DE102022113940A1

DE102022113940A1 - Verfahren zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes eines Probenkörpers

Info

Publication number: DE102022113940A1
Application number: DE102022113940.9A
Authority: DE
Inventors: Volker Hagemann; Christoph Weber; Joachim Weber
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-12-07
Also published as: WO2023232461A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes von wenigstens einem Bereich eines Probenkörpers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes von wenigstens einem Bereich eines Probenkörpers.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind thermographische Verfahren zum Feststellen von thermischen Eigenschaften eines Probenkörpers bekannt. Beispielsweise kann die sogenannte Laser-Flash-Methode dazu verwendet werden. Dadurch kann etwa die Wärmediffusion oder die Wärmeleitfähigkeit des Materials eines Probenkörpers gemessen und so die Qualität des Probenkörpers, beispielsweise in Bezug auf eine bestimmte Anwendung, festgestellt werden.
Allerdings zeigt sich, dass die bekannten Verfahren oftmals eine bestimmte Beschaffenheit des Probenkörpers voraussetzen, oder nur einzelne Einflüsse der thermischen Eigenschaften des Probenkörpers erfassen können. Auch bestehen häufig Einschränkungen hinsichtlich einer räumlich aufgelösten Bestimmung der thermischen Eigenschaften.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen zuverlässig und effizient die Qualität von Probenkörpern, insbesondere in Bezug auf deren thermische Eigenschaften, beurteilt werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes von wenigstens einem Bereich eines Probenkörpers, das Verfahren aufweisend:

Bereitstellen wenigstens eines Probenkörpers;
Bestrahlen zumindest eines Oberflächenbereichs des Probenkörpers mit Einstrahlungslicht;
Messen von einer ersten Temperatur für jeweils jeden von einem oder mehreren Teilbereichen des Oberflächenbereichs; und
Ermitteln eines Qualitätskennwertes für jeden Teilbereich basierend auf der für den jeweiligen Teilbereich gemessenen ersten Temperatur und einer Referenztemperatur des Teilbereichs sowie der auf den jeweiligen Teilbereich einfallenden Lichtleistung des Einstrahlungslichtes, vorgeschlagen wird.

Der Erfindung liegt damit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass das Auswerten der lokalen, lichtinduzierten Wärmestromdichten für einzelne lokale Bereiche der Oberfläche eines Probenkörpers eine besonders zuverlässige und effiziente Möglichkeit bereitstellt, ein thermisches Qualitätsmaß eines Probenkörpers zu bestimmen.
Informationen zu den lokalen, lichtinduzierten Wärmestromdichten lassen sich wiederum anhand zumindest der lokal an den einzelnen Teilbereichen jeweils bestehenden Temperaturen und Referenztemperaturen unter Einbeziehung der einfallenden Lichtleistung ermitteln. Somit lässt sich ein thermisches Qualitätsmaß durch einfach durchführbare lokale Temperaturmessungen für die einzelnen Teilbereiche feststellen. Aufgrund der Aufteilung der Oberfläche in Teilbereiche erfolgt dies dabei sogar ortsaufgelöst. Da das Verfahren zudem berührungsfrei und somit ohne Zerstörung des Probenkörpers arbeitet, ist das Verfahren besonders effizient anwendbar.
Mit dem Verfahren lassen sich folglich insbesondere Veränderungen des Wärmeeintrags und/oder des Wärmetransports innerhalb des Probenkörpers von außen ortsaufgelöst feststellen. Dadurch kann für den Probenkörper ein ortsaufgelöstes thermisches Qualitätsmaß erfasst werden.
Dieses Qualitätsmaß kann beispielsweise auf thermische Hotspots, also Orte potenzieller oder tatsächlicher Überhitzung, hinweisen. Dadurch sind Anomalitäten im oder auf dem Probenkörper identifizierbar. Die Hotspots können dabei innerhalb lokal begrenzter Flächen- und/oder Volumenbereiche des Probenkörpers bestehen.
Besonders kritisch sind thermische Hotspots bei Lumineszenzkonverteranordnung, bei denen also Licht bestimmter Wellenlänge eingestrahlt und in der Frequenz umgesetztes Licht von der Anordnung wieder emittiert wird. Bei solchen Konverteranordnungen führen thermische Hotspots mit einsetzender Bestrahlung zu einer lokal übermäßigen und unerwünschten Erwärmung des Probenkörpers.
Solche Lumineszenzkonverteranordnungen bestehen zum Beispiel aus einem Konvertermaterial, welches mittels einer rückseitigen Lot- oder Klebeschicht auf einen Wärmspreizer aufgebracht ist. In der Anwendung kann das Konvertermaterial auf der Vorderseite mit Licht bestrahlt werden, welches von der Anordnung teilweise absorbiert wird, wodurch es zu einem Wärmeeintrag in die Anordnung kommt.
Bei Probenkörpern im Allgemeinen und bei optischen oder optoelektronischen Bauteilen, die aus mehreren Komponenten bestehen können, im Besonderen, kann eine lokale Überhitzung etwa durch schlechte Wärmeanbindung zweier Komponenten, aber auch durch eine erhöhte Wärmeerzeugung im Bauteil bedingt sein.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich damit besonders gut dafür, potenzielle „Hotspots“ des Probenkörpers, wie insbesondere eines optischen oder optoelektronischen Bauteils, zu erkennen, die während des regulären Betriebs des Probenkörpers zu einem thermisch induzierten Versagen des jeweiligen Bauteils oder Teilen davon führen können. Der Probenkörper kann dann daraufhin aussortiert oder repariert werden.
Das vorgeschlagene Verfahren basiert realiter darauf, die so genannte opto-thermische Impedanz (Einheit [K m²/Watt]), insbesondere vollständig oder zumindest einzelne der notwendigen Zwischenschritte davon, zu ermitteln. Diese Größe beschreibt die, insbesondere lokale, Temperaturerhöhung (Einheit [K]) der Oberfläche des Probenkörpers, welche diese erfährt, wenn sie mit einer vorgegebenen Bestrahlungsstärke (Einheit [Watt/m²]) bestrahlt wird.
Die opto-thermische Impedanz eines Bauteils, wie einem hier besprochenen Probenkörper, wird im Folgenden am Beispiel einer exemplarischen Lumineszenzkonverteranordnung näher beschrieben:

• Die opto-thermische Impedanz einer Konverteranordnung wird bestimmt durch die Wärmeerzeugung im Konverter, den Wärmetransport durch den Konverter und die thermische Anbindung des Konverters an die Wärmesenke.
- Die Wärmeerzeugung im Konverter ist proportional zur Absorption des eingestrahlten Anregungslichts, vermindert um die Emission des durch Lumineszenzkonversion erzeugten Lichts. Bei einem Konvertermaterial, das eine starke diffuse Rückstreuung des eingestrahlten Lichts aufweist, wird weniger Licht absorbiert und somit weniger Wärme erzeugt. Eine damit aufgebaute Lumineszenzkonverteranordnung hat eine geringere opto-thermische Impedanz als eine Anordnung mit einem schwach streuenden Konvertermaterial, wenn die sonstigen geometrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der Anordnung identisch sind.
- Der Wärmetransport durch den Konverter ist zu weiten Teilen bestimmt durch die Wärmeleitfähigkeit und die Dicke des Konvertermaterials. Eine Konverteranordnung mit einem dickeren Konvertermaterial zeigt eine höhere opto-thermische Impedanz als eine identische Anordnung mit einem dünnen Konvertermaterial. Eine Konverteranordnung mit einem Konvertermaterial mit schlecher Wärmeleitfähigkeit zeigt eine höhere optothermische Impedanz als eine identische Anordnung mit einem Konvertermaterial mit besserer Wärmeleitfähigkeit.
- Die thermische Anbindung des Konverters an die Wärmesenke ist durch das verwendete Material (z.B. Klebstoff oder Lot) aber auch durch thermische Widerstände der Grenzflächen bestimmt. Daher hat eine Anordnung mit aufgeklebtem Lumineszenzkonverter eine höhere opto-thermische Impedanz als eine Anordnung mit aufgelötetem Lumineszenzkonverter.
- Insbesondere diese Größen können lokale Inhomogenitäten aufweisen:
  - Beispielsweise kann die Wärmeerzeugung durch Defekte auf der Oberfläche oder im Volumen des Konvertermaterials lokal erhöht sein.

Beispielsweise kann auch die thermische Anbindung des Konverters an die Wärmesenke durch Blasen in der Klebe- oder Lotschicht gestört sein.
Die erste Temperatur und die Referenztemperatur ermöglichen es gerade, die relevante, durch die Bestrahlung erzeugte, Temperaturerhöhung zu quantifizieren und/oder zu qualifizieren. Dabei können die dafür notwendigen Temperaturen sehr einfach und zudem sehr schnell und dennoch zuverlässig gemessen werden. Beispielsweise lassen sich die ersten Temperaturen aller Teilbereiche in kurzer Zeit, beispielsweise in wenigen Sekunden oder sogar weniger als einer Sekunde, messen. Damit ist das Verfahren sehr effizient in seiner Durchführung. Es kann damit auch bei der Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung bevorzugt eingesetzt werden, da sehr viele Probenkörper in kurzer Zeit geprüft werden können. Beispielsweis können mehr als 60, mehr als 360, mehr als 720, mehr als 1800, oder sogar mehr als 3600 Probenkörper pro Stunde mit dem vorgeschlagenen Verfahren geprüft werden, mithin thermische Qualitätsmaße für die einzelnen Probenkörper festgestellt werden.
Damit kann die Charakterisierung eines Probenkörpers und die Beurteilung dessen Qualität besonders einfach und zuverlässig selbst in einer Massenproduktions-Umgebung durchgeführt werden.
Indem die Lichtleistung des Einstrahlungslichts berücksichtigt wird, muss dieses nicht homogen auf die Probe einfallen, sondern darf einen beliebigen räumlichen Verlauf haben. Die Oberfläche des Probenkörpers muss also nicht gleichmäßig ausgeleuchtet sein.
Die auf die einzelnen Teilbereiche entfallende Lichtleistung kann separat für eine konkrete Lichtquelle ermittelt werden. Diese kann beispielsweise aus dem Produkt der mittleren Bestrahlungsstärke [W/m²] und der Größe des Teilbereichs [m²] berechnet werden.
Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt es auch, eine Vielzahl unterschiedlicher Ursachen für eine drohende lokale Überhitzung während einer Prüfung zu erkennen. Damit ermöglicht es das Verfahren, einen zuverlässigen Indikator für schadhafte Probenkörper zu erhalten. Denn es kommt zumindest auf die ermittelten Temperaturen an. Alle Ursachen, die zu einer Temperaturänderung führen, wie ein veränderter Wärmestrom aufgrund einer Anomalität im Probenkörper, können somit mit dem Verfahren festgestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es aber, dass so nicht nur Anomalitäten erkannt werden können, die auf eine schlechte Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen sind, sondern auch solche, die auf eine erhöhte Absorption und damit auf einen erhöhten Wärmeeintrag zurückzuführen sind. Damit ist mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein sehr umfassendes thermisches Qualitätsmaß feststellbar.
Es sei besonders darauf hingewiesen, dass ein zumindest lokal bestehender abweichender Wärmefluss auch nicht zwingend eine Anomalität im Sinne einer Schadhaftigkeit darstellen muss. Es kann sich dabei auch um eine Materialeigenschaft des Probenkörpers handeln, sodass der Wärmefluss gleichermaßen als thermisches Qualitätsmaß feststellbar ist und damit Rückschlüsse auf die Materialeigenschaft ermöglicht.
Durch die bereichsweise Aufteilung der Temperaturmessung, kann die Temperaturänderung ortsaufgelöst festgestellt werden. Damit ist es besonders einfach möglich, eine Temperaturänderung einem konkreten körperlichen Bereich des Probenkörpers zuzuordnen. Auf diese Weise kann bei Kenntnis des Aufbaus des Probenkörpers besonders einfach die Ursache eines lokalen Hotspots auf Grundlage der durchgeführten Messungen ausfindig gemacht werden. Beispielsweise kann ein schlechter Wärmeübergang, ein Blaseneinschluss, und/oder ein Bereich erhöhter Absorption im Probenmaterial als Ursache gefunden werden.
Das vorgeschlagene Verfahren kann dabei sowohl auf homogene Probenkörper angewendet werden, wie auch auf Probenkörper, die Komposite oder geschichtete Materialien aufweisen oder darstellen. Auch Probenkörper mit thermischen Interface-Materialien sind dem vorgeschlagenen Verfahren problemlos zugänglich. Damit überwindet das vorgeschlagene Verfahren bestehende Limitierungen des Stands der Technik.
Damit muss nicht mehr die herkömmlicherweise häufig betrachtete Messgröße der thermischen Impedanz (insbesondere für ein transientes Verhalten) oder des thermischen Widerstands (insbesondere für ein stationäres Verhalten) herangezogen werden. Das ist sehr vorteilhaft, denn diese Messgröße hat sich als nicht besonders zuverlässig herausgestellt, da mit ihr die gesamte thermische Leistung bei einer eingetretenen Temperaturerhöhung betrachtet wurde. So wird dabei herkömmlicherweise der zu untersuchende Probenkörper mit einer warmen und einer kalten Kontaktfläche in Kontakt gebracht und die zwischen diesen Kontaktflächen gemessene Temperaturdifferenz dividiert durch den ebenfalls zu messenden Wärmestrom ergibt eine einzige thermische Impedanz für den untersuchten Probenkörper. Dies ist sehr aufwändig in seiner Durchführung und zudem noch ungenau und lässt keine weiteren differenzierten Rückschlüsse auf etwa Ort und Art einer Anomalität oder eines abweichenden Wärmeflusses zu.
Das vorgeschlagene Verfahren erfordert es insbesondere nicht, thermische Materialdaten wie die Wärmediffusion oder die Wärmeleitfähigkeit aus aufgezeichneten Messdaten zu extrahieren, wie es bei herkömmlichen Verfahren in der Thermografie teilweise notwendig ist. Stattdessen sind lediglich zumindest die sehr einfach und zuverlässig durchführbaren Temperaturmessungen sowie Kenndaten zur Lichtleistung notwendig.
Vorteilhafterweise ermöglicht es das vorgeschlagene Verfahren in einer Ausführungsform außerdem, die Qualität eines Probenkörpers in Bezug auf eine bestimmte Anwendung auch von weiteren Eigenschaften, die nicht auf thermische Eigenschaften beschränkt sein müssen, zu bestimmen. Bei Lumineszenkonvertern kann das zum Beispiel die diffuse Lichtreflexion oder die Licht-Konversionseffizienz sein, die gemeinsam mit den thermischen Eigenschaften die Bestrahlungsfestigkeit des Probenkörpers bestimmt.
In einer Ausführungsform umfasst ein Probenkörper optische, optoelektronische und/oder elektronische Bauteile. In einer Ausführungsform weist der Probenkörper alternativ oder ergänzend zumindest eine elektronische Baugruppe auf oder stellt diese dar. In einer Ausführungsform umfasst ein Probenkörper alternativ oder ergänzend mehrere Schichten aus zumindest teilweise unterschiedlichen Materialien.
Das Feststellen des thermischen Qualitätsmaßes kann manuell oder automatisiert erfolgen.
In einer Ausführungsform stellt das thermische Qualitätsmaß eine Wärmeverteilung innerhalb des Probenkörpers dar.
Das thermische Qualitätsmaß kann beispielsweise basierend auf den Qualitätskennwerten explizit festgestellt werden. Daher weist das Verfahren vorzugsweise auf: Feststellen des thermischen Qualitätsmaßes basierend auf den ermittelten Qualitätskennwerten. Das thermische Qualitätsmaß kann für den gesamten Probenkörper oder für einen Teil des Probenkörpers gelten. Beispielsweise kann die Feststellung des thermischen Qualitätsmaßes auf einen zentralen Bereich des Probenkörpers beschränkt werden.
Optional kann das Verfahren aufweisen: Charakterisieren und/oder Klassifizieren einer Anomalität oder einer thermischen Eigenschaft des Probenkörpers, insbesondere basierend auf den Qualitätskennwerten. Ein Charakterisieren kann beispielsweise aufweisen: Ermitteln einer räumlichen Ausdehnung der Anomalität, insbesondere innerhalb des Probenkörpers, und/oder basierend auf den Qualitätskennwerten. Ein Klassifizieren kann beispielsweise aufweisen: Ermitteln eines Typs der Anomalität und/oder Ermitteln eines Defekts des Probenkörpers. Das Klassifizieren kann vorzugsweise dann ferner aufweisen: Zuordnen von einem oder mehreren Elementen des realen Probenkörpers zu den Anomalitäts-Teilbereichen, und insbesondere Feststellen dieser Elemente als defekt. Beispielsweise kann die Zuordnung aufgrund räumlicher Nähe und/oder Wahrscheinlichkeitswerten erfolgen.
Ein Anomalitäts-Teilbereich ist dabei vorzugsweise ein solcher Teilbereich, für den ein Qualitätskennwert ermittelt wurde, der die Anwesenheit einer Anomalität für den Teilbereich anzeigt.
Wenn sich beispielsweise ein Anomalitäts-Teilbereich in räumlicher Nähe zu einem Bonding-Übergang befindet, kann die für einen solchen Teilbereich festgestellte Anomalität dem Bonding-Übergang zugeordnet werden. Eine solche Anomalität kann dann beispielsweise als Anomalität des Bonding-Übergangs klassifiziert werden.
Eine Temperatur, wie eine erste Temperatur oder Referenztemperatur, kann im Sinne der vorliegenden Anmeldung vorzugsweise ein absoluter Temperaturwert in Kelvin sein. Eine Temperatur kann alternativ oder ergänzend auch ein Maß sein für eine Temperatur. Optional kann das Maß, beispielsweise anhand von Referenztabellen und/oder Umrechnungsvorschriften, in einen absoluten Temperaturwert in Kelvin umgerechnet werden. Wenn die jeweilige Temperatur ein Maß für eine absolute Temperatur darstellt, kann die Temperatur auf vielfältige Weise ermittelt werden. Und zwar auch mit Mitteln, die originär keine Temperaturmessung ermöglichen. Ein Maß ist beispielsweise dann ausreichend, wenn es nicht auf absolute Temperaturwerte ankommt, sondern eine vergleichende Betrachtung mehrerer Maße erfolgt oder eine Auswertung darauf basiert. Ein Maß für eine Temperatur kann beispielsweise ein qualitatives Maß für eine Temperatur in Kelvin sein. Ein Maß für eine Temperatur kann beispielsweise auch eine Temperatur mit unbekanntem Offset sein. Eine solche eignet sich besonders für Vergleiche zwischen mehreren dieser Temperaturen.
Das Einstrahlungslicht kann mittels eines Lasers bereitgestellt werden. Der Austrittsbereich des Laserlichts ist vorzugsweise rund oder rechteckig. Beispielsweise tritt das Laserlicht aus einer Faser mit rundem oder rechteckigem Querschnitt aus. Beispielsweise kann das Einstrahlungslicht mittels einer Optik geformt und/oder in Richtung des Probenkörpers gerichtet werden. Die Optik kann wenigstens eine Sammellinse und/oder wenigstens eine Zerstreuungslinse aufweisen.
Damit kann das Einstrahlungslicht auf den Probenkörper, insbesondere den Oberflächenbereich, abgebildet werden. So lässt sich besonders zuverlässig ein großflächiger Leuchtfleck auf dem Probenkörper einstellen. Der Leuchtfleck kann vorzugsweise rund oder eckig, insbesondere rechteckig oder quadratisch, sein.
Das thermische Qualitätsmaß kann dabei für zumindest einen Bereich des Probenkörpers erfolgen und/oder für mehrere Bereiche des Probenkörpers jeweils individuell. Beispielsweise können dazu die Qualitätskennwerte der auf die einzelnen Bereiche entfallenden Teilbereiche herangezogen werden. Durch das Feststellen des Qualitätsmaßes kann eine Anomalie festgestellt und/oder lokalisiert werden.
Das Einstrahlungslicht weist bevorzugt eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im Anwendungsbereich des Probenkörpers, insbesondere des optischen Bauteils, auf.
In einer Ausführungsform kann das Licht Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereichs aufweisen, vorzugsweise des blauen Spektralbereichs. Das Licht kann alternativ oder ergänzend auch Wellenlängen aus dem nicht-sichtbaren Spektralbereich aufweisen, wie aus dem UV-Spektralbereich, aus dem Röntgen-Spektralbereich und/oder aus dem IR-Bereich.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass (i) der Probenkörper Glas, Glaskeramik, Phosphor in Glas (PIG) und/oder Keramik aufweist oder daraus besteht;
und/oder

