Sinne der vorherigen Beschreibung zumindest sinngemäß ausgebildet und weitergebildet werden, wobei sich in der Regel zumindest sinngemäß die bereits erwähnten Vorteile und Eigenschaften ergeben. It is also useful if in particular the proposed device is used as intended. Accordingly, it should also be possible to provide a use in particular the described thermographic device under protection. Of course, the use of the thermographic device in the sense of the previous description, at least mutatis mutandis trained and trained, which usually at least mutatis mutandis, the advantages and properties already mentioned arise.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: In the following the invention will be explained in more detail by means of advantageous embodiments and with reference to the accompanying drawings. Show it:

1: ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Elektronikmodul mit einem Leistungshalbleiter in schematischer Querschnittsansicht; 1 a first embodiment of an electronic module with a power semiconductor in a schematic cross-sectional view;

2: ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Elektronikmodul mit einem Leistungshalbleiter in schematischer Querschnittsansicht; 2 a second embodiment of an electronic module with a power semiconductor in a schematic cross-sectional view;

3: ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Überprüfung eines Elektronikmoduls in schematischer Querschnittsansicht; 3 a first embodiment of a method for checking an electronic module in a schematic cross-sectional view;

4: ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Überprüfung eines Elektronikmoduls in schematischer Querschnittsansicht; 4 a second embodiment of a method for checking an electronic module in a schematic cross-sectional view;

5: ein Beispiel für ein phasenkorreliertes Wärmebild; 5 : an example of a phase-correlated thermal image;

6: ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Überprüfung einer Mehrschichtenanordnung eines Elektronikmoduls. 6 : A flowchart for a method for checking a multilayer arrangement of an electronic module.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Elektronikmodul 1 in einem schematischen Querschnitt dargestellt. In 1 ist dabei nur ein Ausschnitt des gesamten Elektronikmoduls 1 dargestellt, in dem sich ein Leistungshalbleiter 2 befindet. Der Leistungshalbleiter 2 ist auf einem Substrat 3, vorliegend einem Kupfersubstrat, befestigt. Man spricht in diesem Zusammenhang üblicherweise von einem DCB für Direct Copper Bond. (Gegebenenfalls kann auch ein Aluminiumsubstrat genutzt werden; DAB für Direct Aluminum Bond). Der Leistungshalbleiter 2 ist im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Sinterschicht 4 auf dem Substrat 3 befestigt. Mithilfe der Sinterschicht ist nicht nur eine mechanische Befestigung des Leistungshalbleiters 2 auf dem Substrat 3 gegeben, sondern insbesondere auch eine gute thermische Kopplung zwischen Leistungshalbleiter 2 und Substrat 3. Dank dieser guten thermischen Kopplung kann die im Betrieb des Elektronikmoduls 1 entstehende Verlustwärme im Leistungshalbleiter 2 gut an das Substrat 3 übertragen werden und von diesem weiter abgeführt werden. Auf diese Weise ist der Leistungshalbleiter 2 vor Überhitzung geschützt. In 1 is a first embodiment of an electronic module 1 shown in a schematic cross section. In 1 is only a part of the entire electronic module 1 shown in which a power semiconductor 2 located. The power semiconductor 2 is on a substrate 3 , in this case a copper substrate attached. In this context, one usually speaks of a DCB for Direct Copper Bond. (Optionally, an aluminum substrate can be used, DAB for Direct Aluminum Bond). The power semiconductor 2 is in the present embodiment illustrated by means of a sintered layer 4 on the substrate 3 attached. Using the sintered layer is not just a mechanical attachment of the power semiconductor 2 on the substrate 3 given, but in particular also a good thermal coupling between power semiconductors 2 and substrate 3 , Thanks to this good thermal coupling can during operation of the electronic module 1 resulting heat loss in the power semiconductor 2 good to the substrate 3 be transmitted and be further removed from this. In this way, the power semiconductor 2 protected against overheating.

Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es im Rahmen der Ausbildung der Sinterschicht 4 zu einem, in der Praxis nie ganz auszuschließenden Hohlraum 5 gekommen. Wie leicht einsichtig ist, kommt es aufgrund des Hohlraums 5 zu einem schlechteren mechanischen Halt des Leistungshalbleiters 2 auf dem Substrat 3. Darüber hinaus wird – wie ebenfalls leicht einsichtig ist – die thermische Kopplung zwischen Substrat 3 und Leistungshalbleiter 2 verschlechtert. Bei einem entsprechend großen Hohlraum 5 kann es somit im Betrieb des Elektronikmoduls 1 zu einer Überhitzung des Leistungshalbleiters 2 und dementsprechend zu einem Ausfall des Elektronikmoduls 1 kommen. Im in 1 illustrated embodiment, it is within the scope of the formation of the sintered layer 4 to a, in practice never completely exclude cavity 5 came. It is easy to see how it is due to the cavity 5 to a worse mechanical hold of the power semiconductor 2 on the substrate 3 , In addition, as is also easily understood, the thermal coupling between substrate 3 and power semiconductors 2 deteriorated. With a correspondingly large cavity 5 It can thus during operation of the electronic module 1 to overheat the power semiconductor 2 and accordingly to a failure of the electronic module 1 come.

Auch wenn der Leistungshalbleiter 2 nicht überhitzten sollte, so führt der Hohlraum 5 bei einem längeren Betrieb des Elektronikmoduls 1 zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung, da das Elektronikmodul 1 im Bereich des Hohlraums 5 einem mechanischen Stress ausgesetzt ist. Dieser führt zu einer vorschnellen Alterung des Elektronikmoduls 1 in diesem Bereich, und damit zu einer verringerten Lebensdauer. Even if the power semiconductor 2 should not overheat, so leads the cavity 5 during a longer operation of the electronic module 1 to an increased mechanical stress, since the electronic module 1 in the area of the cavity 5 is exposed to mechanical stress. This leads to premature aging of the electronic module 1 in this area, and therefore to a reduced life.

Um derartige vorzeitige Ausfälle bei einer Anwendung des Elektronikmoduls 1 nach Möglichkeit zu verhindern, ist daher eine Überprüfung des Elektronikmoduls 1 auf das Vorhandensein von Hohlräumen 5 sinnvoll. To such premature failures in an application of the electronic module 1 If possible, therefore, is a check of the electronic module 1 on the presence of cavities 5 meaningful.

In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Elektronikmodul 6 dargestellt. Auch hier ist jeweils lediglich ein Ausschnitt des Elektronikmoduls 6 im Bereich eines Leistungshalbleiters 7 dargestellt. In der 2 sind darüber hinaus elektrische Kontaktflächen 8, 9, 10 (Contact Pads) eingezeichnet, die der elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleiters 7 dienen. Um die Darstellung zu vereinfachen ist vorliegend kein Hohlraum eingezeichnet. Dennoch ist ein Verfahren zur Überprüfung auf das Vorhandensein eines Hohlraums auch vorliegend sinnvoll, denn durch dieses Überprüfungsverfahren soll ja gerade festgestellt werden, ob ein Hohlraum 5 vorhanden ist (vergleiche 1; dementsprechend ist das Elektronikmodul 1 in der Regel als Ausschuss auszusortieren), oder ob ein fehlerfreies Elektronikmodul 6 (vergleiche 2) vorliegt, das in den Handel gelangen darf. In 2 is a second embodiment of an electronic module 6 shown. Again, only one section of the electronic module is in each case 6 in the area of a power semiconductor 7 shown. In the 2 are also electrical contact surfaces 8th . 9 . 10 (Contact Pads) located, the electrical contacting of the power semiconductor 7 serve. In order to simplify the illustration, no cavity is shown in the present case. Nevertheless, a method for checking for the presence of a cavity also makes sense in the present case, because this verification method is just to determine whether a cavity 5 is present (see 1 ; accordingly, the electronics module 1 usually sorted out as a committee), or whether a faultless electronic module 6 (compare 2 ) which may be put on the market.

