DE102019212028A1

DE102019212028A1 - Verfahren zum Ermittelneines Zustands einer Lötstelle, Messgerät

Info

Publication number: DE102019212028A1
Application number: DE102019212028.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Ruckh; Simeon Lange; Torsten Manthey; Andreas Schmidtlein; Marco Gueth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Lötstelle eines elektrischen insbesondere passiven Bauteils, das zumindest einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist, wobei der erste Leiter und der zweite Leiter durch eine Lötstelle elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei zum Ermitteln eines Zustands der Lötstelle zumindest ein Testvorgang durchgeführt wird. Es ist vorgesehen, dass zum Durchführen des Testvorgangs das Bauteil mit einer Wechselspannung beaufschlagt und während des Beaufschlagens mit der Wechselspannung ein elektrischer Stromwert des Bauteils und/oder ein elektrischer Widerstandswert (1,3) des Bauteils ermittelt wird, wobei der ermittelte Stromwert oder der ermittelte Widerstandswert (1, 3) als Test-Wert (1.2, 1.3, 3.2, 3.3) mit einem Referenz-Wert (1.1, 3.1) verglichen wird, und wobei in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Zustand der Lötstelle ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Lötstelle eines elektrischen insbesondere passiven Bauteils, das zumindest einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist, wobei der erste Leiter und der zweite Leiter durch eine Lötstelle elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei zum Ermitteln eines Zustands der Lötstelle zumindest ein Testvorgang durchgeführt wird.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Messgerät zum Durchführen des vorstehend genannten Verfahrens.
Stand der Technik
Elektrische Bauteile weisen in der Regel zumindest einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter auf. Dabei ist es bekannt, den ersten Leiter und den zweiten Leiter mittels einer Lötstelle elektrisch miteinander zu verbinden. Fließt also ein elektrischer Strom von dem ersten Leiter in den zweiten Leiter, so fließt der elektrische Strom auch durch die die beiden Leiter elektrisch miteinander verbindende Lötstelle.
Insbesondere wenn das Bauteil beziehungsweise die Lötstelle wechselnden Temperaturen und/oder mechanischer Belastung ausgesetzt sind, kann sich ein Zustand der Lötstelle verändern. Beispielsweise kann es innerhalb der Lötstelle zur Bildung von Rissen oder zum Rissfortschritt beziehungsweise Risswachstum vorhandener Risse kommen. Hierdurch kann ein bestimmungsgemäßer Betrieb des Bauteils beeinträchtigt sein. Um einen zuverlässigen bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils zu gewährleisten, ist es deshalb vorteilhaft, zumindest einen Testvorgang zum Ermitteln des Zustands der Lötstelle durchzuführen. Hierzu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Bauteil manuell zu zerlegen, um die Lötstelle zu untersuchen. Hierzu werden beispielsweise Querschliffe der Lötstelle hergestellt und Schliffbilder der Querschliffe visuell untersucht.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Zustand der Lötstelle ohne ein Zerlegen des Bauteils zuverlässig ermittelbar ist. Das Verfahren ist außerdem besonders kostengünstig durchführbar, insbesondere, weil auf ein kostenintensives Herstellen von Querschliffen der Lötstelle vorzugsweise verzichtet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Durchführen des Testvorgangs das Bauteil mit einer Wechselspannung beaufschlagt und während des Beaufschlagens mit der Wechselspannung ein elektrischer Stromwert des Bauteils und/oder ein elektrischer Widerstandswert des Bauteils ermittelt wird, wobei der ermittelte Stromwert oder der ermittelte Widerstandswert als Test-Wert mit einem Referenz-Wert verglichen wird, und wobei in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Zustand der Lötstelle ermittelt wird. Vorzugsweise wird die Wechselspannung dabei als Frequenz-Sweep erzeugt. Unter dem Stromwert ist dabei ein Wert eines durch die Wechselspannung bewirkten und durch das Bauteil fließenden elektrischen Stroms zu verstehen. Unter dem Widerstandswert ist dabei ein Wert eines elektrischen Widerstands des Bauteils zu verstehen. Vorzugsweise wird als Widerstandswert eine komplexe Impedanz des Bauteils ermittelt. Es wird also das Bauteil, insbesondere der erste Leiter und/oder der zweite Leiter, mit der Wechselspannung beaufschlagt. Diese Wechselspannung bewirkt den durch das Bauteil fließenden elektrischen Strom. Der Strom wird dabei durch ein elektrisches Netzwerk des Bauteils und insbesondere durch den elektrischen Widerstand des Bauteils beeinflusst. Der Widerstand wiederum wird durch den