(ii) der Probenkörper zumindest eine Lumineszenzkonverteranordnung oder Teile davon aufweist oder darstellt,

Beispielsweise umfasst der Probenkörper einen Teil, der einer Bestrahlungsstärke ausgesetzt wird und einer Basis für dieses Teil, typischerweise einen Lumineszenzkonverter und einen Wärmespreizer.
Der gesamte Probenkörper kann transparent sein (bei transmissiven Anwendungen) oder nichttransmissiv (bei remissiven Anwendungen). Generell kann sich der transmissive Aufbau vom remissiven Aufbau dadurch unterscheiden, dass bei Ersterem einige oder alle Komponenten transparent sind. Daher ist bei solchen Probenkörper dementsprechend in allen oder einigen Teilen kein metallisches Lot sowie keine Ag-Schicht oder dergleichen enthalten. Außerdem ist die Haftschicht zwischen Lumineszenzkonverter und Wärmespreizer ebenfalls zumindest bereichsweise transparent. Es können Epoxy- oder Silikonkleber eingesetzt sein.
Beispiel für einen exemplarischen remissiven Aufbau eines Probenkörpers von der Lichteinfallseite aus gesehen:

1. optional: eine oder mehrere optische Beschichtungen, beispielsweise eine Antireflex (AR)-Schicht und/oder eine optisch glättende Schicht
2. zwingend: Lumineszenzkonverter, bevorzugt keramischer Konverter (monolithisch und polykristallin), alternativ: Phosphor in Glass (PIG), Phosphor in Ceramic (PIC)
3. optional: eine oder mehrere optische Schichten (z. B. eine Ag-Schicht oder andere HR-Schichten, und/oder optisch glättende Schichten), bevorzugt Ag-Schicht
4. Verbindende Schicht: metallisches Lot, Lotglas und/oder gefüllte oder ungefüllte Klebstoffe (Schichtdicke von 5 bis 70 µm, bevorzugt 10 bis 60 µm, mehr bevorzugt 15 bis 50 µm und besonders bevorzugt 20 bis 50 µm).
5. Wärmesenke (kann in bestimmten Ausführungsformen ausreichend reflektierend sein, so dass auf HR-Schicht ggf. verzichtet werden kann, dann muss aber die verbindende Schicht zwingend transparent sein)

Beispiel für einen exemplarischen transmissiven Aufbau eines Probenkörpers von der Lichteinfallseite aus gesehen:

1. optional: eine oder mehrere optische Beschichtungen, beispielsweise eine Antireflex (AR)-Schicht und/oder eine optisch glättende Schicht 2. zwingend: Lumineszenzkonverter, bevorzugt keramischer Konverter (monolithisch und polykristallin), alternativ: Phosphor in Glass (PIG), Phosphor in Ceramic (PIC), Gebundene Phosphorpulver-Schicht, Einkristalliner Konverter,
3. Verbindende Schicht: zwingend transparent, Kleber, Lotglas, bei seitlicher Fixierung auch nicht-transparente Befestigungsmittel möglich
4. transparente Wärmesenke, z. B. Saphir oder nichttransparente (z.B. metallische) Wärmesenke am Rand des transparenten Bereichs.