Die Kontaktierung des Leistungshalbleiters 7 erfolgt einerseits über elektrische Kontaktflächen 8, die an der Oberseite 11 des Leistungshalbleiters 7 ausgebildet sind (beabstandet zum Substrat 12 bzw. zur Grundplatte 13). Das Substrat 12 besteht im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Keramikmaterial, auf dem elektrische Kontaktflächen 9, 10, 14 aus Kupfer ausgebildet sind. Die Kontaktflächen 9, 10, 14 auf dem Substrat 12 können dabei eine Strukturierung aufweisen, also insbesondere ein Leiterbahnmuster darstellen. Das mit elektrischen Kontaktflächen 9, 10, 14 (doppelseitig) beschichtete Substrat 12 bildet ein so genanntes direktkontaktiertes Kupfersubstrat (DCB substrate für Direct Copper Bond Substrate) 15 aus. The contacting of the power semiconductor 7 on the one hand via electrical contact surfaces 8th at the top 11 of the power semiconductor 7 are formed (spaced from the substrate 12 or to the base plate 13 ). The substrate 12 consists in the presently illustrated embodiment of a ceramic material on the electrical contact surfaces 9 . 10 . 14 are formed of copper. The contact surfaces 9 . 10 . 14 on the substrate 12 In this case, they can have a structuring, that is to say in particular represent a printed conductor pattern. That with electrical contact surfaces 9 . 10 . 14 (double-sided) coated substrate 12 forms a so-called direct-contact copper substrate (DCB substrate for direct copper bond substrates) 15 out.

Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel des Elektronikmoduls 6 ist der Leistungshalbleiter 7 auf seiner Unterseite 16 (dem Substrat 12 bzw. der Grundplatte 13 zugewandt) im Wesentlichen flächig mit den dazu korrespondierenden elektrischen Kontaktflächen 10, 14 des Substrats 12 verbunden. Dieser Kontakt dient einerseits der elektrischen Kontaktierung (beispielsweise Erdung) des Leistungshalbleiters 7, andererseits aber insbesondere auch der thermischen Verbindung zwischen Leistungshalbleiter 7, Substrat 12 und Grundplatte 13. Die Kontaktierung zwischen Leistungshalbleiter 7 und elektrischer Kontaktfläche 10 sowie zwischen elektrischer Kontaktfläche 14 und Grundplatte 13 erfolgt im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils durch ein Lotmaterial. Auch wenn die Lotschicht 17 vorliegend flächig und nicht strukturiert dargestellt ist, ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Leistungshalbleiter 7 beispielsweise nach Art eines Ball Grid Arrays und/oder einer Flip-Chip-Anordnung mit dem Substrat 12 verbunden ist. In the presently illustrated embodiment of the electronic module 6 is the power semiconductor 7 on its underside 16 (the substrate 12 or the base plate 13 facing) substantially flat with the corresponding electrical contact surfaces 10 . 14 of the substrate 12 connected. This contact serves on the one hand the electrical contacting (for example grounding) of the power semiconductor 7 On the other hand, but in particular also the thermal connection between power semiconductors 7 , Substrate 12 and base plate 13 , The contact between power semiconductors 7 and electrical contact surface 10 and between electrical contact surface 14 and base plate 13 takes place in the present embodiment shown in each case by a solder material. Even if the solder layer 17 It is of course also possible for the power semiconductor to be present in a planar and non-structured manner 7 for example, in the manner of a ball grid array and / or a flip-chip arrangement with the substrate 12 connected is.

Wie weiterhin 2 entnommen werden kann, sind zur elektrischen Kontaktierung zwischen den elektrischen Kontaktflächen 8 auf der Oberseite 11 des Leistungshalbleiters und den (seitlich angeordneten) elektrischen Kontaktflächen 9 auf dem Substrat 12 elektrisch leitfähige Drähte 18 vorgesehen (beispielsweise aus Silber), die üblicherweise mit den dazu korrespondierenden elektrischen Kontaktflächen 8, 9 verlötet sind (in 2 nicht näher dargestellt). As before 2 can be removed, are for electrical contact between the electrical contact surfaces 8th on the top 11 the power semiconductor and the (laterally arranged) electrical contact surfaces 9 on the substrate 12 electrically conductive wires 18 provided (for example made of silver), which usually with the corresponding electrical contact surfaces 8th . 9 are soldered (in 2 not shown in detail).

