Founded by Dr.-Ing. Matthias Heinze and Dr.-Ing. Matthias Krauß, InfraTec was officially entered into the Dresden Commercial Register on June 24, 1991. From the very beginning, the young company focused on compact infrared detectors for gas analysis as well as pyrometric and thermographic measurement technology – and thus successfully established itself in the market.

In its Infrared Sensor Division, InfraTec develops and manufactures custom optoelectronic components – particularly pyroelectric detectors – for customers worldwide. These are used in a wide range of applications, including medical and industrial gas analysis, process gas analysis, security technology, and spectroscopy. InfraTec detectors are also in demand in space, where they support the precise alignment of satellites with Earth.

Continuous, Self-driven Growth
InfraTec’s growth is closely linked to the consistent expansion of its manufacturing capacities, product portfolios, and international structures. Shortly after the company was founded, its original offices became too small, leading to a move to the TechnologieZentrumDresden in 1993. There, the first complete production line for pyroelectric detectors was established – marking the starting point for a steady expansion of production. With the increasing demand for high-performance detectors, production capacities were expanded several times starting in 2000. At the same time, InfraTec streamlined its product portfolio and developed new concepts for miniaturizing its components.

International expansion followed in quick succession: In 2007, InfraTec established a subsidiary in the United States to specifically serve the North American market. Growing demand in the United States, Canada, and South America led to a further expansion of its local presence in 2020. A direct sales channel has been available to all European customers of the Infrared Sensor Division since 2014.

By continuously expanding its facilities, the company is reaffirming its commitment to Dresden. Between 2018 and 2024, InfraTec invested a total of approximately 40 million euros in new cleanrooms, state-of-the-art manufacturing facilities, development areas, and office and common spaces. The latest expansion project resulted in an energy-efficient building, equipped with photovoltaic systems to sustainably power the cleanroom technology.

The launch of the company’s own DLaTGS crystal growth laboratory in 2023 paved the way for the in-house development of high-performance detectors in the PYRONEER® family. Since then, every step in the production of DLaTGS detectors for FTIR spectroscopy has been carried out entirely in-house.

Research and process engineer Dr. Antje Schlieter sees InfraTec’s broad technological expertise in the sensor technology division as a decisive competitive advantage: "We handle all process steps in-house, including the in-house synthesis of DLaTGS and chip manufacturing. Furthermore, we have consolidated all expertise on-site, from the coating of pyroelectric chips through the assembly and interconnection technology of the detectors to the final electro-optical measurement.” This gives InfraTec a high degree of independence and flexibility. Moreover, the staff is well-versed in modern methods for simulation, manufacturing, and testing, as well as in the various applications of infrared detectors. “This enables us to produce prototypes, small batches, and high-volume production runs of the highest quality,” Dr. Antje Schlieter adds.

Research and Development as the Engine of Technological Innovation
From the very beginning, InfraTec’s technological success has been based on intensive and ongoing research and development. This led to the development of spectrally tunable infrared detectors based on micromechanical Fabry-Pérot filters. These detectors have received international recognition, including the SENSOR Innovation Award, the Prism Award for Photonics Innovation, and the “Best of Show” Award at SENSORS EXPO.

InfraTec consistently expanded its leadership in innovation in the years that followed. New detector designs enabled a higher number of measurement channels while maintaining a compact form factor, integrated temperature compensation and improved signal quality. Examples of this development include miniaturized multichannel detectors for gas and flame sensing, featuring an integrated temperature sensor or heating resistors that allow users to test the detectors themselves as needed. For example, a detector with a diameter of just 5.3 mm can accommodate two spectral channels, while a detector with a diameter of 15.2 mm can accommodate as many as eight channels.

With the introduction of the PyrIQ® digital detectors, InfraTec has been able to tap into new application areas and simplify the integration of the detectors into modern measurement systems. Complementary evaluation kits help customers significantly reduce development times.

A recent technological highlight is the introduction of the new PYRONEER® series based on DLaTGS crystals. These high-performance detectors are characterized by an excellent signal-to-noise ratio, high modulation frequencies and consistently high sensitivity across the entire spectral range. At the same time, existing detector families are continuously being further developed and adapted to latest manufacturing technologies.

Extensive Portfolio for Customized Solutions
A key reason for the success of the Infrared Sensor Division is its flexible solutions. The InfraTec portfolio comprises a total of 50 basic models, each of which is suited to varying degrees for applications in gas analysis, flame sensing, or spectrometric processes. Based on application-oriented consulting, customers can configure a detector that precisely matches their measurement task.

The basic models can be adapted to the specific requirements of the application using a modular design approach through the careful selection of detector components (e.g., IR filters, amplifier circuits, detector housings). The flexible production setup enables customers to order both industrial batch sizes and small test quantities. Depending on the planned production volumes, it is also possible to implement fully customized solutions.

“The unique combination of industrial expertise as a manufacturer and characterizer of optoelectronic components is a clear benefit when it comes to solving our customers’ demanding measurement tasks,” says Janka Haubold, Sales Director for the Infrared Sensor Division at InfraTec, with confidence. “Our customers also appreciate the high level of organization and the dedication with which we tackle the tasks at hand.” Ronny Steinert, shift supervisor in detector manufacturing, adds: “Even with complex tasks and under tight deadlines, we develop solutions that convince our customers. With our flexibility and a dedicated team, we ensure that our customers can always count on the highest quality and reliability.”

Gegründet von Dr.-Ing. Matthias Heinze und Dr.-Ing. Matthias Krauß, wurde InfraTec am 24. Juni 1991 offiziell in das Handelsregister Dresden eingetragen. Schon früh setzte das junge Unternehmen auf kompakte Infrarot-Detektoren für die Gasanalyse sowie auf pyrometrische und thermografische Messtechnik – und etablierte sich damit erfolgreich am Markt.