Gerade für Probenkörper in Gestalt von Lumineszenzkonverteranordnungen ist das Verfahren besonders ausgezeichnet geeignet. Solche Anordnungen dienen dazu, eingestrahltes Licht (etwa blaues Licht) mittels Photolumineszenz in andere Wellenlängenbereiche (etwa gelbes und/oder grünes Licht) umzuwandeln. Solche Anordnungen werden beispielsweise in laserangeregten Lumineszenzlichtquellen eingesetzt. Bei solchen Anordnungen kann mit dem Verfahren folglich ein unerwartetes Versagen der Anordnung und damit der Lichtquelle frühzeitig erkannt und dadurch vermieden werden.
Das Verfahren lässt sich besonders gut im Bereich der Lumineszenzlichtquellen und/oder der Herstellung von Teilen davon anwenden.
Eine Lumineszenzkonverteranordnung weist in einer Ausführungsform eine Absorption des Einstrahlungslichtes von 30 % oder mehr, vorzugsweise von 50 % oder mehr, auf.
Eine Lumineszenzkonverteranordnung weist vorzugsweise ein Keramiksubstrat auf, das an einen Wärmespreizer gebunden ist. Eine Lumineszenzkonverteranordnung weist in einer Ausführungsform entlang der Stapelrichtung, insbesondere unmittelbar aufeinanderfolgend, auf: Ein Keramiksubstrat, eine, insbesondere rückseitige, Beschichtung des Keramiksubstrats, eine Verbindungsschicht, z.B. Lotschicht und/oder Kleber (optional gefüllter Kleber), und/oder einen Wärmespreizer. Optional weist das Keramiksubstrat auf der der, insbesondere rückseitigen, Beschichtung abgewandten Hauptseite, insbesondere der Vorderseite, eine Antireflexbeschichtung auf. Die rückseitige Beschichtung kann eine Silberbeschichtung sein, also Silber enthalten.
Die Lumineszenzkonverteranordnung kann weitere Schichten mit optischer und/oder thermischer und/oder mechanischer Funktion enthalten, wie z.B. Silber-Spiegelschichten, Gold-Spiegelschichten, dielektrische Schichten, Glättungsschichten und/oder Schichten zur Verbesserung der Haftung.
In einer Ausführungsform weist die Lumineszenzkonverteranordnung auf beiden Seiten des Keramiksubstrats eine oder mehrere optische Beschichtungen auf, beispielsweise Antireflex-Schichten, dichroitische Schichten, und/oder HR-Schichten (hochreflektive Schichten).
Vorzugsweise ist die Hauptseite die flächenmäßig größte Seitenfläche des Keramiksubstrats. Das Keramiksubstrat kann eine oder mehrere, insbesondere zwei, Hauptseiten aufweisen.
Die Lotschicht weist vorzugsweise eine Dicke von (a) mindestens 5 µm, vorzugsweise mindestens 15 µm, vorzugsweise mindestens 20 µm, (b) höchstens 100 µm, vorzugsweise höchstens 50 µm, vorzugsweise höchstens 40 µm, vorzugsweise höchstens 35 µm, und/oder (c) zwischen 5 µm und 100 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und 60 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und 55 µm, vorzugsweise zwischen 25 µm und 35 µm, auf.
Die Beschichtung weist vorzugsweise eine Dicke von (a) mindestens 0,1 µm, vorzugsweise mindestens 1 µm, vorzugsweise mindestens 5 µm, vorzugsweise mindestens 8 µm, (b) höchstens 30 µm, vorzugsweise höchstens 20 µm, vorzugsweise höchstens 15 µm, vorzugsweise höchstens 10 µm, und/oder (c) zwischen 0,1 µm und 30 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 20 µm, vorzugsweise zwischen 5 µm und 15 µm, vorzugsweise zwischen 8 µm und 12 µm, auf.
Der Probenkörper, insbesondere die Lumineszenzkonverteranordnung, kann transparenten Kleber aufweisen. Außerdem können Heatsinks in Form eines Reflektors vorgesehen sein. Zumindest einige der Einzelteile eines Probenkörpers können miteinander verklebt sein.
Bei Lumineszenzkonverteranordnungen kann eine Überhitzung etwa durch schlechte Wärmeableitung und/oder Wärmeanbindung des Konvertermaterials (also etwa des Keramiksubstrats) an den Wärmespreizer (d.h. durch eine schlechte thermische Impedanz), aber auch durch eine erhöhte Wärmeerzeugung (d.h. durch eine verringerte Lichtkonversion) im Bauteil bedingt sein. Im praktischen Einsatz sind beide Faktoren hoch relevant. Daher können diese auch unter dem Begriff der opto-thermischen Impedanz gemeinsam adressiert werden. Die opto-thermische Impedanz beschreibt dabei die kombinierte Wirkung beider Faktoren. So kann ein thermischer Hotspot beispielsweise dadurch bedingt sein, dass a) die Wärmeableitung innerhalb des Probenkörpers gestört ist, dass b) die Lichtabsorption innerhalb des Probenkörpers oder auf der Oberfläche des Probenkörpers lokal erhöht ist, dass c) die Lichtkonversion innerhalb des Probenkörpers lokal gestört ist. In allen Fällen kann die Funktionalität des Probenkörpers dann beeinträchtigt sein, da es zu einer lokalen Wärmeentwicklung im Probenkörper kommt, welche letztendlich sogar zu dessen Zerstörung führen kann. All diese unterschiedlichen Ursachen eines thermischen Hotspots lassen sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren erkennen, auch bei Kombinationen dieser Ursachen. Dies stellt damit einen Vorteil gegenüber der herkömmlichen Thermografie dar, mit welcher allenfalls die unter a) genannte Ursache der gestörten Wärmeableitung erkennbar ist.
Damit kann das Verfahren bevorzugt dazu eingesetzt werden, die opto-thermische Impedanz einer Lumineszenzkonverteranordnungen ortsaufgelöst zu bestimmen. Diese Größe wurde nämlich insoweit als eine äußerst zuverlässige Größe festgestellt, mit der die Eignung eines Bauteils für den Einsatz in einer laserangeregten Lichtquelle bewertet werden kann.
Bei bekannter opto-thermischer Impedanz kann dann sehr vorteilhaft die maximale Bestrahlungsstärke abgeschätzt werden, mit der die Lumineszenzkonverteranordnungen höchstens belastet werden darf.
Ferner ist es optional sogar möglich, die optischen und thermischen Beiträge zur optothermische Impedanz zu separieren, sofern dies beispielsweise für die nähere Feststellung des Qualitätsmaßes und/oder zur Charakterisierung und/oder Klassifizierung einer Anomalität von besonderem Interesse ist.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere für die Charakterisierung von sogenannten statischen Lumineszenzkonverteranordnungen (gelegentlich auch nur statische Konverter genannt). Das sind insbesondere keramische Lumineszenzkonverteranordnungen aus mit Cer dotierten YAG- oder LuAG-Keramiksubstrate (gelegentlich auch als Keramikplättchen bezeichnet).
Diese beispielsweise 60 µm bis 225 µm dicken Plättchen sind optional rückseitig zumindest bereichsweise mit einer Silberschicht beschichtet und sind vorzugsweise auf einem Wärmespreizer aus beispielsweise Kupfer angeordnet, vor allem etwa aufgelötet, aber auch geklebt.
Der Lumineszenzkonverter umfasst vorzugsweise mindestens ein Lumineszenzmaterial, welches in der Lage ist einfallendes Licht einer bestimmten Wellenlänge zumindest teilweise in Licht einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Hierbei handelt es sich insbesondre um Nitride und/oder Granate, welche mindestens ein aktivierendes Element umfasst, beispielsweise Europium und/oder Cer. Vorteilhaft kann es sich um keramische Lumineszenzmaterialien (nachfolgend auch Optokeramiken genannt) oder Lumineszenzmaterialien, bei denen Leuchtstoffpartikel („Phosphor“) in einer anorganischen Matrix eingebettet sind, bevorzugt „Phosphor in Glass“ (PIG), „Phosphor in Ceramic“ (PIC) oder „Phosphor in Inorganic“ (PII), bevorzugt um keramische Lumineszenzmaterialien handeln.
Entsprechende vorteilhafte Materialien bzw. Lumineszenzkonverter sind beispielsweise in DE 10 2013 100 832 A1 , DE 10 2013 100 821 A1 und DE 10 2012 005 654 A1 beschrieben. Vorteilhaft handelt es sich bei der Lumineszenzkonverteranordnung um eine statische Konverteranordnung oder um eine dynamische Konverteranordnung (im Folgenden auch Phosphorwheel genannt). Die Lumineszenzkonverteranordnung kann transmissiv oder remissiv betrieben werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt der Betrieb der Lumineszenzkonverteranordnung in Remission.
Ein Wärmespreizer kann beispielsweise ein Mittel, insbesondere ein mechanisches Mittel, darstellen und/oder aufweisen, das einen Wärmefluss zwischen zwei Elementen, die jeweils mit dem Mittel wärmeleitend verbunden sind, fördert und/oder bewirkt.
Ein Wärmespreizer kann für das Einstrahlungslicht transparent oder nicht-transparent sein. Insbesondere in remissiven Anwendungen kann ein metall- und/oder keramikhaltiger Wärmespreitzer vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Wärmespreizer Cu, Aluminium, Saphir, Keramik, Glaskeramik, Glas und/oder ein Kunststoff als Material aufweisen. Beispielsweise kann auch ein Cu-Keramik-Sandwich als Wärmespreizer vorgesehen sein. Der Wärmespreizer kann (bei statischen Konvertern) ein fest montierbarer Körper oder (bei Phosphorwheels) ein in der Anwendung beweglicher, z.B. rotierender, Körper sein, dessen optothermische Impedanz aber vorzugsweise auch in ruhendem Zustand vermessen werden kann.
Diese Konverter werden vorzugsweise in laserangeregten Lumineszenzlichtquellen eingesetzt, wo sie mit blauem Licht bestrahlt werden. Ein Teil der eingestrahlten blauen Lichtleistung wird durch Photolumineszenz beispielsweise in gelbes und/oder grünes Licht umgewandelt. Ein weiterer Teil wird in Wärme umgewandelt, die über den Wärmespreizer abgeleitet wird. Der Wärmespreizer wiederum ist vorzugsweise auf einer Wärmesenke montiert, um die zugeführte Wärme seinerseits wieder abführen zu können.
Genauer gesagt fällt dabei, insbesondere in einer Ausführungsform, (blaues) Licht auf die Oberfläche des Keramiksubstrats. Ein geringer Anteil des Lichtes wird reflektiert, aber ein Hauptteil davon dringt in das Substrat ein. Ein Teil des Hauptteils wird diffus reflektiert und ein anderer Teil absorbiert. Ein Teil des absorbierten Lichts (bzw. dessen Leistung) wird in ausgestrahltes Lumineszenzlicht umgewandelt und ein anderer Teil erzeugt Wärme im Substratmaterial.
Das meiste dieser Wärme entsteht typischerweise in einem Volumen des Konverters unterhalb des Anregungsflecks des Einstrahlungslichtes. Das einfallende (zum Beispiel blaue) Licht kann aber auch im Übergangsbereich zum Wärmespreizer absorbiert werden und dort Wärme erzeugen.
Die Wärme wird dann vorzugsweise zu einer Wärmesenke geführt, beispielsweise über den Wärmespreizer. Zwischen der Wärmesenke und dem Wärmespreizer kann beispielsweise eine Wärmeleitpaste und/oder Wärmeleitpads vorgesehen sein. Ein Wärmetransfer per Wärmeabstrahlung oder Wärmekonvektion infolge einer Kühlung der Oberfläche wird hierbei vernachlässigt.
Vorzugsweise weist der Probenkörper eine Lumineszenzkonverteranordnungen in Gestalt einer statischen Lumineszenzkonverteranordnung auf.
Allerdings ist das Verfahren nicht auf statische Konverter beschränkt. Auch auf sogenannte dynamische Konverter kann das Verfahren gleichermaßen angewendet werden. Unter einem dynamischen Konverter wird beispielsweise eine Konverteranordnung verstanden, bei der das Konvertermaterial relativ zum Einstrahlungslicht bewegt wird. Das geschieht etwa bei sogenannten Phosphorwheels, wo beispielsweise ein ringförmiger Konverter auf eine verspiegelte, rotierende Metallscheibe aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, ist. In diesem Fall kann die Umgebungsluft vorteilhafterweise als Wärmesenke angesehen werden, die trotz der schlechten Wärmeleitfähigkeit wegen der großen Oberfläche des Phosphorwheels zu einer guten Wärmeableitung aus dem Phosphorwheel in der Lage ist.
Bei Probenkörpern, insbesondere in Gestalt von Lumineszenzkonverteranordnungen, wie statische Konverter, können mit dem vorgeschlagenen Verfahren verschiedene Arten von lokalen Überhitzungen festgestellt werden. Beispielsweise solche, die durch schlechte thermische Kontaktwiderstände zwischen Konverter und Wärmespreizer hervorgerufen werden. Aber auch solche, die durch eine lokal schlechte Wärmeleitfähigkeit oder durch eine erhöhte Absorption des Einstrahlungslichts hervorgerufen werden. Herkömmliche Verfahren ermöglichen es nicht, die Überhitzungsursache mit einer einfachen Messung zu bewerten.
Die Hauptseiten des Keramiksubstrats haben beispielsweise zumindest eine Kantenlänge von zwischen 0,5 mm und 50 mm, vorzugsweise von zwischen 0,5 mm und 40 mm, vorzugsweise von zwischen 2 mm und 30 mm, vorzugsweise von zwischen 2 mm und 20 mm, vorzugsweise von zwischen 2 mm und 10 mm, vorzugsweise von zwischen 2 mm und 7 mm, vorzugsweise von zwischen 3 mm und 5 mm.
Die Hauptseiten des Keramiksubstrats haben beispielsweise zumindest eine Kantenlänge von wenigstens 0,5 mm, vorzugsweise wenigstens 1 mm, vorzugsweise wenigstens 2 mm, vorzugsweise wenigstens 5 mm, vorzugsweise wenigstens 7 mm, vorzugsweise wenigstens 10 mm, vorzugsweise wenigstens 15 mm, vorzugsweise wenigstens 20 mm, vorzugsweise wenigstens 25 mm, vorzugsweise wenigstens 30 mm, vorzugsweise wenigstens 40 mm, vorzugsweise wenigstens 50 mm, vorzugsweise wenigstens 60 mm, vorzugsweise wenigstens 70 mm, vorzugsweise wenigstens 80 mm.
Die Hauptseiten des Keramiksubstrats haben alternativ oder ergänzend beispielsweise zumindest eine Kantenlänge von maximal 100 mm, vorzugsweise maximal 90 mm, vorzugsweise maximal 80 mm, vorzugsweise maximal 70 mm, vorzugsweise maximal 60 mm, vorzugsweise maximal 50 mm, vorzugsweise maximal 40 mm, vorzugsweise maximal 30 mm, vorzugsweise maximal 20 mm, vorzugsweise maximal 10 mm, vorzugsweise maximal 7 mm, vorzugsweise maximal 5 mm, vorzugsweise maximal 4 mm, vorzugsweise maximal 3 mm, vorzugsweise maximal 1 mm.
Das Keramiksubstrat weist vorzugsweise quadratische oder rechteckige Hauptseiten auf.
Die Hauptseiten des Wärmespreizers haben beispielsweise zumindest eine Kantenlänge von zwischen 1 mm und 100 mm, vorzugsweise von zwischen 5 mm und 80 mm, vorzugsweise von zwischen 15 mm und 60 mm, vorzugsweise von zwischen 15 mm und 50 mm, vorzugsweise von zwischen 15 mm und 450 mm, vorzugsweise von zwischen 20 mm und 40 mm,
Die Hauptseiten des Wärmespreizers haben beispielsweise zumindest eine Kantenlänge von wenigstens 1 mm, vorzugsweise wenigstens 10 mm, vorzugsweise wenigstens 20 mm, vorzugsweise wenigstens 30 mm, vorzugsweise wenigstens 40 mm, vorzugsweise wenigstens 50 mm, vorzugsweise wenigstens 60 mm, vorzugsweise wenigstens 70 mm, vorzugsweise wenigstens 80 mm.
Die Hauptseiten des Wärmespreizers haben alternativ oder ergänzend beispielsweise zumindest eine Kantenlänge von maximal 100 mm, vorzugsweise maximal 90 mm, vorzugsweise maximal 80 mm, vorzugsweise maximal 70 mm, vorzugsweise maximal 60 mm, vorzugsweise maximal 50 mm, vorzugsweise maximal 40 mm, vorzugsweise maximal 30 mm, vorzugsweise maximal 20 mm, vorzugsweise maximal 10 mm, vorzugsweise maximal 7 mm, vorzugsweise maximal 5 mm, vorzugsweise maximal 4 mm, vorzugsweise maximal 3 mm, vorzugsweise maximal 2 mm.
Der Wärmespreizer kann eine Dicke von zwischen 2 mm und 30 mm aufweisen, vorzugsweise von zwischen 2 mm und 10 mm. Beispielsweise kann die Dicke 3,2 mm oder 4 mm betragen.
Das Wärmespreizer weist vorzugsweise quadratische oder rechteckige Hauptseiten auf. Vorzugsweise ist die Hauptseite die flächenmäßig größte Seitenfläche des Wärmespreizers. Der Wärmespreizer kann eine oder mehrere, insbesondere zwei, Hauptseiten aufweisen.
Der Wärmespreizer kann in einer Ausführungsform rund sein. Dann kann er einen Durchmesser von beispielsweise zwischen 2 mm und 30 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 15 mm, aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann er dann eine Dicke von beispielsweise zwischen 0,5 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 4 mm, aufweisen.
Der Wärmespreizer kann in einer Ausführungsform ein Wheel aus Aluminium oder Keramik sein. In diesem Fall kann er einen Durchmesser von beispielsweise zwischen 20 mm und 200 mm, vorzugsweise zwischen 25 mm und 120 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 100 mm aufweisen.
Wenn in der vorliegenden Anmeldung ein Wertebereich mit „zwischen X und Y“ angegeben, wird, so sind in bevorzugten Ausführungsformen die Randwerte X und Y von dem Wertebereich mit umfasst. Mit anderen Worten, der Wertebereich schließt dann die Grenzen mit ein.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass (i) das Keramiksubstrat eine Dicke von (a) mindestens 30 µm, vorzugsweise mindestens 80 µm, vorzugsweise mindestens 100 µm, (b) höchstens 400 µm, vorzugsweise höchstens 300 µm, vorzugsweise höchstens 250 µm, vorzugsweise höchstens 225 µm, vorzugsweise höchstens 200 µm, und/oder (c) zwischen 30 µm und 400 µm, vorzugsweise zwischen 60 µm und 300 µm, vorzugsweise zwischen 80 µm und 225 µm, aufweist;

(ii) das Keramiksubstrat zumindest auf einer Hauptseite zumindest bereichsweise beschichtet ist, insbesondere mit einer Silberbeschichtung;

(iii) das Keramiksubstrat, insbesondere mit der beschichteten Seite, auf dem Wärmespreizer angeordnet, insbesondere auf diesem aufgelötet, ist, vorzugsweise unter Ausbildung einer Lotschicht zwischen Wärmespreizer und Keramiksubstrat.

Die Lotschicht stellt vorzugsweise eine mechanische und thermische Verbindung zwischen dem Wärmespreizer und dem (ggf. beschichteten) Keramiksubstrat her.
Optional ist die Silberschicht vollflächig auf dem Keramiksubstrat aufgebracht. Optional ist die Lotschicht vollflächig auf der beschichteten Hauptseite des Keramiksubstrats aufgebracht.
Alternativ zu einer Lotschicht kann auch ein anderes Verbindungsmittel zwischen Keramiksubstrat und Wärmespreizer vorgesehen sein, um beide miteinander zu befestigen. Beispielsweise kann eine Klebschicht vorgesehen sein.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass zumindest basierend auf den für die einzelnen Teilbereiche ermittelten Qualitätskennwerten (a) die opto-thermische Impedanz dieser Teilbereiche ermittelt wird oder diese durch die Qualitätskennwerte dargestellt ist, (b) eine Eigenschaft des Probenkörpers als thermisches Qualitätsmaß festgestellt wird, und/oder (c) lokale Anomalitäten des Probenkörpers, wie beispielsweise thermische Hotspots des Probenkörpers, als thermisches Qualitätsmaß festgestellt werden.
Gerade für statische Konverter sind thermische Hotspots besonders kritisch, so dass das Feststellen von deren Bestehen besonders bevorzugt ist.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner aufweist:

Messen und/oder Ermitteln von einer zweiten Temperatur für jeweils jeden der Teilbereiche, für die eine erste Temperatur gemessen wurde,