Zustand der Lötstelle beeinflusst. Somit korrespondieren sowohl der Stromwert als auch der Widerstandswert mit dem Zustand der Lötstelle. Der Zustand der Lötstelle ist demnach in Abhängigkeit von dem Stromwert und/oder dem Widerstandswert beispielsweise mittels einer Systemidentifikation ermittelbar. Beispielsweise bewirkt ein Riss innerhalb der Lötstelle, dass der Widerstand des Bauteils erhöht und der durch das Bauteil fließende elektrische Strom verringert ist, verglichen mit der rissfreien Lötstelle. Als Zustand der Lötstelle wird beispielsweise ermittelt, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle nicht beeinträchtigt ist, also, dass die Lötstelle intakt ist, dass der bestimmungsgemäße Betrieb durch die Lötstelle demnächst beeinträchtigt werden wird, oder dass der bestimmungsgemäße Betrieb durch die Lötstelle beeinträchtigt ist, also, dass die Lötstelle fehlerhaft ist. Zum Ermitteln des Zustands der Lötstelle wird der ermittelte Stromwert oder der ermittelte Widerstandswert als Test-Wert ausgewählt und mit dem Referenz-Wert verglichen. Unter einem Referenz-Wert ist dabei ein Wert zu verstehen, der dieselbe Dimension wie der Test-Wert aufweist, und der ermittelt werden würde, wenn der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle nicht beeinträchtigt ist. Zum Ermitteln des Stromwertes und/oder des Widerstandswertes wird vorzugsweise der Stromwert während des Testvorgangs insbesondere laufend erfasst. Unter einem passiven elektrischen Bauteil ist ein Bauteil zu verstehen, das keine Verstärkerwirkung zeigt und keine Steuerungsfunktion aufweist. Beispielsweise handelt es sich bei einem Widerstand, einem Kondensator oder einer Induktivität um ein derartiges passives Bauteil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wechselspannung mit zumindest zwei sich voneinander unterscheidenden Frequenzen erzeugt wird. Die Wechselspannung weist also zumindest eine erste Frequenz und eine zweite Frequenz auf, wobei eine der Frequenzen größer ist als die andere der Frequenzen. Es wird dann vorzugsweise für beide der Frequenzen jeweils ein Stromwert und/oder Widerstandswert ermittelt. Vorzugsweise werden dann sowohl beide ermittelten Stromwerte oder beide ermittelten Widerstandswerte jeweils als Test-Wert ausgewählt und mit einem Referenz-Wert oder jeweils einem Referenz-Wert verglichen. Hierdurch wird die Präzision des Verfahrens gesteigert. Vorzugsweise wird die Wechselspannung derart erzeugt, dass die sich voneinander unterscheidenden Frequenzen zeitgleich vorliegen. Die sich voneinander unterscheidenden Frequenzen überlagern sich also. Alternativ dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Wechselspannung derart erzeugt wird, dass die sich voneinander unterscheidenden Frequenzen nacheinander, insbesondere unmittelbar aufeinanderfolgend, vorliegen. Vorzugsweise wird die Wechselspannung mit mehr als zwei sich voneinander unterscheidenden Frequenzen erzeugt, wobei dann für jede der Frequenzen jeweils ein mit der Frequenz korrespondierender Stromwert und/oder Widerstandswert ermittelt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein erster Testvorgang und ein zweiter Testvorgang durchgeführt werden, wobei der erste Testvorgang zeitlich vor dem zweiten Testvorgang durchgeführt wird, wobei ein während des ersten Testvorgangs ermittelter erster Stromwert oder ein während des ersten Testvorgangs ermittelter erster Widerstandswert als Referenz-Wert und ein während des zweiten Testvorgangs ermittelter zweiter Stromwert oder ein während des zweiten Testvorgangs ermittelter zweiter Widerstandswert als Test-Wert verwendet werden. Es wird dabei davon ausgegangen, dass der erste Testvorgang zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem davon auszugehen ist, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle nicht beeinträchtigt ist. Dadurch, dass der Referenz-Wert und der Test-Wert an demselben Bauteil ermittelt werden, ist der Zustand der Lötstelle beziehungsweise eine Änderung des Zustands der Lötstelle besonders genau ermittelbar.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass als Referenz-Wert ein während eines Testvorgangs an einem weiteren elektrischen Bauteil ermittelter Stromwert oder ein während des Testvorgangs an dem weiteren elektrischen Bauteil ermittelter Widerstandswert verwendet wird. Zweckmäßigerweise wird dabei ein weiteres elektrisches Bauteil verwendet, das dem Bauteil, dessen Lötstelle durch das Verfahren überwacht wird, zumindest im Wesentlichen entspricht. Es ergibt sich daraus der Vorteil, dass das Ermitteln eines Referenz-Wertes für jedes elektrische Bauteil, dessen Lötstelle durch das Verfahren überwacht werden soll, nicht notwendig ist.