Ein Vorteil des vorgeschlagenen, im Folgenden noch näher erläuterten Überprüfungsverfahrens ist es, dass nicht nur unkontaktierte (bzw. teilkontaktierte) Leistungshalbleiter 2 (1) und/oder Substrate 3, 12, 13, sondern auch fertig kontaktierte Elektronikmodule 6 (2) überprüft werden können. An advantage of the proposed verification method, which will be explained in more detail below, is that not only uncontacted (or partially contacted) power semiconductors 2 ( 1 ) and / or substrates 3 . 12 . 13 , but also finished contacted electronic modules 6 ( 2 ) can be checked.

In 3 ist dargestellt, wie mit einer Spitze 19 ein elektrischer Strom (beispielsweise sinusförmiger Wechselstrom) in eine elektrische Kontaktfläche 8 auf der Oberseite 11 des bereits in 1 gezeigten Leistungshalbleiters 2 eingebracht werden kann. Der elektrische Stromfluss wird durch Erdung 20 des Substrats 3 des Elektronikmoduls 1 geschlossen. Aufgrund des eingebrachten Stroms erwärmt sich der Leistungshalbleiter 2 korrespondierend zum ihn durchfließenden elektrischen Strom. Die derart erzeugte Wärme wird durch thermische Leitfähigkeit durch den Leistungshalbleiter 2, die Sinter-Schicht 4 und das Substrat 3 abgeführt. Hohlräume 5 und sonstige Störungen führen zu einer geringeren Wärmeleitfähigkeit, so dass es beim vorliegen von Hohlräumen 5 zu einer langsameren Abkühlung insbesondere benachbart zum Hohlraum 5 kommt. In 3 is shown as with a tip 19 an electrical current (eg, sinusoidal AC) into an electrical contact area 8th on the top 11 already in 1 shown power semiconductor 2 can be introduced. The electric current flow is through grounding 20 of the substrate 3 of the electronic module 1 closed. Due to the introduced current, the power semiconductor heats up 2 corresponding to the electric current flowing through it. The heat thus generated is due to thermal conductivity through the power semiconductor 2 , the sintered layer 4 and the substrate 3 dissipated. cavities 5 and other disturbances lead to a lower thermal conductivity, so that it is in the presence of cavities 5 to a slower cooling, in particular adjacent to the cavity 5 comes.

Diese verlangsamte Abkühlung kann zwar theoretisch auch durch Messung der Absoluttemperaturen detektiert werden. Eine deutlich genauere Messung, die darüber hinaus auch einen deutlich geringeren Temperatureintrag (und damit auch einen deutlich geringeren Stromeintrag) erfordert ist jedoch möglich, wenn auch die zeitliche Entwicklung der Temperaturänderung erfasst wird, wobei besonders bevorzugt eine zeitliche Korrelation von Stromeintrag und Temperaturmessung, ähnlich einem sogenannten Lock-In-Verfahren, erfolgt. Although this slowed down cooling can theoretically also be detected by measuring the absolute temperatures. However, a much more accurate measurement, which also requires a significantly lower temperature entry (and thus a much lower current input) is possible, although the temporal evolution of the temperature change is detected, with a temporal correlation of current input and temperature measurement, preferably similar so-called lock-in procedure takes place.

Da beim vorgeschlagen Messverfahren in aller Regel vergleichsweise niedrige Stromstärken ausreichend sind, ist es möglich, den elektrischen Strom durch eine vergleichsweise dünne Spitze 19 zuzuführen. Since the proposed measurement method usually comparatively low currents are sufficient, it is possible to use the electric current through a relatively thin tip 19 supply.