Indem die zweite Temperatur der vorzugsweise nicht-bestrahlten Probe gemessen wird, kann besonders zuverlässig ein Maß für die Temperaturerhöhung bei Bestrahlung erhalten werden, indem die Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Temperatur eingesetzt wird.
Die zweite Temperatur kann vorzugsweise unabhängig von der ersten Temperatur gemessen werden. Dadurch ist das Verfahren besonders flexibel und effizient einsetzbar.
Es ist sogar vorteilhaft möglich, die gleichen zweiten Temperaturen für mehrere Probenkörper als Referenztemperaturen zu verwenden. Damit kann der Aufwand des Verfahrens reduziert und seine Effizienz gesteigert werden. Beispielsweise können die thermischen Qualitätsmaße der innerhalb eines bestimmten Zeitraums betrachteten Probenkörper mit denselben zweiten Temperaturen festgestellt werden.
Vorzugsweise stellt sowohl die erste als auch die zweite Temperatur jeweils entweder einen absoluten Temperaturwert in Kelvin oder ein, insbesondere qualitatives oder quantitatives, Maß für eine Temperatur dar.
Ein absoluter Temperaturwert in Kelvin ist beispielsweise 300 K. Ein qualitatives Maß für eine Temperatur ist beispielsweise ein Wert auf einer Skala, etwa zwischen 1 (kalt) und 10 (heiß), wobei der Wert beispielsweise 3 sein kann. Ein Maß für eine Temperatur auf dieser Skala mit „8“ würde dann den Schluss erlauben, dass der Ort, für den das Maß „8“ ermittelt wurde wärmer ist als der Ort, für den das Maß „3“ ermittelt wurde.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die ersten Temperaturen der einzelnen Teilbereiche zu jeweils einem, vorzugsweise gemeinsamen, ersten Zeitpunkt gemessen werden,
wobei vorzugsweise der erste Zeitpunkt nach dem Beginn, während und/oder vor dem Ende des Bestrahlens des Oberflächenbereichs des Probenkörpers mit dem Einstrahlungslicht liegt, insbesondere (a) mindestens 0,01 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,03 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,05 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,07 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 2 Sekunden, vorzugsweise mindestens 3 Sekunden, vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, (b) maximal 10 Sekunden, vorzugsweise maximal 7 Sekunden, vorzugsweise maximal 5 Sekunden, vorzugsweise maximal 3 Sekunden, vorzugsweise maximal 1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,7 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,5 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,3 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,07 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,05 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,03 Sekunden, und/oder (c) zwischen 0,01 Sekunden und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunde und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunden und 1 Sekunde, nach dem Beginn und/oder vor dem Ende liegt.
Es wurde insoweit überraschend erkannt, dass bei Probenkörpern mit unterschiedlichen Komponenten diese jeweils unterschiedliche thermischen Wärmekapazitäten und/oder Wärmeleitfähigkeiten aufweisen können und ausgehend davon mit dem Verfahren besonders zuverlässige Erkenntnis-Ableitungen möglich sind. So benötigen die einzelnen Komponenten unterschiedliche Zeiten zum Aufheizen, während das Einstrahlungslicht eingestrahlt wird.
So kann beispielsweise in einer groben Näherung der Konverter als einen an eine Wärmesenke angebundenen Körper mit homogenem Wärmeeintrag betrachtet werden. Der initiale Temperaturanstieg kann dann durch ΔT/Δt = P / Q abgeschätzt werden. Die typische Zeitkonstante bis zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur ist Δt = d² / a. Diese ist typischerweise in wenigen Millisekunden erreicht. Wenn der Wärmespreizer nicht an eine Wärmesenke angebunden ist, heizt er sich nur langsam gemäß ΔT/Δt = P / Q auf. Da die Wärmekapazität eines exemplarischen Wärmespreizers um etwa das 800-fache höher ist, als die eines typischen Konverters, sind die Aufheizregime beider Komponenten sehr gut voneinander unterschieden und dadurch auch voneinander separiert werden. Dies zeigen auch die später vorgestellten thermischen Kenndaten von exemplarischen Konvertern und Wärmespreizern.
Wenn daher der erste Zeitpunkt nach dem Beginn des Bestrahlens des Oberflächenbereichs liegt, kann durch entsprechende Wahl des Zeitversatzes zwischen dem Beginn des Bestrahlens und dem Zeitpunkt, zu dem die erste Temperatur gemessen wird, die Betrachtung auf für die Beurteilung des thermischen Qualitätsmaßes relevante Komponenten eingeschränkt werden. Wenn der erste Zeitpunkt vorzugsweise so gewählt wird, dass er kurz nach dem Beginn des Bestrahlens liegt (oder alternativ entsprechend kurz vor dem Ende des Bestrahlens liegt), wobei sich ein Wert von zwischen 0,01 Sekunden und 10 Sekunden hierbei als besonders bevorzugt herausgestellt hat, eignet sich das Verfahren besonders gut für das Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes gerade von Konverteranordnungen, wie statischen Konvertern.
Grund dafür sind bei beispielhaften Anordnungen die unterschiedlichen Wärmekapazitäten des dünnen Konverterchips (also des Keramiksubstrats) und des großen Wärmespreizers (beispielsweise aus Kupfer). Thermische Modellierung für beispielhafte Konverteranordnungen zeigen, dass das Aufheizen des Keramiksubstrats auf einer Zeitskala ablaufen kann, die bis zu drei oder vier Größenordnungen kleiner ist, als die für das Aufheizen des Wärmespreizers maßgebliche Zeitskala. Beispielsweise kann sich bei Einstrahlung von Einstrahlungslicht das Keramiksubstrat bereits in wenigen Milisekunden bis Subsekunden aufheizen, während der Kupfer-Wärmespreizer dafür mehrere Sekunden benötigt. Bei vergleichsweiser schlechter Anbindung des Wärmespreizers (beispielsweise aus Kupfer) an die als Wärmesenke fungierende Probenhalterung kann es sogar zu einem stetigen Temperaturanstieg über noch größere Zeiträume kommen. Das vorgeschlagene Verfahren ist jedoch gerade auch dadurch ausgezeichnet, dass eine gute Bestimmung der thermischen Maßzahl, z.B. der opto-thermischen Impedanz, auch in solchen an sich eher ungünstigen Konstellationen immer noch möglich ist.
Diese Umstände können besonders gut bei der Messung von statischen Konvertern ausgenutzt werden. Denn die thermischen Zeitkonstanten von Konverter inklusive Verbindungsschicht unterscheiden sich deutlich von der des Wärmespreizers.
Mit anderen Worten: Wird die opto-thermische Impedanz einer statischen Konverteranordnungen durch Messung der Temperaturerhöhung (Delta T [K]) bei einer bestimmten Bestrahlungsstärke (E [W/mm²]) gemessen und/oder bestimmt, so ergibt sich eine zeitabhängige Kurve, die bei eine Messdauer von einigen Sekunden typischerweise einen Temperaturanstieg auf zwei Zeitskalen zeigt: Direkt nach dem Einschalten des Laser-Einstrahlungslichts steigt die auf der Probenoberfläche gemessene Temperatur schlagartig an (beispielswiese um 5-6 K innerhalb von 0,1 Sekunden). Anschließend ist der Temperaturanstieg nach wie vor vorhanden, aber deutlich verlangsamt.
Vorzugsweise werden alle ersten Temperaturen zu demselben ersten Zeitpunkt gemessen. Dann bestehen alle zu diesem ersten Zeitpunkt gemessenen ersten Temperaturen unter gleichen Bedingungen des Probenkörpers. Dies ermöglicht besonders zuverlässige Aussagen zu den einzelnen Qualitätskennwerten und damit zum thermischen Qualitätsmaß.
Der erste Zeitpunkt liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,3 Sekunden, insbesondere zwischen 0,03 Sekunden und 0,3 Sekunden, insbesondere zwischen 0,05 Sekunden und 0,3 Sekunden, nach dem Beginn.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die zweiten Temperaturen der einzelnen Teilbereiche zu jeweils einem, vorzugsweise gemeinsamen, zweiten Zeitpunkt gemessen werden,
wobei vorzugsweise der zweite Zeitpunkt vor dem Beginn und/oder nach dem Ende des Bestrahlens des Oberflächenbereichs des Probenkörpers mit dem Einstrahlungslicht liegt, insbesondere (a) mindestens 0,01 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,03 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,5 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 2 Sekunden, vorzugsweise mindestens 3 Sekunden, vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, (b) maximal 10 Sekunden, vorzugsweise maximal 7 Sekunden, vorzugsweise maximal 5 Sekunden, vorzugsweise maximal 3 Sekunden, vorzugsweise maximal 1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,5 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,05 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,03 Sekunden, und/oder (c) zwischen 0,01 Sekunden und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunde und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunden und 5 Sekunden, vor dem Beginn und/oder nach dem Ende liegt.
Indem vorzugsweise der zweite Zeitpunkt vor dem Beginn des Bestrahlens liegt und der erste Zeitpunkt sehr kurz nach dem Beginn, also etwa zwischen 0,01 und 10 Sekunden nach dem Beginn, gewählt wird, kann für Probenkörper, wie insbesondere Konverteranordnungen, wie statischen Konverteranordnungen, der Einfluss des Wärmespreizers besonders einfach und zuverlässig eliminiert und die Betrachtung auf das Keramiksubstrat, einschließlich Verbindungsschichten, beschränkt werden. Mit anderen Worten, es kann damit die thermische bzw. opto-thermische Impedanz von Keramiksubstrat und Verbindungsschicht (insbesondere Silberbeschichtung und/oder Lotschicht) leicht aus der Impedanzkurve des Gesamtsystems extrahiert werden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Einfluss des Wärmespreizers bei einem solchen System somit sehr einfach und zuverlässig eliminiert werden kann und es nicht notwendig ist, den Wärmespreizer aufwändig an eine Wärmesenke anzubinden.
Vorzugsweise werden alle zweiten Temperaturen zu demselben zweiten Zeitpunkt gemessen. Dann bestehen alle zu diesem zweiten Zeitpunkt gemessenen zweiten Temperaturen unter gleichen Bedingungen des Probenkörpers. Dies ermöglicht besonders zuverlässige Aussagen zu den einzelnen Qualitätskennwerten und damit zum thermischen Qualitätsmaß.
Der zweite Zeitpunkt liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,3 Sekunden, insbesondere zwischen 0,03 Sekunden und 0,3 Sekunden, insbesondere zwischen 0,05 Sekunden und 0,3 Sekunden, vor dem Beginn des Bestrahlens des Oberflächenbereichs des Probenkörpers mit dem Einstrahlungslicht.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass jede erste Temperatur eine Oberflächentemperatur des Probenkörpers ist;
und/oder
dass jede zweite Temperatur eine Oberflächentemperatur des Probenkörpers ist.
Oberflächentemperaturen können besonders einfach, kontaktlos und zerstörungsfrei an dem Probenkörper gemessen werden und sind daher vorteilhaft.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Messen der ersten Temperaturen aufweist:

Aufnehmen wenigstens eines ersten Bildes des Probenkörpers, vorzugsweise zum ersten Zeitpunkt, mittels wenigstens einer ersten Thermokamera, und Ermitteln der ersten Temperaturen für jeden Teilbereich aus den Bild-Informationen des wenigstens einen ersten Bildes,

Die ersten Temperaturen lassen sich besonders zuverlässig mit einer Thermokamera messen. Insbesondere ermöglicht es der Einsatz einer Thermokamera, sämtliche ersten Temperaturen gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig zu messen.
„Im Wesentlichen gleichzeitig“ bedeutet dabei vorzugsweise, dass die jüngste und die älteste von der Thermokamera erfassten und gespeicherten Bild-Information in Bezug auf die ersten Temperaturen innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums, beispielsweise von weniger als 1 Sekunde, vorzugsweise von weniger als 0,1 Sekunden, vorzugsweise von weniger als 0,05 Sekunden, vorzugsweise von weniger als 0,01 Sekunden, liegen.
Mit einer Thermokamera lassen sich sogar zeitliche Auflösungen im Millisekundenbereich oder sogar im Sub-Millisekundenbereich erreichen. Es ist daher bevorzugt, dass die erste Thermokamera eine zeitliche Auflösung im Millisekundenbereich oder im Sub-Millisekundenbereich aufweist, beispielsweise von zwischen 0,1 ms bis 100 ms, vorzugsweise von zwischen 0,1 ms bis 70 ms, vorzugsweise von zwischen 1 ms bis 50 ms, vorzugsweise von zwischen 5 ms bis 50 ms, vorzugsweise von zwischen 5 ms bis 40 ms. Damit können selbst schnelle Temperaturänderungen für bestimmte Anwendungsfälle der Erfindung zeitlich ausreichend gut aufgelöst werden. Vorzugsweise wird eine solche bevorzugte zeitliche Auflösung mit aktiv gekühlten Thermokameras erreicht.
Alternativ kann die erste Thermokamera auch eine Bolometerchip-Kamera aufweisen der darstellen. Diese hat üblicherweise eine geringere zeitliche Auflösung als eine oben beschriebene aktiv gekühlte Thermokamera. Beispielsweise kann eine Zeitkonstante der Antwortzeit der Kamera bei 10 ms liegen. Eine Bolometerchip-Kamera hat sich jedoch gerade für den Einsatz zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes von Konverteranordnungen als besonders bevorzugt herausgestellt. Denn diese Art von Kamera ist einerseits günstig im Erwerb und Unterhalt (zum Beispiel ist keine Kühlung notwendig). Andererseits ermöglichen es auch die Bolometerchip-Kamera gerade bei Konverteranordnungen, die thermischen Zeitkonstanten von Konverter inklusive Verbindungsschicht deutlich von der des Wärmespreizers zu unterscheiden.
Das erste Bild kann dabei mehrere Pixel aufweisen und für jeden Pixel werden unterschiedliche Bild-Informationen von der Thermokamera geliefert. Anhand dieser Bild-Informationen kann dann vorzugsweise für jeden Pixel eine erste Temperatur ermittelt oder direkt aus der Bild-Information entnommen werden. Letzteres ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Thermokamera absolute Temperaturwerte für die einzelnen Pixel bereitstellt, oder ein Maß für eine solche Temperatur. Dies ist sehr effizient und zuverlässig.
Alternativ oder ergänzend kann die Temperatur aber auch mit einem oder mehreren nicht ortsaufgelösten Temperatursensoren gemessen werden. In diesem Fall kann die Anzahl der in einem Messzyklus messbaren Teilbereiche durch die Anzahl der Temperatursensoren gegeben sein.
Ein Teilbereich des Oberflächenbereichs kann von einem oder mehreren Pixeln abgedeckt sein. Vorzugsweise wird jeder Teilbereich von mehr als einem Pixel, beispielsweise von wenigstens 5, vorzugsweise von wenigstens 9, vorzugsweise von wenigstens 25, vorzugsweise von wenigstens 49, Pixel abgedeckt. Wenn jeder Bereich von genau einem Pixel abgedeckt wird, kann eine beste Ortsauflösung ermöglicht werden. Optional wird jeder Teilbereich von maximal 10000 Pixel, vorzugsweise von maximal 1000 Pixel, vorzugsweise von maximal 100 Pixel, vorzugsweise von maximal 20 Pixel, vorzugsweise von maximal 10 Pixel, abgedeckt. Beispielsweise wird jeder Teilbereich von zwischen 2 und 10000 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 5000 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 3000 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 1000 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 500 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 300 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 100 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 50 Pixel, vorzugsweise zwischen 2 und 25 Pixel, abgedeckt.
Die erste Kamera weist vorzugsweise wenigstens 10000 Pixel, vorzugsweise wenigstens 50000 Pixel, vorzugsweise wenigstens 100000 Pixel, vorzugsweise wenigstens 300000 Pixel, vorzugsweise wenigstens 500000 Pixel, vorzugsweise wenigstens 1000000 Pixel, auf.
Die erste Kamera weist vorzugsweise höchstens 5000000 Pixel, vorzugsweise höchstens 3000000 Pixel, vorzugsweise höchstens 2000000 Pixel, vorzugsweise höchstens 1000000 Pixel, vorzugsweise höchstens 500000 Pixel, vorzugsweise höchstens 300000 Pixel, vorzugsweise höchstens 100000 Pixel, auf.
Die erste Kamera weist vorzugsweise zwischen 100000 und 5000000, vorzugsweise zwischen 100000 und 2000000, vorzugsweise zwischen 300000 und 1000000, vorzugsweise zwischen 300000 und 800000, vorzugsweise zwischen 300000 und 700000, vorzugsweise zwischen 500000 und 700000, Pixel auf.
Wenn ein Teilbereich von mehr als einem Pixel abgedeckt wird, ist es optional möglich die erste Temperatur für diesen Teilbereich aus einem Mittelwert aller Temperaturen der auf diesen Teilbereich entfallenden Pixel zu ermitteln. Beispielsweise kann ein einzelner Teilbereich von vier Pixeln abgedeckt sein. Für jeden Pixel liefert die Thermokamera eine Temperatur T1 bis T4. Dann kann als erste Temperatur für den Teilbereich der sich gemäß (T1 + T2+ T3+ T4)/4 ermittelbare Mittelwert aus allen vier Temperaturen T1 bis T4 verwendet werden. Dadurch kann das Ergebnis der Messung verbessert werden. Wenn ein Pixel nur teilweise innerhalb eines Teilbereichs liegt, wird er vorzugsweise genauso behandelt wie ein Pixel, der komplett innerhalb des Teilbereichs liegt. Das macht das Verfahren sehr effizient und dennoch zuverlässig.
Die größte Kantenlänge eines Pixels einer bevorzugten Thermokamera, insbesondere aufweisend ein Makro-Objektiv, beträgt (a) wenigstens 1 µm, vorzugsweise wenigstens 3 µm, vorzugsweise wenigstens 5 µm, vorzugsweise wenigstens 10 µm, vorzugsweise wenigstens 20 µm, vorzugsweise wenigstens 25 µm, vorzugsweise wenigstens 30 µm, vorzugsweise wenigstens 35 µm, vorzugsweise wenigstens 40 µm, vorzugsweise wenigstens 45 µm, vorzugsweise wenigstens 50 µm, (b) maximal 100 µm, vorzugsweise maximal 80 µm, vorzugsweise maximal 50 µm, vorzugsweise maximal 45 µm, vorzugsweise maximal 40 µm, vorzugsweise maximal 35 µm, vorzugsweise maximal 30 µm, vorzugsweise maximal 25 µm, vorzugsweise maximal 20 µm, vorzugsweise maximal 10 µm, vorzugsweise maximal 5 µm, vorzugsweise maximal 1 µm, und/oder (c) zwischen 1 µm und 100 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 50 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 40 µm, vorzugsweise zwischen 10 µm und 40 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und 40 µm, vorzugsweise zwischen 30 µm und 40 µm. Optional sind die Pixel quadratisch und/oder alle Pixel weisen die gleichen Abmessungen auf.
In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Kantenlänge eines quadratischen Pixels 35 µm. Dies ist dann das untere Limit für die Ortsauflösung der opto-thermischen Impedanz. Eine solche Pixelgröße hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich Kosten und Nutzen herausgestellt.
Wenn insoweit hier von „Pixelgröße“ oder der „Kantenlänge eines Pixels“ die Rede ist, ist damit vorzugsweise die entsprechende Abmessung desjenigen Teils des realen Probenkörpers gemeint, der auf einen Pixel der Thermokamera abgebildet wird. Das heißt, es ist die Abmessung desjenigen Teils des Probenkörpers gemeint, der von dem Pixel des aufgenommenen Bildes erfasst ist. Durch den Einsatz wechselnder Optiken kann damit die hier adressierte Pixelgröße leicht an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
In einer Ausführungsform wird das erste Bild aus einer Hauptblickrichtung aufgenommen. Optional fällt das Einstrahlungslicht entlang einer Hauptausbreitungsrichtung auf den Probenkörper ein. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Hauptausbreitungsrichtung des auf den Probenkörper einfallenden Einstrahlungslichts und die Hauptblickrichtung der ersten Thermokamera einen Winkel miteinander einschließen.
Der Winkel beträgt vorzugsweise mindestens 1 Grad, vorzugsweise mindestens 10 Grad, vorzugsweise mindestens 20 Grad, vorzugsweise mindestens 30 Grad, vorzugsweise mindestens 40 Grad, vorzugsweise mindestens 50 Grad, vorzugsweise mindestens 60 Grad, vorzugsweise mindestens 70 Grad, vorzugsweise mindestens 80 Grad.
Der Winkel beträgt vorzugsweise höchstens 90 Grad, vorzugsweise höchstens 80 Grad, vorzugsweise höchstens 70 Grad, vorzugsweise höchstens 60 Grad, vorzugsweise höchstens 50 Grad, vorzugsweise höchstens 40 Grad, vorzugsweise höchstens 40 Grad, vorzugsweise höchstens 20 Grad.
Der Winkel beträgt vorzugsweise zwischen 1 Grad und 90 Grad, vorzugsweise zwischen 5 Grad und 80 Grad, vorzugsweise zwischen 10 Grad und 60 Grad, vorzugsweise zwischen 15 Grad und 45 Grad, vorzugsweise zwischen 20 Grad und 40 Grad.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Messen der zweiten Temperaturen aufweist:

