Mit zunehmender Leistungsdichte moderner Bauelemente wird die effiziente Ableitung von Verlustwärme zu einem zentralen Engpass. Eine neue Untersuchung kombiniert gepulste Laseranregung mit Röntgenbildgebung, um den Wärmetransport auf Mikrometerskala direkt sichtbar zu machen. Im Fokus stehen dabei nicht die Bauteile selbst, sondern die feinen strukturellen Unregelmäßigkeiten in den verwendeten Substraten und Verbindungsschichten, die den Wärmefluss lokal behindern können.

Die Messmethode erlaubt es, sogenannte Mikroflüsse der Wärmeausbreitung in Echtzeit zu verfolgen und mit der tatsächlichen Materialstruktur in Verbindung zu bringen. Dabei zeigte sich, dass bereits kleinste Poren, Korngrenzen oder Grenzflächendefekte lokale Hotspots erzeugen können, die in klassischen, makroskopischen Simulationsmodellen kaum erfasst werden. Solche Effekte gewinnen an Bedeutung, je kleiner und leistungsdichter Packages und Interconnects werden.

Bedeutung für Montage und Packaging

Für die Aufbau- und Verbindungstechnik ergibt sich daraus ein direkter Handlungsbedarf: Die Wahl von Lotmaterialien, Die-Attach-Schichten und Substraten muss künftig stärker unter dem Aspekt der thermischen Mikrostruktur bewertet werden, nicht nur anhand mittlerer Wärmeleitfähigkeitswerte. Die vorgestellte Messtechnik könnte hier als Werkzeug dienen, um Fertigungsprozesse gezielt so anzupassen, dass thermisch kritische Defekte reduziert werden.

Langfristig könnten solche Erkenntnisse in verbesserte Designregeln für die Leistungselektronik einfließen, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Schaltfrequenz und kompakter Bauweise, etwa in der Automobil- und Serverelektronik.