Zerstörungsfreie Prüfung der Haftqualität von adhäsiven und diffusionsgeschweißten Verbindungen mit Nichtlinearem Ultraschall

Aufgrund der heute immer größer werdenden Anforderungen an Bauteile, wie z. B. Miniaturisierung, Gewichtsersparnis, Temperaturbeständigkeit, aber auch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit (kostengünstige Produktion durch Sandwichbauweise) gewinnen Fügetechnologien z. B. Kleben, Beschichten oder Diffusionsschweißen an Bedeutung. Die mechanischen Eigenschaften sowie die Lebensdauer eines Bauteils und folglich seine Einsatzqualität werden dabei maßgeblich durch die an den Grenzflächen vorliegenden Eigenschaften bestimmt. Die zur Zeit gängigen zerstörungsfreien Prüfverfahren, wie Ultraschallprüfung, Röntgenverfahren und Thermografie werden zur Beurteilung der Haftung von Materialverbunden im technisch interessanten Bereich eingesetzt. Es wird die Durchlässigkeit des Materialverbundes für die entsprechende Energieform als Kriterium zur Beurteilung der Fügeschicht herangezogen. Es wird ein kürzlich entwickeltes, erweitertes zerstörungsfreies Ultraschallprüfverfahren zur Beurteilung der Haftqualität von Materialverbunden vorgestellt. Das zugrunde gelegte Modell beschreibt die Fügestelle anhand zweier zusammengehaltener Oberflächen, die einen sehr kleinen Abstand im nm-Bereich zueinander besitzen und eine nichtlineare Übertragungsfunktion besitzen. Je stärker die Nichtlinearität ist, um so stärker wird eine Ultraschallwelle verzerrt, d. h. neben der Grundfrequenz treten Oberwellenanteile mit der zweifachen, dreifachen bzw. vierfachen Anregungsfrequenz auf. Die Amplituden der höeheren Harmonischen werden ausgewertet und zur Beurteilung der Qualität der Fügestelle herangezogen. Möglichkeiten zur Kalibrierung des Verfahrens mit zerstörenden Tests werden am Beispiel diffusionsgebondeter Silizium-Silizium und Silizium-Glas Wafer aufgezeigt.