Aufnehmen wenigstens eines zweiten Bildes des Probenkörpers, vorzugsweise zum zweiten Zeitpunkt, mittels wenigstens einer zweiten und/oder der ersten Thermokamera, und Ermitteln der zweiten Temperaturen für jeden Teilbereich aus den Bild-Informationen des wenigstens einen zweiten Bildes,

Die zweiten Temperaturen lassen sich besonders zuverlässig mit einer Thermokamera messen. Insbesondere ermöglicht es der Einsatz einer Thermokamera, sämtliche zweiten Temperaturen gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig zu messen.
Da für die Messungen der zweiten Temperaturen entsprechende Ausführungen gelten, wie für die Messungen der ersten Temperaturen, kann hierzu auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen werden. Gleiches gilt für die zweite Thermokamera.
Wenn identische Thermokameras zur Aufnahme des ersten und zweiten Bildes verwendet werden, ist es besonders einfach möglich, gleiche Pixel oder Gruppen von Pixeln den gleichen Teilbereichen zuzuordnen. Oder mit anderen Worten ausgedrückt, in beiden Bildern stellen jeweils die gleichen Pixel die Temperatur-Informationen für gleiche Teilbereichen zur Verfügung. Das macht das Verfahren effizient, da beispielsweise in beiden Bildern der Pixel in der X-ten Zeile und Y-ten Spalte denselben wenigstens einen Teilbereich abdeckt. Wenn verschiedene Kameras eingesetzt werden, ist optional eine Zuordnung („Mapping“) der Pixel der einen Kamera zu den Pixeln der anderen Kamera notwendig. Dies kann jedoch ebenfalls sehr einfach anhand einer Kalibrieraufnahme durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist die erste und/oder zweite Thermokamera mit einem Kalibrierstandard kalibriert.
Werden als erste und zweite Thermokamera zwei verschiedene Thermokameras eingesetzt, werden die Kameras vorzugsweise mit demselben Kalibrierstandard kalibriert. Dadurch ist sichergestellt, dass die Werte beider Kameras miteinander kombiniert werden können.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Ermitteln eines Qualitätskennwertes eines Teilbereichs aufweist:

Berechnen des Qualitätskennwertes des Teilbereichs, zumindest basierend auf einer Temperaturdifferenz, die zwischen der ersten Temperatur des Teilbereichs und der Referenztemperatur des Teilbereichs gebildet wird,

Indem jeweils die Temperaturdifferenz berechnet wird, kann die Temperaturerhöhung, beispielsweise als absoluter Wert in Kelvin oder als Maß, die jeder Teilbereich des Oberflächenbereichs des Probenkörpers infolge der Bestrahlung mit Einstrahlungslicht erfahren hat einfach und zuverlässig ermittelt werden.
In einer Ausführungsform führt eine größere Temperaturdifferenz eines Teilbereichs zu einem größeren Qualitätskennwert des jeweiligen Teilbereichs.
Optional wird in Ausführungsformen eine Kalibriermessung für die Bestrahlungsstärke durchgeführt, indem das Strahlprofil des auf einen homogenen Probenkörper auftreffenden Anregungslichts mit einer Kamera vermessen wird. Die Kamera kann sogar die mindestens eine Thermokamera sein. Eine Normierung kann dabei auf die optische Gesamtleistung, die auf den Oberflächenbereich entfällt, optional erfolgen. Dadurch wird wenigstens für jeden Teilbereich die Information hinsichtlich der Bestrahlungsstärke mit der Einheit Watt pro Quadratmillimeter ([W/mm²]) ermittelt.
Die opto-thermische Impedanz kann dann vorteilhafterweise als Temperaturantwort dividiert durch das normierte Leistungsdichteprofil ermittelt werden. Oder mit anderen Worten, die optothermische Impedanz entspricht für jeden Teilbereich der dortigen Temperaturerhöhung infolge der Bestrahlung dividiert durch die normierte Bestrahlungsstärke für diesen Teilbereich.
Optional kann das Ermitteln eines Qualitätskennwertes eines Teilbereichs aufweisen:

Berechnen des Qualitätskennwertes des Teilbereichs ferner auch basierend auf einer Ausstrahlungsstromdichte des in den jeweiligen Teilbereich einfallenden Einstrahlungslichtes, insbesondere wenn diese von der auf den jeweiligen Teilbereich einfallenden Bestrahlungsstärke des Einstrahlungslichtes subtrahiert wird.

Mit anderen Worten, wird die gemessene Temperaturerhöhung nicht auf die gesamte Bestrahlungsstärke bezogen, sondern nur auf die tatsächlich absorbierte Leistung des Einstrahllichts in dem jeweiligen Teilbereich. Diese ergibt sich aus der Bestrahlungsstärke abzüglich der Ausstrahlungsstromdichte.
Die Ausstrahlungsstromdichte setzt sich vorzugsweise zusammen aus der Fresnel-Reflexion des (blauen) Einstrahlungslichts, der diffusen Reflexion des (beispielsweise blauen) Einstrahlungslichts durch Rückstreuung im Konvertermaterial und der Emission des durch photolumineszenz erzeugten, konvertierten Lichtes. Die Messung dieser Größen ist direkt oder indirekt durch dem Fachmann bekannte Messtechniken möglich. Beispielsweise kann in separaten Versuchen ein Reflexionsgrad als Quotient von Ausstrahlungsstromdichte und Bestrahlungsstärke ermittelt werden, mit Hilfe dessen dann die Ausstrahlungsstromdichte aus der gemessenen Bestrahlungsstärke ermittelt werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner aufweist: Feststellen von, vorzugsweise lokalen, Anomalitäten des Probenkörpers basierend auf den ermittelten Qualitätskennwerten der Teilbereiche,
wobei das Feststellen von Anomalitäten des Probenkörpers vorzugsweise aufweist:

Feststellen von Teilbereichen, deren Qualitätskennwert einen Grenzwert überschreiten, unterschreiten und/oder innerhalb definierter oder definierbarer Grenzen verlaufen, als Anomalitäts-Teilbereiche, und
vorzugsweise Zuordnen der Anomalitäts-Teilbereiche zu einem oder mehreren Flächen- und/oder Volumen-Bereichen des Probenkörpers und/oder charakterisieren und/oder klassifizieren der Anomalitäts-Teilbereiche hinsichtlich des Typs der Anomalität, wie insbesondere Delamination, Blasen-Einschluss, Partikel und/oder Verschmutzung auf der Oberfläche, und/oder Einschluss oder Verschmutzung im Volumen.

Das Feststellen von Anomalitäten, insbesondere von besagten Teilbereichen, kann aufweisen: Verarbeiten, insbesondere mittels eines Filters, ein Ergebnis der Auswertung zumindest der ersten Temperaturen und Referenztemperaturen sowie der einfallenden Lichtleistung und Feststellen von Anomalitäten auf Grundlage zumindest eines Ergebnisses der Verarbeitung. Der Filter kann beispielsweise ein Filter aus dem Bereich der Bildverarbeitung sein, und beispielsweise einen Kantendetektor aufweisen.
Als weiterer Filter aus dem Bereich der Bildverarbeitung kann ein Schwellenwert-Filter mit dynamischer Schwellenwertanpassung vorgesehen sein. Damit können z.B. Pixel oder Teilbereiche identifiziert werden, deren Wert um einen bestimmten Faktor über dem Mittelwert oder Median eines Auswertebereiches liegt. Übersteigt die Anzahl zusammenhängender Pixel oder die Summe der Pixelwerte zusammenhängender Pixel einen bestimmten Wert, so liegt eine lokale Anomalie vor.
Es kann aber beispielsweise auch die Verteilungsdichte der Pixelwerte bestimmt werden und der Wert eines bestimmten Perzentils bestimmt werden. Liegt dieser über einem Grenzwert, so kann dadurch auf das Vorliegen einer Anomalie erkannt werden.
Es können ein oder mehrere Anomalitäts-Teilbereiche zu einer einzelnen Anomalität gehören. Beispielsweise können mehrere Teilbereiche aufgrund einer Anomalität eine erhöhte Temperatur aufweisen. Ein einzelner Anomalitäts-Teilbereich kann zu mehr als einer Anomalität gehören. Beispielsweise können zwei Anomalitäten im selben Teilbereich zu erhöhter Aufheizung führen.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass (i) der Oberflächenbereich des Probenkörpers homogen mit dem Einstrahlungslicht bestrahlt wird, insbesondere die Bestrahlungsstärke an zwei verschiedenen Orten des Oberflächenbereichs um höchstens 20%, vorzugsweise um höchstens 10%, vorzugsweise um höchstens 5%, vorzugsweise um höchstens 1%, unterschiedlich ist;

(ii) die Bestrahlungsstärke an jedem Ort des Oberflächenbereichs des Probenkörpers (a) mindestens 0,1 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 1 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 3 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 5 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 10 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 30 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 50 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 70 Watt/mm², (b) höchstens 100 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 50 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 10 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 5 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 3 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 1 Watt/mm², und/oder (c) zwischen 0,1 Watt/mm² und 100 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 50 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 30 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 10 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 5 Watt/mm², beträgt;

(iii) das Einstrahlungslicht Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist, insbesondere im Wellenlängenbereich von 430 nm bis 490 nm, vorzugsweise im Wellenlängenbereich von 445 nm bis 465 nm, und/oder von einem Laser stammt.

Indem der Oberflächenbereich homogen bestrahlt wird, kann das thermische Qualitätsmaß des Probenkörpers besonders zuverlässig festgestellt werden.
Mit besagten Bestrahlungsstärken kann auch innerhalb kurzer Zeitfenster eine ausreichende Aufheizung der maßgeblichen Strukturen des Probenkörpers erfolgen.
Wenn das Einstrahlungslicht aus dem besagten Wellenlängenbereich stammt, entspricht es gerade dem Licht, das auch in bevorzugten Anwendungsszenarien im realen Einsatz verwendet wird. Damit kann ein für reale Anwendungsfälle praktikables und sinnvolles thermisches Qualitätsmaß festgestellt werden, und insbesondere können die für die realen Anwendungsfälle relevanten Anomalitäten festgestellt werden.
Bestimmte Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung wurden oben und werden im Folgenden ganz oder teilweise anhand eines Probenkörper in Gestalt einer Konverteranordnung beschrieben. Jedoch können diese Vorteile und Ausführungsformen selbstverständlich auch bei Probenkörper anderer Gestalt gleichermaßen relevant sein. Gerade bei Probenkörper, bei denen verschiedene Elemente mit jeweils unterschiedlichen Wärmekapazitäten vorhanden sind, können die Vorteile der Erfindung besonders gut ausgenutzt werden.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass (i) der Temperaturabfall der bestrahlten Teilbereiche nach dem Ende der Bestrahlung bei der Ermittlung des Maßes für eine Temperaturverteilung der einzelnen Teilbereiche berücksichtigt wird und/oder (ii) eine Mittelung und/oder Extrapolation der Temperaturverläufe der einzelnen Teilbereiche vor, während und/oder nach dem Einschalten des Einstrahlungslichtes durchgeführt und bei der Ermittlung des Maßes für eine Temperaturverteilung der einzelnen Teilbereiche berücksichtigt wird.
Eine gute Anbindung des Wärmespreizers an die Wärmesenke ermöglicht es, auch bei kleinen Wärmespreizern die opto-thermische Impedanz des Konverters gut messen zu können.
Eine Mittelung oder Extrapolation der Temperaturverläufe vor, während und/oder nach dem Einschalten des Lichts, ermöglicht es, das Rauschen der Thermographie zu verringern. Dies kann optional dann auch für die Bestimmung der Irradiance verwendet werden.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung, aufweisend eine Lichtquelle, wie insbesondere einen Laser, zum Aussenden von Einstrahlungslicht und wenigstens eine Messvorrichtung, wie insbesondere wenigstens eine Thermokamera, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, (i) ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen und/oder (ii) zumindest das Folgende auszuführen:

Bestrahlen zumindest eines Oberflächenbereichs eines Probenkörpers mit Einstrahlungslicht aus der Lichtquelle;
Messen von einer ersten Temperatur für jeweils jeden von einem oder mehreren Teilbereichen des Oberflächenbereichs mit der Messvorrichtung; und/oder
Ermitteln eines Qualitätskennwertes für jeden Teilbereich basierend auf der für den jeweiligen Teilbereich gemessenen ersten Temperatur und einer Referenztemperatur des Teilbereichs sowie der auf den jeweiligen Teilbereich einfallenden Lichtleistung des Einstrahlungslichtes, insbesondere mittels einer von der Vorrichtung ferner umfassten Recheneinheit, vorgeschlagen wird.