Eine für das Messverfahren geeignete Vorrichtung ist in 4 dargestellt. Obgleich in 4 das in 2 dargestellte Elektronikmodul 6 vermessen wird, kann die dort dargestellte Messvorrichtung 21 selbstverständlich auch für das in den 1 und 3 dargestellte Elektronikmodul 1 verwendet werden. A suitable device for the measuring method is in 4 shown. Although in 4 this in 2 illustrated electronic module 6 can be measured, the measuring device shown there 21 of course also for that in the 1 and 3 illustrated electronic module 1 be used.

Die in 4 dargestellte Messvorrichtung 21 weist eine vorliegend nicht näher dargestellte Haltevorrichtung zur Halterung des Elektronikmoduls (vorliegend Elektronikmodul 6), das zu überprüfen ist, auf. Mithilfe einer Wechselspannungsquelle 22 wird ein elektrischer Wechselstrom in den Leistungshalbleiter 7 eingebracht. Dies erfolgt durch elektrische Kontaktierung einer elektrischen Kontaktfläche 9 mit einer Spitze 19 bzw. Erdung einer – im vorliegenden Fall – weiteren elektrischen Kontaktfläche 10. In the 4 illustrated measuring device 21 has a retaining device not shown in detail for supporting the electronic module (in this case electronic module 6 ) to be checked. Using an AC voltage source 22 becomes an electrical alternating current in the power semiconductor 7 brought in. This is done by electrical contacting of an electrical contact surface 9 with a tip 19 or grounding a - in the present case - further electrical contact surface 10 ,

Die durch den elektrischen Strom verursachte Erwärmung des Leistungshalbleiters 7 wird durch eine Infrarotkamera 23 gemessen. Die verwendete Infrarotkamera 23 kann eine kommerziell erhältliche Infrarotkamera 23 sein, die kontinuierlich ein Wärmebild liefert. Die von der Infrarotkamera ausgegebenen Wärmebilder werden über eine Datenleitung 24 an einen Messrechner 25 gesendet. Gleichzeitig wird über eine weitere Datenleitung 24 der jeweils aktuell in den Leistungshalbleiter 7 eingebrachte elektrische Strom (also die jeweilige Phasenlage des elektrischen Stroms) an den Messrechner 25 gesendet. Der Messrechner 25 korreliert die Phasenlage des elektrischen Stroms mit den Bildern der Infrarotkamera 23, wobei er die zeitliche Korrelation dieser Daten berücksichtigt. Er erstellt also ein Bild 28 der Phasenverzögerung einer thermischen Welle, die durch den in den Leistungshalbleiter 7 eingebrachten elektrischen Wechselstrom erzeugt wird. Diese Phasenlage wird über eine Ausgabeleitung 26 beispielsweise einem Monitor 27 zugeführt, wo der Leistungshalbleiter 7 bzw. das Elektronikmodul 6 durch einfaches Betrachten auf Fehler getestet werden kann. Da lediglich die Phasenlage bzw. der Phasenversatz auf dem Monitor 27 dargestellt wird, treten Fehlerstellen 29 deutlich hervor. Ein Beispiel hierfür ist in 5 gezeigt. The heating of the power semiconductor caused by the electric current 7 is through an infrared camera 23 measured. The used infrared camera 23 can be a commercially available infrared camera 23 be, which provides a continuous thermal image. The infrared images output by the infrared camera are transmitted via a data line 24 to a measuring computer 25 Posted. At the same time it will be over another data line 24 each currently in the power semiconductor 7 introduced electrical current (ie the respective phase position of the electric current) to the measuring computer 25 Posted. The measuring computer 25 correlates the phase position of the electric current with the images of the infrared camera 23 , taking into account the temporal correlation of these data. So he creates a picture 28 the phase delay of a thermal wave through which in the power semiconductor 7 introduced electrical alternating current is generated. This phase position is via an output line 26 for example, a monitor 27 fed, where the power semiconductor 7 or the electronic module 6 can be tested for errors by simply looking at it. Since only the phase position or the phase shift on the monitor 27 is represented, error sites occur 29 clearly visible. An example of this is in 5 shown.