Vorzugsweise wird als Widerstandswert eine Impedanz des Bauteils ermittelt und als Test-Impedanz mit einer Referenz-Impedanz verglichen. Weil zum Durchführen des Testvorgangs das Bauteil mit der Wechselspannung beaufschlagt wird, wird davon ausgegangen, dass die als Widerstandswert ermittelte Impedanz besonders genau mit dem Zustand der Lötstelle korrespondiert.
Dabei wird vorzugsweise zum Durchführen des Testvorgangs eine elektrochemische Impedanzspektroskopie durchgeführt. Es wird also für mehrere sich voneinander unterscheidende Frequenzen der Wechselspannung jeweils eine Impedanz ermittelt. Dadurch ist das Bauteil vorteilhaft physikalisch modellierbar und ein Zustand und/oder eine Zustandsänderung der Lötstelle besonders genau ermittelbar. Vorzugsweise wird ein physikalisches Ersatzschaltbild des Bauteils ermittelt oder errechnet, wobei dann der Zustand der Lötstelle in Abhängigkeit von dem physikalischen Ersatzschaltbild ermittelt wird. Insbesondere wird dann das physikalische Ersatzschaltbild als Test-Bild ausgewählt und mit einem Referenz-Bild beziehungsweise Referenz-Ersatzschaltbild verglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Durchführen des Vergleichs die Test-Impedanz und die Referenz-Impedanz in ein Nyquist-Diagramm eingetragen werden. Bei einem Nyquist-Diagramm handelt es sich um ein Diagramm, in dem ein imaginärer Teil der Impedanz in Abhängigkeit von einem realen Teil der Impedanz optisch dargestellt ist. Durch die optische Darstellung der Test-Impedanz und der Referenz-Impedanz in dem Nyquist-Diagramm ist der Vergleich besonders einfach durchführbar.
Vorzugsweise wird die Impedanz mittels einer Fourier-Transformation ermittelt. Wie zuvor beschrieben wird die Wechselspannung vorzugsweise derart erzeugt, dass zwei sich voneinander unterscheidende Frequenzen zeitgleich vorliegen. Durch die Fourier-Transformation wird erreicht, dass auch in diesem Fall für jede der Frequenzen jeweils eine Impedanz zuverlässig ermittelt wird. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Wechselspannung mit einem zumindest im Wesentlichen bekannten Fourier-Spektrum und einem zumindest im Wesentlichen minimierten Crest Faktor erzeugt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand der Lötstelle ein Zustand zumindest einer weiteren Lötstelle des elektrischen Bauteils und/oder ein Zustand zumindest einer Lötstelle eines weiteren elektrischen Bauteils geschätzt. Es wird dabei davon ausgegangen, dass eine thermische und/oder mechanische Belastung der Lötstellen, deren Zustand geschätzt wird, im Betrieb des Bauteils oder der Bauteile zumindest im Wesentlichen der thermischen und/oder mechanischen Belastung der Lötstelle, deren Zustand ermittelt wurde, entspricht. Vorzugsweise ist die Lötstelle, deren Zustand ermittelt wird, Teil eines Opferelementes des Bauteils oder das Bauteil ist insgesamt als Opferelement ausgebildet. Vorzugsweise ist die Lötstelle, deren Zustand ermittelt wird derart ausgebildet, dass diese Lötstelle anfälliger für eine Bildung von Rissen und/oder einen Rissfortschritt von vorhandenen Rissen ist als die Lötstelle, deren Zustand geschätzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Validieren der Wechselspannung zumindest einen elektrische Spannung des Bauteils erfasst wird. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens gesteigert. Alternativ dazu wird die elektrische Spannung des Bauteils vorzugsweise nicht erfasst und es wird davon ausgegangen, dass das Bauteil mit der erwarteten Wechselspannung beaufschlagt wird.