Die Vorrichtung eignet sich somit besonders gut, um das erfindungsgemäße Verfahren, oder Teile davon, auszuführen.
Die Thermokamera kann dabei die erste Thermokamera gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sein. Das Messen der zweiten Temperaturen kann mit der zweiten Thermokamera gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erfolgen. Die Vorrichtung weist daher optional ferner eine weitere Thermokamera auf.
Vorzugsweise kann das Feststellen des thermischen Qualitätsmaßes und/oder das Feststellen von Anomalitäten des Probenkörpers mittels der Recheneinheit erfolgen. Die Recheneinheit kann einen Computer darstellen oder aufweisen.
Thermische Kenndaten für Konverter und Wärmespreizer

Die folgende (zweigeteilte) Tabelle zeigt eine Übersicht mit den thermischen Kenndaten von exemplarischen Konvertern und Wärmespreizer.

	Abmessungen	Volumen	Spezifische Wärmekapazität	Dichte	cp * ρ	Wärmeleitfähigkeit
		V	cp	ρ	cp * ρ	λ
	[mm × mm × mm]	[cm³]	[J/(gK)	[g/cm³]	[J/(cm³ K)]	[W/mK]
Konverter (dünn)	4×4×0,08	0,00128	0,648	4,31	2,79	9,34
Konverter (typisch)	4×4×0,15	0,0024	0,648	4,31	2,79	9,34
Konverte r (dick)	4×4×0,25	0,004	0,648	4,31	2,79	9,34
Wärmespreizer(klein)	6×6×2	0,072	0,386	3,93	3,45	394
Wärmespreizer(typisch)	20×20×4	1,6	0,386	3,93	3,45	394
Wärmespreizer(groß)	35×35×5	6,125	0,386	3,93	3,45	394

	Wärmekapazität	Diffusivität	T-Anstieg bei 10 W	Temperaturdifferenz bei 10W	Typische Zeitkonstante
	Q	a	ΔT / Δt	ΔT	Δt = d²/a
	[J/K]	[1E-6 m²/s]	[K/s]	[K]	[ms]
Konverter (dünn)	0,0036	3,34	2797,9	5,4	1,9
Konverter (typisch)	0,0067	3,34	1492,2	10,1	6,7
Konverter (dick)	0,0112	3,34	895,3	16,8	18,7
Wärmespreizer (klein)	0,25	114,30	40,3
Wärmespreizer (typisch)	5,52	114,30	1,8
Wärmespreizer (groß)	21,11	114,30	0,5

Beispielrechnung
Für den Wärmefluss durch einen Körper von einer Wärmequelle zur Wärmesenke ist der thermische Widerstand R_th definiert. $R_{t h} = \frac{Δ T (x)}{P_t h}$
Wenn es sich bei dem Körper um ein Plättchen der Fläche A und der Dicke d mit der Wärmeleitfähigkeit lambda handelt, ist R_th aus diesen Daten zu berechnen: $R_{t h} = \frac{d}{λ A} {K/W_th}$
Wie vereinbart sprechen wir hier von thermischer Impedanz, wenn die Definition auf eine Wärmestromdichte dP_th/dA verallgemeinert wird In diesem Fall gilt: $Z_{t h} = \frac{d}{λ}$
Für einen keramischen Konverter mit einer Dicke von d=100 µm und einer thermischen Leitfähigkeit von λ = 6 W/mK ergibt sich eine thermische Impedanz von 16,7 Kmm²/W. Bei einem Eintrag von einer thermischen Leistungsdichte von 1 W/mm² wird sich also die Temperatur des Konverters um 16,7 K erhöhen.
Bei einem statischen Konverter wird die thermische Leistung aber nicht direkt, sondern als optische Leistung eingetragen. Es gilt also, den thermischen Leistungseintrag aus dem optischen Leistungseintrag zu bestimmen.
Wird die auf einen Konverter eingestrahlte optische Leistung betrachtet, so lassen sich für exemplarische Konverter folgende Beobachtungen machen:

- Es tritt eine Fresnel-Reflexion an der Oberfläche des Konverters auf(typischer Wert: η_Fresnel = 3% der Eingangsleistung)
- Es tritt eine diffuse Reflexion im Volumen des Konverters auf (typischer Wert: η_{R_diffus} = 7 % der Eingangsleistung)
- Es tritt eine Emission des Lumineszenzlichts auf (typischer Wert: η_emission = 60% der Eingangsleistung)
- Es tritt eine thermische Verlustleistung auf (typischer Wert η_thermisch = 30%).

Um die thermische und die optische Leistung unterscheidbar zu machen, wird die Einheit Watt ab nun mit W_therm bzw. W_opt indiziert.
Analog zum thermischen Widerstand kann nun der opto-thermische Widerstand definiert werden, der angibt, mit welcher Erhöhung der Oberflächentemperatur eine Probe auf eine eingestrahlte optische Leistung reagiert. $R_{o - t h} = \frac{Δ T (x)}{P_o p t} = η_{t h e r m i s c h} \frac{Δ T (x)}{P_{t h}} = η_{t h e r m i s c h} R_{t h}$
Gleiches gilt für die opto-thermische Impedanz $Z_{o - t h} = η_{t h e r m i s c h} Z_{t h}$
Damit ergibt sich für das genannte Beispiel aus der thermischen Impedanz von 16,7 K und dem thermischen Leistungsanteil von 30% eine opto-thermische Impedanz von 5 K mm² / W_opt. Diese ist geringer als die thermische Impedanz von 16,7 Kmm²/W_therm, da ja nur ein Teil der eingebrachten optischen Leistung zur Temperaturerhöhung beiträgt.
Bisher wurde angenommen, dass die die Umwandlung von optischer in thermische Leistung sowie die die rein thermische Impedanz räumlich konstant sind. Dies muss aber nicht der Fall sein, da es lokale Absorptionszentren geben kann, die zu einem erhöhten Wärmeeintrag führen kann. Auch die thermische Impedanz kann z.B. durch Blasen in der Lotschicht oder durch lokale Ablösungen an der Konverter-Lot-Grenzschicht lokal verschlechtert sein.
Dies führt bei vorgegebener Bestrahlungsstärke zu lokalen Temperaturerhöhungen gegenüber Orten auf der Probenoberfläche, die mit der gleichen Bestrahlungsstärke bestrahlt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen erläutert werden.
Dabei zeigen:

1a eine perspektivische Ansicht einer Lumineszenzkonverteranordnung in einer ersten Ausführungsform;
1b die Lumineszenzkonverteranordnung aus 1a in einer Schnittansicht;
1c eine Schnittansicht einer Lumineszenzkonverteranordnung in einer zweiten Ausführungsform;
2a eine perspektivische Illustration des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Lumineszenzkonverteranordnung aus 1a-b;
2b die Illustration aus 2a als Schnittansicht und mit weiteren Details;
3 eine schematische Querschnittsansicht einer Lumineszenzkonverteranordnung mit Anomalitäten;
4 einen Aufbau zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 eine Illustration eines während des Verfahrens aufgenommenen Kamerabildes;
6 ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der Temperatur eines Teilbereichs eines Probenkörpers;
7a-b Illustrationen von Ergebnissen des Auswertens von Temperaturen von Teilbereichen von Probenkörper;
8a-b Illustrationen von Ergebnissen des Auswertens von Temperaturen von Teilbereichen von Probenkörper jeweils mit und ohne Berücksichtigung der auf die Teilbereiche einfallende Lichtleistung;
9a-b Illustrationen von Ergebnissen des Auswertens von Temperaturen von Teilbereichen von Probenkörper jeweils mit und ohne Berücksichtigung der auf die Teilbereiche einfallende Lichtleistung;
10 ermittelte Qualitätskennwerte für zwei unterschiedlich dicke homogene Probenkörper; und
11 eine ortsaufgelöste Messung der Qualitätskennwerte eines Probenkörpers sowie eine Röntgenaufnahme dessen.

