Patent DE-102016217719-B4 (DE)
Title: Dynamische Messung des thermischen Widerstandes von Kontaktierungen auf thermoelektrischen Proben
Inventor: MÜLLER ECKHARD
IPC: G01N25/18
Filed: 2016-09-16
Granted: 2019-02-07
Abstract: Verfahren zur dynamischen Messung des Kontakt-Wärmewiderstandes R C   th  zwischen zwei Fügepartnern, wobei wenigstens einer der Partner ein Substrat (1) ist, das ein thermoelektrisches Material umfasst, wobei das Substrat (1) zwischen zwei gleich oder unterschiedlich temperierten Blöcken (2a, 2b) angeordnet und mit diesen über ein Kontaktmaterial (3a, 3b) flächig in Verbindung gebracht ist, wobei an jedem Block (2a, 2b) wenigstens eine Stromzuführung, über die ein elektrischer Gleichstrom durch das Substrat (1) geleitet werden kann, eine elektrische Sondenleitung zur Spannungsmessung, über welche der Spannungsabfall zwischen den Blöcken (2a, 2b) gemessen werden kann, sowie wenigstens eine Temperaturmessstelle angebracht ist, umfassend:
 a) Zuführen eines Gleichstroms über die Blöcke (2a, 2b), so dass ein elektrischer Strom I 0  von einem Block (2a, 2b) zu dem anderen Block (2a, 2b) fließt, wobei der Strom durch das Kontaktmaterial (3a, 3b), das Substrat (1) und erneut das Kontaktmaterial (3a, 3b) fließt,
 b) Abschalten oder Umschalten des Stromes auf einen anderen konstanten Wert zum Zeitpunkt t 0 , wobei die Änderung des Stromes mit I bezeichnet wird, und
 c) zeitlich aufgelöste Messung der Spannung über einen Zeitraum unmittelbar nach Abschalten des Stromes, wobei der Zeitraum wenigstens während einer Halbwertszeit des raschen Abklingens und mit einer Abtastrate erfolgt, die es ermöglicht, innerhalb der ersten Halbwertszeit wenigstens 10 bis 100 Messwerte (Spannungswerte) aufzuzeichnen, oder mittels einer anderen Methodik, die es gestattet, auf den Anfangswert der relaxierenden Messspannung unmittelbar nach Abschalten des Stromes v 1 (t 0 ) zurück zu schließen,
 d) anschließende zeitaufgelöste Messung der Spannung über einen Zeitraum, beginnend nachdem die erste Relaxation weitgehend abgeklungen ist, in welchem sich das System im Wesentlichen auf den neuen Gleichgewichtszustand einstellt, mit einer Datenrate von mindestens 5 bis 20 Werten pro Halbwertszeit des langsamen Abklingens beim Einlaufen in den neuen Gleichgewichtszustand, oder mittels einer anderen Methodik, die es gestattet, auf den Anfangswert v 1,fit (t 0 ) der zweiten, langsameren Relaxation bezogen auf den Abschalt-/Umschaltzeitpunkt des Stromes t 0  zurückzuschließen,
 e) lineare oder exponentielle Extrapolation des gemessenen Spannungsabfalls in Schritt c) zum Erhalt eines Anfangswertes v 1 (t 0 ) zum Zeitpunkt t 0  und lineare oder exponentielle Extrapolation des gemessenen Spannungsabfalls in Schritt d) zum Erhalt einer Basislinie v 1,fit (t) bis zum Zeitpunkt t 0 ,
 f) Bestimmung des Temperaturunterschieds ΔT = (V 1 (t 0 ) - V 1,fit (t 0 ))/S zwischen der in Schritt e) erhaltenen Basislinie zum Zeitpunkt t 0  sowie des extrapolierten Messwertes aus Schritt c) zum Zeitpunkt t 0 , wobei S die Differenz der Seebeck-Koeffizienten des thermoelektrischen Materials (Substrats (1)) und des Fügepartners (Kontaktmaterials (3a, 3b)) bezeichnet, und
 g) Berechnung des Kontakt-Wärmewiderstandes R C   th  nach
         R   C             th       =       Δ   T     P       (     P   =   P   e   l   t   i   e   r   w   ä   r   m   e   s   t   r   o   m     )     .