Das erfindungsgemäße Messgerät für ein elektrisches Bauteil, das zumindest einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist, wobei der erste Leiter und der zweite Leiter durch eine Lötstelle elektrisch miteinander verbunden sind, weist eine elektrische Anschlusseinrichtung mit zumindest einem ersten Kontaktelement und einem zweiten Kontaktelement auf, wobei das Messgerät durch die Kontaktelemente beidseitig der Lötstelle mit dem Bauteil verbunden/verbindbar ist, und zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 11 durch ein Steuergerät aus, das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Insbesondere ist das erste Kontaktelement dazu ausgebildet, den ersten elektrischen Leiter zu kontaktieren, wobei das zweite Kontaktelement dann dazu ausgebildet ist, den zweiten elektrischen Leiter zu kontaktieren. Vorzugsweise weist das Messgerät eine Einrichtung zum Beaufschlagen der Kontaktelemente mit einer elektrischen Wechselspannung auf, um einen durch die Lötstelle fließenden elektrischen Strom zu bewirken. Vorzugsweise weist das Messgerät eine Sensoreinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, einen durch das Bauteil fließenden elektrischen Strom zu erfassen, sodass der Stromwert und/oder der Widerstandswert in Abhängigkeit von dem erfassten Strom ermittelbar sind. Zum Durchführen des Vergleichs weist das Messgerät weiterhin vorzugsweise eine Recheneinheit auf. Die Recheneinheit ist besonders bevorzugt kommunikationstechnisch mit einem Datenspeicher verbunden, in dem beispielsweise ermittelte Stromwerte und/oder ermittelte Widerstandswerte speicherbar sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen:

1 ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Lötstelle,
2 eine Darstellung von mittels eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens ermittelten Widerstandswerten und
3 eine Darstellung von mittels eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens ermittelten Widerstandswerten.

1 zeigt anhand eines Flussdiagramms ein vorteilhaftes Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Lötstelle. Bei der Lötstelle handelt es sich um eine Lötstelle, die einen ersten elektrischen Leiter eines elektrischen Bauteils und einen zweiten elektrischen Leiter des Bauteils elektrisch miteinander verbindet. Fließt ein elektrischer Strom von einem der Leiter in den anderen der Leiter, so fließt dieser Strom demnach auch durch die Lötstelle. Bei dem Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein Bauteil eines Kraftfahrzeugs.
Im Betrieb des Bauteils ist die Lötstelle wechselnden Temperaturen und/oder mechanischer Belastung ausgesetzt. Infolgedessen kann sich die Lötstelle derart verändern, dass ein bestimmungsgemäßer Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle beeinträchtigt ist. Beispielsweise können sich in der Lötstelle Risse bilden oder es kann zum Risswachstum vorhandener Risse kommen. Hierdurch wird beispielsweise ein elektrischer Widerstand des Bauteils verändert. Um einen sicheren bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils zu gewährleisten, ist es deshalb vorteilhaft, einen Zustand der Lötstelle zu überwachen. Dieser Zustand korrespondiert mit dem elektrischen Widerstand des Bauteils. Beispielsweise wird als Zustand der Lötstelle ermittelt, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle nicht beeinträchtigt ist, dass die Lötstelle also intakt ist, dass der bestimmungsgemäße Betrieb durch die Lötstelle demnächst beeinträchtigt werden wird, oder dass der bestimmungsgemäße Betrieb durch die Lötstelle beeinträchtigt ist.
Um den Zustand der Lötstelle zu ermitteln, wird in einem Schritt S1 des in 1 dargestellten Verfahrens das Bauteil mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Die Wechselspannung bewirkt, dass durch das Bauteil ein elektrischer Strom fließt. Das Bauteil wird dabei derart mit der Wechselspannung beaufschlagt, dass der elektrische Strom durch die Lötstelle fließt. Beispielsweise wird der erste Leiter oder der zweite Leiter mit der Wechselspannung beaufschlagt.