Beispiele
1a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lumineszenzkonverteranordnung 1 in einer ersten Ausführungsform. 1b zeigt eine Schnittansicht der Anordnung 1. Die Lumineszenzkonverteranordnung 1 wird im Folgenden gelegentlich auch einfach als Konverteranordnung 1 oder nur als Anordnung 1 bezeichnet.
Die Lumineszenzkonverteranordnung 1 stellt einen keramischen Lumineszenzkonverter für eine laserangeregte Photolumineszenzlichtquelle dar. Die Anordnung 1 weist insoweit ein Keramiksubstrat 3 auf. Das Keramiksubstrat 3 ist auf einer Hauptseite vollflächig mit einer Silberbeschichtung 7 beschichtet (nicht dargestellt in 1a). Das Keramiksubstrat 3 ist mittels einer (in 1a ebenfalls nicht dargestellten) Lötverbindung 9 auf einem Wärmespreizer 5 aus Kupfer angeordnet. Optional weist das Keramiksubstrat 3 auf der anderen Hauptseite eine Antireflexbeschichtung auf.
In 1b sind die Silberbeschichtung 7 und die Lötverbindung 9 erkennbar.
Das Keramiksubstrat 3 hat Abmessungen von 4×4×0,150 mm³. Und der Wärmespreizer 5 hat Abmessungen von 20×20×4 mm³. Die Dicke der Silberschicht beträgt 12µm. Die Dicke der Lotschicht beträgt 30µm. Die Abbildung ist nicht maßstäblich.
1c zeigt eine Schnittansicht einer Konverteranordnung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Dabei sind gleiche Merkmale der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Keramiksubstrat 3 ist mittels einer transparenten Klebeschicht 10 auf einem Wärmespreizer 5 aus Aluminium angeordnet, der mit einer Spiegelschicht 8 versehen ist. Diese Variante der Konverteranordnung ist bei Konverterrädern vorteilhaft, bei der der Wärmespreizer aus einem kreisförmigen Aluminiumblech mit Mittelbohrung besteht. Ein Beispiel ist ein Konverterrad-Wärmespreizer mit einer Dicke von 1mm und einem Durchmesser von 65 mm.
2a zeigt eine perspektivische Illustration eines Gebrauchs der Lumineszenzkonverteranordnung 1 aus 1a-b. 2b zeigt eine Schnittansicht der Illustration mit weiteren optionalen Details der Anordnung 1.
Bei dem Gebrauch der Anordnung 1 wird das Keramiksubstrat 3 mit einem Laserstrahl 11 im blauen Wellenlängenbereich bestrahlt. Teile des einfallenden Lichtstrahls 11 werden mittels Photolumineszenz in gelbes Licht 13 umgewandelt, das von dem Keramiksubstrat 3 emittiert wird. Das ausgestrahlte Licht 13 durchläuft eine Optik 15 in Form einer Linse. Andere Anordnungen wandeln den einfallenden Laserstrahl beispielsweise in grünes oder rotes Licht um. Andere Geometrien für den Gebrauch der Anordnung, in denen das Einstrahlungslicht 11 beispielsweise ebenfalls durch die Optik geführt wird, sind ebenfalls möglich.
Es wird also zumindest ein Teil der eingestrahlten Lichtleistung für das Erzeugen von gelbem Licht mittels Photolumineszenz verwendet. Da dabei die Photonen des durch Photolumineszenz erzeugten Ausstrahlungslichts 15 eine geringere Energie haben als die Photonen des Einstrahlungslichts 11, wird innerhalb des Keramiksubstrats 3 bzw. unterhalb des bestrahlten Oberflächenbereichs der Anordnung 1 Wärme erzeugt, insbesondere also im Bereich des Keramiksubstrats 3
Die im Keramiksubstrat 3 erzeugte Wärme wird über den Wärmespreizer 5 abgeführt. Optional kann der Wärmespreizer 5 für die weitere Abfuhr der Wärme noch mit einer (in 2b dargestellten) Wärmesenke 6 verbunden sein.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Lumineszenzkonverteranordnung 1 mit Anomalitäten. Es werden hierbei für gleiche Merkmale, wie sie bereits in Bezug auf 1a-c und 2a-b besprochen wurden, die gleichen Bezugszeichen verwendet, wenngleich es sich bei der Anordnung der 3 nicht um identische Anordnungen der 1a-c und/oder 2ab handeln muss.
3 ist eine Anomalität 17 der Anordnung 1 in Form eines Hohlraums in der Lotschicht 9 zu entnehmen. Bei dem Hohlraum kann es sich um einen Lufteinschluss handeln, wodurch die Lotschicht 9 nicht durchgehend homogen ist.
3 zeigt eine weitere Anomalität 19 der Anordnung 1 in Form einer bereichsweisen Delamination der Silberbeschichtung 7 von der unteren Hauptseite des Keramiksubstrats 3.
Beiden Anomalitäten 17 und 19 ist gemein, dass sie den Wärmetransport der durch das einfallende Einstrahlungslicht im Keramiksubstrat 3 erzeugten Wärme zum Wärmespreizer 5 beeinflussen. Solch ein Beeinflussen kann zu einem lokalen Temperaturanstieg innerhalb der Anordnung 1 führen, was letztlich auch zu einer Überhitzung der betroffenen Bereiche führen kann. Dieser lokale Temperaturanstieg wird häufig auch als thermischer Hotspot bezeichnet.
3 zeigt weitere Anomalitäten 20 der Anordnung 1 in Form von lokalen Absorptionszentren auf der Oberfläche oder im Volumen des Keramiksubstrats 3. Dies kann bei Anomalitäten auf der Oberfläche eine Verschmutzung oder ein anhaftender Partikel sein. Im Volumen können Einschlüsse oder Verunreinigungen vorliegen. Die Anomalität 20 erhöht den Wärmeeintrag durch eine erhöhte Lichtabsorption und erzeugt somit ebenfalls einen thermischen Hotspot, auch wenn der Wärmetransport zum Wärmespreizer 5 keine Anomalität aufweist.
Ein thermischer Hotspot kann je nach Ausprägung zu einer verminderten Leistung der Anordnung 1 bis hin zu deren Zerstörung führen. Daher sind solche Anomalitäten unerwünscht und davon betroffene Anordnungen, wie die Anordnung 1 der 3, sollen möglichst früh erkannt und aussortiert werden.
Für ein Feststellen solcher Anomalitäten kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Denn mit dem Verfahren kann ein thermisches Qualitätsmaß des Probenkörpers in Form der Anordnung 1 festgestellt werden und ausgehend davon auf das Vorliegen einer Anomalität geschlossen werden. 4 zeigt einen Aufbau zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Anordnung 1 ist in 4 lediglich mit ihrem Keramiksubstrat 3 und Wärmespreizer 5 angedeutet. Und wieder werden für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie sie auch bereits bei den 1a-c, 2a-b und 3 verwendet wurden.
Mittels eines Lasers 21 wird über einen Lichtleiter 23 an einem Auskoppelelement 25 mit rechteckigem Querschnitt blaues Einstrahlungslicht 27 ausgestrahlt und mittels einer Optik 29 in Form einer Linse auf die Anordnung 1 gerichtet. Damit wird ein Oberflächenbereich der Anordnung 1 mit dem Einstrahlungslicht 27 bestrahlt. Das Einstrahlungslicht 27 ist dabei vorteilhafterweise so gewählt, dass es wellenlängenmäßig dem Laserlicht entspricht, das auch bei dem tatsächlichen Gebrauch der Anordnung 1 zum Einsatz kommt.
Die Anordnung 1, insbesondere der bestrahlte Oberflächenbereich, wiederum wird von dem Aufnahmebereich einer Thermokamera 31 erfasst. Die Hauptblickrichtung der Kamera 31 und die Hauptausbreitungsrichtung des Einstrahlungslichts 27 schließen beispielsweise einen Winkel von 30 Grad ein.
Der Bildausschnitt, den die Thermokamera von der Anordnung 1 erfasst, kann unter anderem durch eine in 4 nicht dargestellte Optik angepasst, insbesondere verkleinert (herausgezoomt) oder vergrößert (hineingezoomt) werden. Die Thermokamera 31 kann zu bestimmten Zeitpunkten ein Bild der Anordnung 1 aufnehmen.
5 zeigt eine Illustration eines während des Verfahrens mit der Thermokamera 31 aufgenommenen Kamerabildes von der Anordnung 1.
Die Optik der Thermokamera 31 ist dergestalt gewählt, dass das gesamte Keramiksubstrat 3 sowie ein Teil des Wärmespreizers 5 auf dem Kamerabild zu sehen sind. Das Kamerabild wird dabei durch mehrere Pixeln 33 aufgebaut. Aufgrund der gewählten Optik und die gewählte relative Positionierung von Kamera 31 und Anordnung 1 zueinander wird das Keramiksubstrat 3 vorliegend von neun Pixel 33 abgedeckt. Die übrigen der 35 Pixel 33 decken den erfassten Teil des Wärmespreizers 5 ab. Die Anzahl der Pixel ist in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber stark reduziert. Ein typisches Kamerabild kann beispielsweise aus 640 x 480 oder 640 x 120 Pixeln bestehen.
Vorliegend deckt jeder Pixel gerade einen Teilbereich des Oberflächenbereichs der Anordnung 1 ab. Es wäre aber auch möglich, dass einige oder alle Teilbereiche durch jeweils mehrere Pixel abgedeckt werden.
Typischerweise wird vorteilhafterweise für ein Keramiksubstrat eine Qualitätszone definiert, innerhalb derer die optothermische Impedanz bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf, innerhalb derer also ein bestimmtes Maß einer thermischen Mindest-Qualität bestehen muss und/oder innerhalb derer es keine lokalen Anomalitäten geben darf.
Die Thermokamera stellt zu jedem Pixel 33 einen Temperaturwert bereit. Somit kann aus dem von der Anordnung 1 aufgenommenen Bild jedem Teilbereich des Oberflächenbereichs der Anordnung 1, der gerade von einem Pixel 33 abgedeckt ist, ein Temperaturwert zugeordnet werden.
6 zeigt ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der Temperatur eines Teilbereichs des Probenkörpers. Um genau zu sein, zeigt das Diagramm den Temperatur-Verlauf des mittleren Pixels 33 des Keramiksubstrats 3 (siehe 5).
Der Laser 21 wird zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet, so dass dann die Bestrahlung der Anordnung 1 mit Einstrahlungslicht 27 beginnt.
Nach dem Beginn der Bestrahlung steigt der Temperaturwert innerhalb eines Zeitraums von etwa 0,1 Sekunden von einem Wert „T2“ von ungefähr 23,3 °C auf einen Wert „T1“ von ungefähr 28,0 °C zum Zeitpunkt „X1“ an. Anschließend steigt der Temperaturwert weiter an, wenngleich dieser Anstieg erkennbar langsamer erfolgt und zu einem Grenzwert, welcher jedoch hier nicht näher von Interesse ist, tendiert. Daher kann die Bestrahlung nach dem Zeitpunkt X1 beendet werden und es können in sehr kurzen Zeitabständen viele aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden.
Vor dem Einschalten liefert die Thermokamera 31 für den zentralen Pixel 33 einen Temperaturwert „T2“ von ungefähr 23,3 °C zu einem Zeitpunkt „X2“.
Es muss dazu gesagt werden, dass die von der Thermokamera 31 gelieferten Temperaturwerte auch lediglich Maße für eine Temperatur darstellen könnten und daher absolute Temperaturwerte nicht unbedingt notwendig sind. Vorliegend wird eine Temperaturdifferenz (T1-T2) von 4,7 K ermittelt. Das heißt, infolge der Bestrahlung mit dem Einstrahlungslicht 27 hat sich der von dem zentralen Pixel 33 abgedeckte Teilbereich des Oberflächenbereichs des Keramiksubstrats 3 um 4,7 K erwärmt.
Anstatt zu den ersten und zweiten Zeitpunkten X1 und X2, die um den Beginn des Bestrahlens herum liegen, die ersten und zweiten Temperaturen T1 und T2 zu messen, könnte auch zu einem ersten Zeitpunkt X3 die Temperatur T3 und zu einem zweiten Zeitpunkt X4 die Temperatur T4 gemessen werden. Hierbei liegen die Zeiten X3 und X4 zeitlich um das Beenden des Bestrahlens herum.
Da die Abkühlung des Konverters mit den gleichen Zeitkonstanten erfolgt wie das Aufheizen, kann der Temperaturverlauf beim Ausschalten des Einstrahllichts ebenfalls zur Bestimmung der Temperaturdifferenz ΔT = T3 - T4 verwendet werden. Die Temperaturdifferenz sollte auf Grund theoretischer Überlegungen identisch sein zu der Temperaturdifferenz ΔT = T1-T2. Optional könnte sogar zu allen vier Zeitpunkten (T1, T2, T3, T4) gemessen und zwei Werte für ΔT bestimmt und darauf basierend ein Mittelwert aus diesen beiden ermittelten Temperaturdifferenzen bestimmt werden. Dadurch ließen sich Messfehler minimieren. Der Mittelwert könnte auch aus einer ganzen Serie von schnell aufeinanderfolgenden Bestrahlungspulsen ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, einen Oberflächenbereich der Anordnung 1 in Teilbereiche zu unterteilen. Es wird dann zu einem ersten Zeitpunkt (beispielsweise entsprechend dem Zeitpunkt „X1“), der nach dem Beginn und während des Bestrahlens der Anordnung 1 liegt, zu jedem Teilbereich eine erste Temperatur gemessen.
Außerdem wird zu einem zweiten Zeitpunkt (beispielsweise entsprechend dem Zeitpunkt „X2“), der vor dem Beginn des Bestrahlens der Anordnung 1 liegt, zu jedem Teilbereich eine zweite Temperatur gemessen. Diese zweite Temperatur ist die Referenztemperatur des jeweiligen Teilbereichs.
Dazu wird vorliegend mit der Thermokamera 31 zu dem ersten Zeitpunkt ein erstes Bild mit der Thermokamera aufgenommen. Wie oben erwähnt, werden die einzelnen Teilbereiche vorliegend durch die Pixel 33 bestimmt. Damit liegen für den ersten Zeitpunkt 5x7=35 erste Temperaturen vor, da jeder Pixel 33 der Thermokamera 31 ein Temperaturwert bereitstellt, der ein erster Temperaturwert ist, da er für den jeweiligen Teilbereich zum ersten Zeitpunkt gemessen wurde.
Zuvor wurde mit der Thermokamera 31 zu einem zweiten Zeitpunkt ein zweites Bild mit der Thermokamera 31 aufgenommen. Der zweite Zeitpunkt liegt vor dem Beginn des Bestrahlens der Anordnung 1. Entsprechend stellt auch hier die Thermokamera 31 für jeden Pixel 33 einen Temperaturwert bereit, der ein zweiter Temperaturwert ist, da er für den jeweiligen Teilbereich (d.h. Pixel) zum zweiten Zeitpunkt gemessen wurde.
Anschließend werden die gemessenen ersten und zweiten Temperaturen, vorliegend also insgesamt 2x35=70 Stück, ausgewertet. Dies erfolgt derart, dass die Differenz zwischen beiden Temperaturen ermittelt wird, indem die zweite Temperatur von der ersten Temperatur abgezogen wird.
Um den Qualitätskennwert für einen Teilbereich zu ermitteln, wird die Temperaturdifferenz auf die Lichtleistung des auf den Teilbereich einfallenden Einstrahlungslicht bezogen. Dadurch wird eine etwaig ungleichmäßige Ausleuchtung der Anordnung 1 durch das Einstrahlungslicht 27 berücksichtigt. Dadurch wird folglich vor allem berücksichtigt, dass sich ein Oberflächenteilbereich eines idealen (homogenen) Probenkörpers, auf welchen weniger Lichtleistung einfällt, auch grundsätzlich weniger stark erwärmen wird, als ein Teilbereich, auf den eine größere Lichtleistung einfällt.
Der jeweilige Wert der Lichtleistung kann freilich für die einzelnen Teilbereiche, mithin die einzelnen Pixel 33, jeweils unterschiedlich sein. Die einzelnen Werte der Lichtleistung können beispielsweise durch eine vorausgegangene Vermessung des Einstrahlungslichts 27 in einer Ebene des Probenkörpers ermittelt worden sein.
Basierend auf der Auswertung der Temperaturen sowie der Lichtleistung der einzelnen Teilbereiche können anschließend die Qualitätskennwerte der Teilbereiche und damit ein ortsaufgelöstes thermisches Qualitätsmaß des Probenkörpers festgestellt werden. Anhand des thermischen Qualitätsmaßes können dann Anomalitäten, wie etwa ein Hohlraum 17 oder eine Delamination 19, der Anordnung 1 festgestellt werden.
Beispielsweise können dazu die Qualitätskennwerte durch Anwendung eines geeigneten Filters, beispielsweise ein Filter aus dem Bereich der Bildverarbeitung, insbesondere in Form eines Kantendetektors, ausgewertet und so Anomalitäten festgestellt werden.
In einer alternativen Ausführungsform werden die erste und zweite Temperatur, T1 und T2, nicht direkt gemessen, sondern durch ein Extrapolationsverfahren ermittelt. Dazu werden die Temperaturverläufe in Bereichen vor und nach Einschalten des Lasers mit linearen oder auch komplexeren Funktionen interpoliert. Anschließend werden diese Funktionen zu einem Zeitpunkt extrapoliert, der vorzugsweise zwischen der Messung von T1 und T2 liegt, vorzugsweise ist dies der Einschaltzeitpunkt des Lasers. So werden die erste Temperatur T1 und die zweite Temperatur T2 sowie die Temperaturdifferenz ermittelt. Dieses Vorgehen kann analog auch für den Temperaturabfall beim Ausschalten der Bestrahlung verwendet werden. Der Vorteil dieser Alternative kann in einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis liegen. Zudem kann der Einfluss des langsamen Temperaturanstiegs durch Erwärmung des Wärmespreizers reduziert werden. So kann auch der Messfehler bei der Messung von Proben mit kleinerem Wärmespreizer verringert werden.
7a zeigt eine Illustration des Ergebnisses des Auswertens von Qualitätskennwerten von Teilbereichen eines realen Probenkörpers. Zu sehen ist der in Teilbereiche gerasterte Probenkörper, wobei jeder Teilbereich einen Wert gemäß der dort ermittelten Temperaturdifferenz in Bezug auf die auf den jeweiligen Teilbereich entfallende Lichtleistung aufweist. Der Wert ist zur Visualisierung als Muster dargestellt und Teilbereiche mit gleichen Werten sind gleich gemustert. Diese Darstellungsform ist analog der Darstellung einer „Heat Map“ gewählt, um die Werte einer zweidimensionalen Definitionsmenge zu visualisieren.
Das Raster in 7a ist so fein, dass die einzelnen Teilbereiche nicht einzeln voneinander unterscheidbar sind. Mit anderen Worten, die für die Aufnahmen der 7a verwendeten Thermokamera ermöglicht aufgrund ihrer sehr hohen Pixelzahl eine sehr detaillierte Ortsauflösung des Probenkörpers.
Der Probenkörper der 7a ist vergleichbar mit der in 3 dargestellten Anordnung 1 und weist einen Hohlraum in der Lotschicht als Anomalität auf. Der Hohlraum ist in der Illustration als kreisförmiger Bereich 35 mit erhöhter Temperatur erkennbar.
In 7b ist eine Illustration für einen anderen Probenkörper auf gleiche Weise wie in 7a dargestellt. Der Probenkörper der 7b ist vergleichbar mit der in 3 dargestellten Anordnung 1 und weist eine Delamination der Silberbeschichtung als Anomalität auf. Die Delamination ist in der Illustration als größerer Flächenbereich 37 mit erhöhter Temperatur erkennbar.
In beiden Fällen rührt die erhöhte Temperatur von der Anomalität im Probenkörper. Denn durch die Anomalität wird ein Abfließen der von dem Einstrahlungslicht in das Keramiksubstrat eingebrachten Wärme in Richtung Wärmespreizer gemindert. Dies führt entsprechend zu lokalen Hotspots 35 und 37.
Diese Anomalitäten lassen sich automatisiert feststellen, indem beispielsweise die Darstellung der 7a bzw. der 7b mit Schwellenwertdetektor und/oder einem Kantendetektor gefiltert wird. Dadurch lassen sich die Bereiche mit erhöhten Qualitätskennwerten, wie die Bereiche 35 und 37 detektieren. Daraufhin kann eine entsprechende Probe in einem automatisierten Verfahren aussortiert werden.
In 7a und 7b wurden, um die Zuordnung zu erleichtern, für gleiche Merkmale wie bei der Anordnung 1 (3) gleiche Bezugszeichen verwendet, wenngleich es sich um jeweils separate Probenkörper handelt.
Es ist dabei interessant, den Einfluss zu studieren, den das Berücksichtigen der auf die Teilbereiche jeweils entfallende Lichtleistung hat, wenn eine Lichtquelle mit inhomogenem Beleuchtungsprofil verwendet wird.
Insoweit zeigen 8a und 8b Illustrationen von Ergebnissen des Auswertens von Temperaturne von Teilbereichen von Probenkörper jeweils vor und nach Berücksichtigung der Lichtleistung.
Jede Figur weist im oberen Bild eine Illustration des Ergebnisses des Auswertens von Temperaturen von Teilbereichen eines realen Probenkörpers auf, wobei die Lichtleistung noch nicht berücksichtigt wurde. Im jeweils unteren Bild ist die Illustration des Ergebnisses mit berücksichtigter Lichtleistung dargestellt.
In 8a, oberes Bild, ist gut erkennbar, wie infolge der Bestrahlung mit Einstrahlungslicht ein zentraler Bereich des Probenkörpers (vergleichbar der Anordnung 1) eine erhöhte Temperaturdifferenz aufweist. Diese rührt von der in diesem Bereich höheren Lichtleistung des Einstrahlungslichts. Wenn jedoch diese inhomogene Intensitätsverteilung mittels der auf die Teilbereiche entfallenden Lichtleistungen berücksichtigt wird, vgl. unteres Bild in 8a, treten die durch den Probenkörper bedingten Bereiche unterschiedlicher Wärmeleitung, wie hier die Eckbereichen des Keramiksubstrats, in Erscheinung.
Auch in 8b zeigt sich, dass durch Berücksichtigung der auf die Teilbereiche entfallenden Lichtleistungen die lediglich im linken Kantenbereich des Keramiksubstrats bestehende probenbedingte Aufheizung sichtbar wird.
9a und 9b illustrieren die Bestimmung der Qualitätskennwerte aus den ortsaufgelöst, also für die einzelnen Teilbereiche, gemessenen Temperaturdifferenzen und Lichtleistungen eines Probenkörpers (wie beispielsweise Anordnung 1) und zeigen in ähnlicher Weise wie bereits 8a-b unterschiedliche Daten für die Teilbereiche des Probenkörpers.
Dabei zeigt 9a die Situation für eine Bestrahlung mit Einstrahlungslicht, das ein kreisförmiges, Gaußsches Strahlprofil aufweist. Und 9b zeigt die Situation für eine Bestrahlung mit Einstrahlungslicht, das ein quadratisches und innerhalb des Quadrats nahezu homogenes Strahlprofil aufweist.
In der ersten Zeile der 9a und 9b sind die gemessenen Temperaturdifferenzen dargestellt. Da die Teilbereiche sehr klein sind, sind sie nicht einzeln aufgelöst. In der zweiten Zeile ist das Leistungsprofil des Einstrahlungslichts dargestellt, das diese Temperaturdifferenz hervorgerufen hat.
Bei der Bestimmung des Qualitätskennwertes wird der Einfluss des Leistungsprofils herausgerechnet.
10 zeigt für zwei unterschiedlich dicke homogene Probenkörper (Konverteranordnungen) die mit einem Verfahren gemäß der Erfindung ermittelten Qualitätskennwerte der innerhalb eines zentralen Bereich des Probenkörpers vorhandenen Teilbereiche.
Dies zeigt deutlich, dass auch die Messung der Qualitätskennwerte an homogenen Probenkörpern möglich ist. Damit kann die Abhängigkeit der Qualitätskennwerte von der Dicke gezeigt werden.
11 zeigt rechts die ortsaufgelöste Messung der Qualitätskennwerte an einem Probenkörper, der eine lokale Anomalität aufweist. Die vergleichende Röntgenaufnahme des Probenkörpers links zeigt, dass diese lokale Anomalität mit einer Fehlstelle in der Lotschicht der Lumineszenzkonverteranordnung verknüpft ist. Bei der Röntgenaufnahme ist die Grauswertskale zur besseren Visualisierung von Defekten invertiert. Dunkle Bereiche bezeichnen eine höhere Röntgentransmission.
Die in der vorangehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste

1: Lumineszenzkonverteranordnung
3: Keramiksubstrat
5: Wärmespreizer
6: Wärmesenke
7: Silberbeschichtung
8: Spiegelschicht
9: Lötverbindung
10: Klebeschicht
11: Laserstrahl
13: Licht
15: Optik
17: Anomalität
19: Anomalität
20: Anomalität
21: Laser
23: Lichtleiter
25: Auskoppelelement
27: Einstrahlungslicht
29: Optik
31: Thermokamera
33: Pixel
35: Bereich
37: Bereich
X1: Zeitpunkt
X2: Zeitpunkt
X3: Zeitpunkt
X4: Zeitpunkt
T1: Temperatur
T2: Temperatur
T3: Temperatur
T4: Temperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013100832 A1 [0063]
DE 102013100821 A1 [0063]
DE 102012005654 A1 [0063]

Claims

Verfahren zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes von wenigstens einem Bereich eines Probenkörpers, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen wenigstens eines Probenkörpers; Bestrahlen zumindest eines Oberflächenbereichs des Probenkörpers mit Einstrahlungslicht; Messen von einer ersten Temperatur für jeweils jeden von einem oder mehreren Teilbereichen des Oberflächenbereichs; und Ermitteln eines Qualitätskennwertes für jeden Teilbereich basierend auf der für den jeweiligen Teilbereich gemessenen ersten Temperatur und einer Referenztemperatur des Teilbereichs sowie der auf den jeweiligen Teilbereich einfallenden Lichtleistung des Einstrahlungslichtes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei (i) der Probenkörper Glas, Glaskeramik, Phosphor in Glas (PIG) und/oder Keramik aufweist oder daraus besteht; und/oder (ii) der Probenkörper zumindest eine Lumineszenzkonverteranordnung oder Teile davon aufweist oder darstellt, und wobei vorzugsweise die Lumineszenzkonverteranordnung zumindest einen keramischen Lumineszenzkonverter, insbesondere umfassend zumindest ein Keramiksubstrat, wie beispielsweise zumindest ein mit Cer-dotiertes YAG- und/oder LuAG-Keramiksubstrat, und/oder zumindest einen Wärmespreizer, vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium und/oder Keramik, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest basierend auf den für die einzelnen Teilbereiche ermittelten Qualitätskennwerten (a) die opto-thermische Impedanz dieser Teilbereiche ermittelt wird oder diese durch die Qualitätskennwerte dargestellt ist, (b) eine Eigenschaft des Probenkörpers als thermisches Qualitätsmaß festgestellt wird, und/oder (c) lokale Anomalitäten des Probenkörpers, wie beispielsweise thermische Hotspots des Probenkörpers, als thermisches Qualitätsmaß festgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner aufweist: Messen und/oder Ermitteln von einer zweiten Temperatur für jeweils jeden der Teilbereiche, für die eine erste Temperatur gemessen wurde, wobei die zweiten Temperaturen die Referenztemperaturen der jeweiligen Teilbereiche darstellen oder die Referenztemperaturen mittels der zweiten Temperaturen ermittelbar sind und/oder ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ersten Temperaturen der einzelnen Teilbereiche zu jeweils einem, vorzugsweise gemeinsamen, ersten Zeitpunkt gemessen werden, wobei vorzugsweise der erste Zeitpunkt nach dem Beginn, während und/oder vor dem Ende des Bestrahlens des Oberflächenbereichs des Probenkörpers mit dem Einstrahlungslicht liegt, insbesondere (a) mindestens 0,01 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,03 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,05 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,07 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 2 Sekunden, vorzugsweise mindestens 3 Sekunden, vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, (b) maximal 10 Sekunden, vorzugsweise maximal 7 Sekunden, vorzugsweise maximal 5 Sekunden, vorzugsweise maximal 3 Sekunden, vorzugsweise maximal 1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,7 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,5 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,3 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,07 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,05 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,03 Sekunden, und/oder (c) zwischen 0,01 Sekunden und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunde und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunden und 1 Sekunde, nach dem Beginn und/oder vor dem Ende liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweiten Temperaturen der einzelnen Teilbereiche zu jeweils einem, vorzugsweise gemeinsamen, zweiten Zeitpunkt gemessen werden, wobei vorzugsweise der zweite Zeitpunkt vor dem Beginn und/oder nach dem Ende des Bestrahlens des Oberflächenbereichs des Probenkörpers mit dem Einstrahlungslicht liegt, insbesondere (a) mindestens 0,01 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,03 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,5 Sekunden, vorzugsweise mindestens 0,1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 1 Sekunde, vorzugsweise mindestens 2 Sekunden, vorzugsweise mindestens 3 Sekunden, vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, (b) maximal 10 Sekunden, vorzugsweise maximal 7 Sekunden, vorzugsweise maximal 5 Sekunden, vorzugsweise maximal 3 Sekunden, vorzugsweise maximal 1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,5 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,1 Sekunde, vorzugsweise maximal 0,05 Sekunden, vorzugsweise maximal 0,03 Sekunden, und/oder (c) zwischen 0,01 Sekunden und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunde und 10 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,1 Sekunden und 5 Sekunden, vor dem Beginn und/oder nach dem Ende liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede erste Temperatur eine Oberflächentemperatur des Probenkörpers ist; und/oder wobei jede zweite Temperatur eine Oberflächentemperatur des Probenkörpers ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Messen der ersten Temperaturen aufweist: Aufnehmen wenigstens eines ersten Bildes des Probenkörpers, vorzugsweise zum ersten Zeitpunkt, mittels wenigstens einer ersten Thermokamera, und Ermitteln der ersten Temperaturen für jeden Teilbereich aus den Bild-Informationen des wenigstens einen ersten Bildes, wobei vorzugsweise (i) das aufgenommene erste Bild eine Vielzahl von Pixeln aufweist, und jeder Teilbereich von wenigstens einem Pixel zumindest teilweise abgedeckt wird, und anhand der von der Kamera zu den einzelnen Pixeln bereitgestellten Bild-Informationen, wie Temperaturwerte, die ersten Temperaturen ermittelt werden, und/oder (ii) die erste Temperatur aus mehreren ersten Bildern berechnet wird, vorzugsweise durch Extrapolation der Temperaturverläufe der einzelnen Pixel für den Zeitpunkt des Ein- oder Ausschaltens des Einstrahlungslichts.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Messen der zweiten Temperaturen aufweist: Aufnehmen wenigstens eines zweiten Bildes des Probenkörpers, vorzugsweise zum zweiten Zeitpunkt, mittels wenigstens einer zweiten und/oder der ersten Thermokamera, und Ermitteln der zweiten Temperaturen für jeden Teilbereich aus den Bild-Informationen des wenigstens einen zweiten Bildes, wobei vorzugsweise (i) das aufgenommene zweite Bild eine Vielzahl von Pixeln aufweist, und jeder Teilbereich von wenigstens einem Pixel zumindest teilweise abgedeckt wird, und anhand der von der Kamera zu den einzelnen Pixeln bereitgestellten Bild-Informationen, wie Temperaturwerte, die zweiten Temperaturen ermittelt werden, und/oder (ii) die zweite Temperatur aus mehreren zweiten Bildern berechnet wird, vorzugsweise durch Extrapolation der Temperaturverläufe der einzelnen Pixel für den Zeitpunkt des Ein- oder Ausschaltens des Einstrahlungslichts.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln eines Qualitätskennwertes eines Teilbereichs aufweist: Berechnen des Qualitätskennwertes des Teilbereichs, zumindest basierend auf einer Temperaturdifferenz, die zwischen der ersten Temperatur des Teilbereichs und der Referenztemperatur des Teilbereichs gebildet wird, wobei vorzugsweise zur Berechnung des Qualitätskennwertes (i) ferner die Temperaturdifferenz durch die auf den jeweiligen Teilbereich einfallende Lichtleistung dividiert wird, (ii) die Temperaturdifferenz durch den Quotienten aus der auf den jeweiligen Teilbereich einfallenden Lichtleistung und dessen Fläche dividiert wird und/oder (iii) die auf den jeweiligen Teilbereich einfallende Lichtleistung des Einstrahlungslichtes, insbesondere indem die Differenz der Temperaturen durch die Lichtleistung dividiert wird, berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner aufweist: Feststellen von, vorzugsweise lokalen, Anomalitäten des Probenkörpers basierend auf den ermittelten Qualitätskennwerten der Teilbereiche, wobei das Feststellen von Anomalitäten des Probenkörpers vorzugsweise aufweist: Feststellen von Teilbereichen, deren Qualitätskennwert einen Grenzwert überschreiten, unterschreiten und/oder innerhalb definierter oder definierbarer Grenzen verlaufen, als Anomalitäts-Teilbereiche, und vorzugsweise Zuordnen der Anomalitäts-Teilbereiche zu einem oder mehreren Flächen- und/oder Volumen-Bereichen des Probenkörpers und/oder charakterisieren und/oder klassifizieren der Anomalitäts-Teilbereiche hinsichtlich des Typs der Anomalität, wie insbesondere Delamination, Blasen-Einschluss, Partikel und/oder Verschmutzung auf der Oberfläche, und/oder Einschluss oder Verschmutzung im Volumen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei (i) der Oberflächenbereich des Probenkörpers homogen mit dem Einstrahlungslicht bestrahlt wird, insbesondere die Bestrahlungsstärke an zwei verschiedenen Orten des Oberflächenbereichs um höchstens 20%, vorzugsweise um höchstens 10%, vorzugsweise um höchstens 5%, vorzugsweise um höchstens 1%, unterschiedlich ist; (ii) die Bestrahlungsstärke an jedem Ort des Oberflächenbereichs des Probenkörpers (a) mindestens 0,1 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 1 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 3 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 5 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 10 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 30 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 50 Watt/mm², vorzugsweise mindestens 70 Watt/mm², (b) höchstens 100 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 50 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 10 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 5 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 3 Watt/mm², vorzugsweise höchstens 1 Watt/mm², und/oder (c) zwischen 0,1 Watt/mm² und 100 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 50 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 30 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 10 Watt/mm², vorzugsweise zwischen 1 Watt/mm² und 5 Watt/mm², beträgt; und/oder (iii) das Einstrahlungslicht Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist, insbesondere im Wellenlängenbereich von 430 nm bis 490 nm, vorzugsweise im Wellenlängenbereich von 445 nm bis 465 nm, und/oder von einem Laser stammt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei (i) das Keramiksubstrat eine Dicke von (a) mindestens 30 µm, vorzugsweise mindestens 80 µm, vorzugsweise mindestens 100 µm, (b) höchstens 400 µm, vorzugsweise höchstens 300 µm, vorzugsweise höchstens 250 µm, vorzugsweise höchstens 225 µm, vorzugsweise höchstens 200 µm, und/oder (c) zwischen 30 µm und 400 µm, vorzugsweise zwischen 60 µm und 300 µm, vorzugsweise zwischen 80 µm und 225 µm, aufweist; (ii) das Keramiksubstrat zumindest auf einer Hauptseite zumindest bereichsweise beschichtet ist, insbesondere mit einer Silberbeschichtung; und/oder (iii) das Keramiksubstrat, insbesondere mit der beschichteten Seite, auf dem Wärmespreizer angeordnet, insbesondere auf diesem aufgelötet, ist, vorzugsweise unter Ausbildung einer Lotschicht zwischen Wärmespreizer und Keramiksubstrat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei (i) der Temperaturabfall der bestrahlten Teilbereiche nach dem Ende der Bestrahlung bei der Ermittlung des Maßes für eine Temperaturverteilung der einzelnen Teilbereiche berücksichtigt wird und/oder (ii) eine Mittelung und/oder Extrapolation der Temperaturverläufe der einzelnen Teilbereiche vor, während und/oder nach dem Einschalten des Einstrahlungslichtes durchgeführt und bei der Ermittlung des Maßes für eine Temperaturverteilung der einzelnen Teilbereiche berücksichtigt wird.
Vorrichtung, aufweisend eine Lichtquelle, wie insbesondere einen Laser, zum Aussenden von Einstrahlungslicht und wenigstens eine Messvorrichtung, wie insbesondere wenigstens eine Thermokamera, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, (i) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen und/oder (ii) zumindest das Folgende auszuführen: Bestrahlen zumindest eines Oberflächenbereichs eines Probenkörpers mit Einstrahlungslicht aus der Lichtquelle; Messen von einer ersten Temperatur für jeweils jeden von einem oder mehreren Teilbereichen des Oberflächenbereichs mit der Messvorrichtung; und/oder Ermitteln eines Qualitätskennwertes für jeden Teilbereich basierend auf der für den jeweiligen Teilbereich gemessenen ersten Temperatur und einer Referenztemperatur des Teilbereichs sowie der auf den jeweiligen Teilbereich einfallenden Lichtleistung des Einstrahlungslichtes, insbesondere mittels einer von der Vorrichtung ferner umfassten Recheneinheit.