Ein derartiges Verfahren, bei dem lediglich die Phasenlage dargestellt wird, ähnelt einem an sich bekannten Lock-In-Messverfahren. Such a method, in which only the phase position is shown, is similar to a known lock-in measuring method.

In 6 ist schließlich noch ein Verfahren zur Überprüfung von Mehrschichtenanordnungen in Elektronikmodulen 1, 6 in einem Ablaufplan 30 dargestellt. Dieses Verfahren kann insbesondere bei der Verwendung einer Thermographie-Vorrichtung 21, wie sie in 5 dargestellt ist, verwendet werden. In einem ersten Schritt wird ein elektrischer Wechselstrom erzeugt 31 und gleichzeitig die jeweilige Phasenlage des elektrischen Stroms einem Messrechner 25 übermittelt. Parallel dazu wird ein Wärmebild (beispielsweise mit einer Infrarotkamera 23) aufgenommen 32 und ebenfalls dem Messrechner 25 zugeführt. Der Messrechner 25 korreliert 33 nun die Phasenlage zwischen elektrischem Strom und Wärmebild. Das derart erzeugte Korrelationsbild 28 wird ausgegeben 34, beispielsweise auf einem Monitor 27. Anschließend beginnt das Verfahren von vorne. In 6 Finally, there is a method for checking multilayer arrangements in electronic modules 1 . 6 in a flowchart 30 shown. This method can be particularly useful when using a thermography device 21 as they are in 5 is shown used. In a first step, an alternating electrical current is generated 31 and at the same time the respective phase position of the electrical current to a measuring computer 25 transmitted. In parallel, a thermal image (for example, with an infrared camera 23 ) 32 and also the measuring computer 25 fed. The measuring computer 25 correlated 33 now the phase relation between electric current and thermal image. The correlation image thus generated 28 is output 34 for example on a monitor 27 , Then the procedure starts from the beginning.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektronikmodul electronic module
22: Leistungshalbleiter Power semiconductor
33: Substrat substratum
44: Sinter-Schicht Sintered layer
55: Hohlraumcavity
66: Elektronikmodul electronic module
77: Leistungshalbleiter Power semiconductor
88th: Elektrische Kontaktfläche Electrical contact surface
99: Elektrische Kontaktfläche Electrical contact surface
1010: Elektrische KontaktflächeElectrical contact surface
1111: Oberseite top
1212: Substrat substratum
1313: Grundplatte baseplate
1414: Elektrische KontaktflächeElectrical contact surface
1515: DCBDCB
1616: Unterseite bottom
1717: Lotschicht solder layer
18 18: Drahtwire
1919: Spitzetop
2020: Erdunggrounding
2121: Messvorrichtungmeasuring device
2222: WechselspannungsquelleAC voltage source
2323: Infrarotkamera Infrared camera
2424: Datenleitungdata line
2525: Messrechnermeasuring computer
2626: Ausgabeleistungoutput power
2727: Monitormonitor
2828: Phasenkorreliertes WärmebildPhase-correlated thermal image
2929: Fehlstellevoid
3030: Ablaufplanschedule
3131: Erzeugung elektrischer StromGeneration of electric current
3232: Aufnahme WärmebildRecording thermal image
3333: Korrelation PhasenlageCorrelation phase position
3434: Ausgabe korreliertes BildOutput correlated image

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10237112 B4 [0009, 0009]
DE 102007037377 A1 [0010, 0010, 0010]

Claims

Procedure ( 30 ) for checking multilayer arrangements in electronic devices ( 1 . 6 ), comprising the steps of introducing an at least temporary and / or at least partially cyclically repeating electrical current signal ( 31 ) in at least one area ( 8th . 9 . 10 . 14 ) of the multilayer arrangement of the electronic device to be checked ( 1 . 6 ); Heat radiation measurement ( 23 . 32 ) at least a portion of the multilayer device of the electronic device to be checked ( 1 . 6 ), wherein the heat radiation measurement is temporally correlated to the applied cyclically repeating electrical current signal ( 33 ).