In einem Schritt S2 wird ein elektrischer Stromwert des durch das Bauteil fließenden Stroms und/oder ein elektrischer Widerstandswert eines elektrischen Widerstands des Bauteils ermittelt. Als Widerstandswert wird dabei vorzugsweise eine komplexe Impedanz des Bauteils ermittelt. Dies wird durchgeführt während das Bauteil mit der Wechselspannung beaufschlagt wird. Die Schritte S1 und S2 finden also zumindest teilweise zeitgleich statt. Die Schritte S1 und S2 bilden dabei gemeinsam einen Testvorgang. Weil der durch das Bauteil fließende Strom mit dem Widerstand des Bauteils korrespondiert, ist der Zustand der Lötstelle sowohl in Abhängigkeit von dem ermittelten Stromwert als auch in Abhängigkeit von dem ermittelten Widerstandswert ermittelbar.
In einem Schritt S3 wird der ermittelte Stromwert oder der ermittelte Widerstandswert als Test-Wert ausgewählt und mit einem Referenz-Wert verglichen. Bei dem Referenz-Wert handelt es sich um einen Wert, der dieselbe Dimension wie der Test-Wert aufweist, und der als Stromwert oder Widerstandswert ermittelt werden würde, wenn der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle nicht beeinträchtigt ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Referenz-Wert um einen Stromwert oder einen Widerstandswert, der zu einem früheren Zeitpunkt mittels eines Testvorgangs an demselben Bauteil ermittelt wurde. Alternativ dazu handelt es sich bei dem Referenz-Wert um einen Stromwert oder einen Widerstandswert, der zu einem früheren Zeitpunkt mittels eines Testvorgangs an einem weiteren Bauteil ermittelt wurde.
In einem Schritt S4 wird dann in Abhängigkeit von dem Vergleich der Zustand der Lötstelle ermittelt. Wird in dem Vergleich beispielsweise festgestellt, dass der Test-Wert dem Referenz-Wert im Wesentlichen entspricht, so wird als Zustand ermittelt, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle nicht beeinträchtigt ist. Wird jedoch festgestellt, dass eine Abweichung zwischen dem Referenz-Wert und dem Test-Wert einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, so wird als Zustand ermittelt, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle beeinträchtigt ist.
2 zeigt anhand eines Diagramms A eine Darstellung einer Vielzahl von Widerstandswerten 1. Von den Widerstandswerten 1 sind nur einige exemplarisch mit einem Bezugszeichen versehen. Die Widerstandswerte 1 wurden mittels eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens ermittelt. Durch die Abszisse des Diagramms A wird ein Zeitpunkt beschrieben, zu welchem die verschiedenen Widerstandswerte 1 jeweils ermittelt wurden. Durch die Ordinate wird ein Wert der verschiedenen Widerstandswerte 1 beschrieben.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wurde zum Ermitteln jedes der Widerstandswerte 1 jeweils ein Testvorgang zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durchgeführt. In dem Schritt S1 wurde die Wechselspannung dabei derart erzeugt, dass die Wechselspannung eine einzige Frequenz aufweist. Diese Frequenz ist in jedem der aufeinanderfolgenden Testvorgänge zumindest im Wesentlichen dieselbe.
Als Widerstandswert wurde dann in dem Schritt S2 in jedem der Testvorgänge jeweils ein Realteil einer Impedanz des Bauteils ermittelt. Wie aus 2 ersichtlich ist, nimmt der Wert der ermittelten Widerstandswerte 1 mit steigender Zeitdauer zu. Beispielsweise ist der Wert eines zu einem ersten Zeitpunkt t1 ermittelten Widerstandswertes 1.1 kleiner als der Wert eines zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ermittelten Widerstandswertes 1.2. Der Wert des zu dem zweiten Zeitpunkt t2 ermittelten Widerstandswertes 1.2 ist wiederum kleiner als der Wert eines zu einem dritten Zeitpunkt t3 ermittelten Widerstandswertes 1.3.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird in dem Schritt S3 der zu dem ersten Zeitpunkt t1 ermittelte Widerstandswert 1.1 als Referenz-Wert ausgewählt. Ein zu einem späteren Zeitpunkt ermittelter Widerstandswert, beispielsweise der Widerstandswert 1.2 oder der Widerstandswert 1.3 wird als Test-Wert ausgewählt. Außerdem wird in dem Schritt S3 der Referenz-Wert mit dem Test-Wert verglichen.
Ergibt der Vergleich beispielsweise, dass eine Differenz zwischen dem Referenz-Wert und dem Test-Wert einen vorgegebenen ersten Schwellenwert B1 unterschreitet, so wird in dem Schritt S4 festgestellt, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle nicht beeinträchtigt ist. Ergibt der Vergleich, dass die Differenz den ersten Schwellenwert B1 übersteigt und einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert B2 unterschreitet, so wird als Zustand der Lötstelle festgestellt, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle demnächst beeinträchtigt werden wird. Ergibt der Vergleich, dass die Differenz den zweiten Schwellenwert B2 übersteigt, so wird festgestellt, dass der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch die Lötstelle beeinträchtigt ist.
In der 2 ist außerdem eine Ausgleichskurve 2 dargestellt, die eine möglichst geringe Abweichung zu den Widerstandswerten 1 aufweist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahren wird in dem Schritt S3 anstelle des Widerstandswertes 1.1 ein Wert der Ausgleichskurve zu dem Zeitpunkt t1 als Referenz-Wert ausgewählt. Auch als Test-Wert wird dann anstelle eines der Widerstandswerte 1 ein Wert der Ausgleichskurve zu einem späteren Zeitpunkt als dem Zeitpunkt t1 ausgewählt.
3 zeigt anhand eines Nyquist-Diagramms B eine Darstellung von Widerstandswerten 3. Bei den Widerstandswerten 3 handelt es sich dabei um komplexe Impedanzen 3. Die Impedanzen 3 wurden mittels eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens ermittelt. Durch die Abszisse des Diagramms B wird ein realer Teil der Impedanzen 3 beschrieben. Durch die Ordinate wird ein negativer imaginärer Teil der Impedanzen 3 beschrieben.
Zum Ermitteln der in 3 dargestellten Impedanzen 3 wurde zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten jeweils ein Testvorgang durchgeführt. Beispielsweise wurden die Impedanzen 3.1 durch einen zu einem ersten Zeitpunkt durchgeführten ersten Testvorgang ermittelt. Die Impedanzen 3.2 wurden beispielsweise durch einen zu einem zweiten Zeitpunkt durchgeführten zweiten Testvorgang ermittelt. Die Impedanzen 3.3 wurden beispielsweise durch einen zu einem dritten Zeitpunkt durchgeführten dritten Testvorgang ermittelt. Der zweite Testvorgang wurde dabei zeitlich nach dem ersten Testvorgang durchgeführt und der dritte Testvorgang wurde zeitlich nach dem zweiten Testvorgang durchgeführt.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wurde in dem ersten Testvorgang die Wechselspannung mit einer Vielzahl sich voneinander unterscheidender Frequenzen erzeugt. Jede der ermittelten Impedanzen 3.1 korrespondiert dabei mit einer anderen Frequenz der Wechselspannung. Vorzugsweise wurde die Wechselspannung dabei mit bekanntem Fourierspektrum und minimiertem Crest Faktor erzeugt. Die einzelnen Impedanzen 3.1 sind dann mittels einer Fouriertransformation ermittelbar. In dem zweiten Testvorgang und dem dritten Testvorgang wurden dann zu jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten das Bauteil mit derselben Wechselspannung wie in dem ersten Testvorgang beaufschlagt.
In dem Schritt S3 wird dann als Referenz-Wert beziehungsweise Referenz-Impedanz zumindest eine der Impedanzen 3.1 ausgewählt. Vorzugsweise werden mehrere der Impedanzen 3.1 ausgewählt. Als Test-Wert beziehungsweise Test-Impedanz wird dann zumindest eine der Impedanzen 3.2 oder der Impedanzen 3.3, vorzugsweise mehrere der Impedanzen 3.2 oder mehrere der Impedanzen 3.3, ausgewählt. Alternativ dazu wird in Abhängigkeit von den Impedanzen 3.1, den Impedanzen 3.2 und/oder den Impedanzen 3.3 jeweils ein physikalisches Ersatzschaltbild des Bauteils ermittelt. Vorzugsweise wird dann das in Abhängigkeit von den Impedanzen 3.1 ermittelte Ersatzschaltbild als Referenz-Bild ausgewählt und das in Abhängigkeit von den Impedanzen 3.2 ermittelte Ersatzschaltbild oder das in Abhängigkeit von den Impedanzen 3.3 ermittelte Ersatzschaltbild wird als Test-Bild ausgewählt und zum Ermitteln des Zustands der Lötstelle mit dem Referenz-Bild verglichen.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von dem Zustand der Lötstelle, der gemäß dem in 1 dargestellten Verfahren ermittelt wurde, ein Zustand einer weiteren Lötstelle geschätzt. Bei der weiteren Lötstelle handelt es sich beispielsweise um eine weitere Lötstelle desselben Bauteils oder eine Lötstelle eines weiteren Bauteils.