Procedure ( 30 ) according to claim 1, characterized in that the heat radiation measurement ( 23 . 32 ) at least temporarily and / or at least partially quasi-point-shaped, at least temporarily and / or at least partially quasi-linear and / or at least temporarily and / or at least partially two-dimensional ( 23 ) he follows.

Procedure ( 30 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic device at least partially at least one substrate layer ( 3 . 12 . 13 ) and / or at least partially at least one connecting layer ( 4 . 17 ) and / or at least partially at least one component device layer ( 2 . 7 . 18 ) having.

Procedure ( 23 . 32 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic device to be measured ( 1 . 6 ) at least one, preferably a plurality of electrical contacting devices ( 8th . 9 . 10 . 14 ), which in particular for initiating the cyclically repeating electrical current signal ( 31 ) is used.

Procedure ( 30 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cyclically repeating electrical current signal is an alternating voltage at least temporarily and / or at least partially and / or the cyclically repeating electrical current signal is at least intermittently and / or at least partially periodic and the cyclically repeating current signal is at least temporarily and / or at least partially a sawtooth-shaped current signal, rectangular current signal, trapezoidal current signal and / or sinusoidal current signal.

Procedure ( 30 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is at least temporarily and / or at least partially for the detection of cavities ( 5 ), Separation areas, density change areas, and / or electrical resistance fluctuation ranges.

Procedure ( 30 ) according to one of the preceding claims, in particular method according to one of claims 3 to 6, characterized in that the multilayer arrangement of the electronic device ( 1 . 6 ), in particular the at least one component device layer ( 2 . 7 . 18 ) at least one power electronics component ( 2 . 7 ) and / or at least one waste heat-generating component and / or at least one heat-generating component.

Procedure ( 30 ) according to one of the preceding claims, in particular method according to one of claims 3 to 7, characterized in that the multilayer arrangement of the electronic device ( 1 . 6 ), in particular the at least one connecting layer ( 4 . 17 ), at least partially a material-bonding connection material, such as in particular a solder material, an adhesive material, a sintered material and / or a diffusion bonding material and / or in that the at least one bonding layer ( 4 . 17 ) between at least one substrate layer ( 3 . 12 . 13 ) and at least one device device layer ( 2 . 7 . 18 ) is arranged.

Procedure ( 30 ) according to one of the preceding claims, in particular method according to one of claims 3 to 8, characterized in that the multilayer arrangement of the electronic device ( 1 . 6 ), in particular the at least one substrate layer ( 3 . 12 . 13 ), at least in certain areas at least one directly contacted copper substrate and / or at least one insulated metal substrate and / or at least one directly contacted aluminum substrate and / or at least one printed circuit board device.

Thermography device ( 21 ), comprising at least one electrical current input device ( 19 . 22 ), at least one heat radiation recording device ( 23 ) and at least one measuring pickup means ( 25 ) which is designed and arranged such that it at least temporarily and / or at least partially from the at least one heat radiation recording device ( 23 ) in time correlation with that of the at least one current input device ( 19 . 22 ) evaluates and / or absorbs the output electrical current signal.

Thermography device ( 21 ), in particular thermographic apparatus according to claim 10, which is designed and arranged such that it at least temporarily and / or at least in some areas a procedure ( 30 ) according to one of claims 1 to 9 performs.

Use of a thermographic device ( 21 ) for checking multilayer arrangements in electronic devices ( 1 . 6 ), in particular use of a thermographic device ( 21 ) according to claim 10 or 11, wherein at least temporarily and / or at least partially thermal radiation measured values obtained from at least one heat radiation recording device ( 23 ) of the thermographic device ( 21 ) in time correlation with one of at least one current input device ( 19 . 22 ) of the thermographic device ( 21 ) are evaluated and / or recorded, wherein the electrical current signal when using the thermography device ( 21 ) in at least a portion of the multilayer device of the electronic device to be checked ( 1 . 6 ) is introduced.

Use of a thermographic device ( 21 ) according to claim 12, wherein the thermographic device ( 21 ) is designed and arranged such that it at least temporarily and / or at least partially a method ( 30 ) according to one of claims 1 to 9 performs.