Beispielsweise wird das Bauteil in einer Test-Einrichtung, insbesondere einem Prüfstand, mit einer Temperaturbelastung beaufschlagt und es werden zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Testvorgänge an dem Bauteil durchgeführt. Es wird dann beispielsweise ermittelt, ab welchem Zeitpunkt der bestimmungsgemäße Betrieb des Bauteils durch den Zustand der Lötstelle beeinträchtigt wird. Die Kenntnis dieses Zeitpunkts kann dann genutzt werden, um zu schätzen, wie lange ein Betrieb eines dem getesteten Bauteil entsprechenden und bestimmungsgemäß beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verbauten Bauteils möglich ist, bevor der Betrieb des Bauteils durch den Zustand der Lötstelle beeinträchtigt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Zustand der Lötstelle des bestimmungsgemäß beispielsweise in dem Fahrzeug verbauten Bauteils zu bestimmten Inspektionszeitpunkten mittels des Verfahrens ermittelt.

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Lötstelle eines elektrischen insbesondere passiven Bauteils, das zumindest einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist, wobei der erste Leiter und der zweite Leiter durch eine Lötstelle elektrisch miteinander verbunden sind, und wobei zum Ermitteln eines Zustands der Lötstelle zumindest ein Testvorgang durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen des Testvorgangs das Bauteil mit einer Wechselspannung beaufschlagt und während des Beaufschlagens mit der Wechselspannung ein elektrischer Stromwert des Bauteils und/oder ein elektrischer Widerstandswert (1, 3) des Bauteils ermittelt wird, wobei der ermittelte Stromwert oder der ermittelte Widerstandswert (1, 3) als Test-Wert (1.2, 1.3, 3.2, 3.3) mit einem Referenz-Wert (1.1, 3.1) verglichen wird, und wobei in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Zustand der Lötstelle ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung mit zumindest zwei sich voneinander unterscheidenden Frequenzen erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Testvorgang und ein zweiter Testvorgang durchgeführt werden, wobei der erste Testvorgang zeitlich vor dem zweiten Testvorgang durchgeführt wird, wobei ein während des ersten Testvorgangs ermittelter erster Stromwert oder ein während des ersten Testvorgangs ermittelter erster Widerstandswert (1.1, 3.1) als Referenz-Wert (1.1, 3.1) und ein während des zweiten Testvorgangs ermittelter zweiter Stromwert oder ein während des zweiten Testvorgangs ermittelter zweiter Widerstandswert (1.2, 3.2) als Test-Wert (1.2, 3.2) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenz-Wert (1.1, 3.1) ein während eines Testvorgangs an einem weiteren elektrischen Bauteil ermittelter Stromwert oder ein während des Testvorgangs an dem weiteren Bauteil ermittelter Widerstandswert (1.1, 3.1) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Widerstandswert (3) eine Impedanz (3) des Bauteils ermittelt und als Test-Impedanz (3.2, 3.3) mit einer Referenz-Impedanz (3.1) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen des Testvorgangs eine elektrochemische Impedanzspektroskopie durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen des Vergleichs die Test-Impedanz (3.2,3.3) und die Referenz-Impedanz (3.1) in ein Nyquist-Diagramm eingetragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (3) mittels einer Fourier-Transformation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand der Lötstelle ein Zustand zumindest einer weiteren Lötstelle des elektrischen Bauteils und/oder ein Zustand zumindest einer Lötstelle eines weiteren elektrischen Bauteils geschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Validieren der Wechselspannung zumindest eine elektrische Spannung des Bauteils erfasst wird.
Messgerät für ein elektrisches Bauteil, das zumindest einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist, wobei der erste Leiter und der zweite Leiter durch eine Lötstelle elektrisch miteinander verbunden sind, wobei das Messgerät eine elektrische Anschlusseinrichtung mit zumindest einem ersten Kontaktelement und einem zweiten Kontaktelement aufweist, wobei das Messgerät durch die Kontaktelemente beidseitig der Lötstelle mit dem Bauteil verbunden/verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.