Im Geschäftsbereich Infrarot-Sensorik entwickelt und produziert InfraTec für Kunden weltweit maßgeschneiderte optoelektronische Komponenten, insbesondere pyroelektrische Detektoren. Diese kommen in zahlreichen Applikationen zum Einsatz, unter anderem in der medizinischen und industriellen Gasanalyse, zur Prozessgasanalyse, in der Sicherheitstechnik sowie in der Spektroskopie. Auch im Weltall sind InfraTec-Detektoren gefragt. Dort unterstützen sie die präzise Ausrichtung von Satelliten zur Erde.

Kontinuierliches Wachstum aus eigener Kraft
Das Wachstum von InfraTec ist eng mit dem konsequenten Ausbau von Fertigungskapazitäten, Produktportfolios und internationalen Strukturen verbunden. Bereits kurz nach der Gründung wurden die ursprünglichen Geschäftsräume zu klein, sodass 1993 der Umzug in das TechnologieZentrumDresden erfolgte. Dort entstand die erste vollständige Fertigungslinie für pyroelektrische Detektoren – der Startpunkt für einen stetigen Ausbau der Produktion. Mit der zunehmenden Nachfrage nach leistungsfähigen Detektoren wurden die Fertigungskapazitäten ab dem Jahr 2000 mehrfach erweitert. Parallel dazu strukturierte InfraTec sein Produktportfolio klarer und entwickelte neue Konzepte zur Miniaturisierung seiner Komponenten.

Die internationale Expansion folgte konsequent: 2007 gründete InfraTec eine Tochtergesellschaft in den USA, um den nordamerikanischen Markt gezielt zu betreuen. Die wachsende Nachfrage in den USA, Kanada und Südamerika führte 2020 zu einer weiteren Verstärkung der lokalen Präsenz. Allen europäischen Kunden des Geschäftsbereiches Infrarot-Sensorik steht bereits seit 2014 einen direkter Vertriebskanal zur Verfügung.

Mit dem umfassenden Ausbau des Standorts unterstreicht das Unternehmen immer wieder seine Bindung zu Dresden. Zwischen 2018 und 2024 investierte InfraTec insgesamt rund 40 Millionen Euro in neue Reinräume, moderne Fertigungsanlagen, Entwicklungsflächen sowie Büro- und Sozialbereiche. Mit dem jüngsten Erweiterungsbau entstand ein energieeffizientes Gebäude nach KfW-55-Standard, ausgestattet mit Photovoltaik zur nachhaltigen Versorgung der Reinraumtechnik.

Die Inbetriebnahme eines eigenen Züchtungslabors für DLaTGS-Kristalle hat im Jahr 2023 die Voraussetzung für die Eigenentwicklung von High-Performance-Detektoren der PYRONEER®-Familie geschaffen. Sämtliche Schritte zur Herstellung der DLaTGS-Detektoren für die FTR-Spektroskopie erfolgen seither vollständig im eigenen Haus.

Dass InfraTec im Geschäftsbereich Sensorik technologisch so breit aufgestellt ist, sieht Entwicklungsingenieurin Dr. Antje Schlieter als einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil: „Wir decken neben der Inhouse-Synthese des DLaTGS bis hin zur Chipherstellung alle Prozessschritte intern ab. Zudem haben wir alle Kompetenzen vor Ort gebündelt, von der Beschichtung der pyroelektrischen Chips über die Aufbau- und Verbindungstechnik der Detektoren bis hin zur elektro-optischen Endmessung.“ Das mache InfraTec weitestgehend unabhängig und sehr flexibel. Zudem sei das Personal mit modernen Methoden für Simulation, Fertigung und Test aber auch mit den verschiedenen Anwendungen der Infrarot-Detektoren vertraut. „Dadurch fertigen wir Prototypen, Kleinserien und hohe Stückzahlen in höchster Qualität“, gibt Dr. Antje Schlieter weiter zu Protokoll.

Forschung und Entwicklung als technologischer Motor
Der technologische Erfolg von InfraTec basiert von Anfang an auf einer intensiven und kontinuierlichen Forschungs- und Entwicklungsarbeit. So entstanden im Unternehmen spektral durchstimmbare Infrarotdetektoren auf Basis mikromechanischer Fabry-Pérot-Filter. Diese Detektoren wurden international ausgezeichnet, unter anderem mit dem SENSOR Innovationspreis, dem Prism Award for Photonics Innovation sowie dem „Best of Show“-Award der SENSORS EXPO.

In den folgenden Jahren baute InfraTec seine Innovationsführerschaft konsequent aus. Neue Detektorkonzepte ermöglichten eine höhere Anzahl an Messkanälen bei gleichzeitig kompakter Bauform, die integrierte Temperaturkompensation sowie eine verbesserte Signalqualität. Beispiele für diese Entwicklung sind miniaturisierte Mehrkanaldetektoren für die Gas- und Flammensensorik, mit integriertem Temperatursensor oder mit Heizwiderständen, mit denen Anwender die Detektoren bei Bedarf selbst testen können. So passen n einen Detektor von gerade einmal 5,3 mm Durchmesser zwei spektrale Kanäle, bei einem Durchmesser von 15,2 mm können sogar acht Kanäle untergebracht werden.

Mit der Einführung der digitalen PyrIQ®-Detektoren konnte sich InfraTec neue Anwendungsfelder erschließen und die Integration der Detektoren in moderne Messsysteme vereinfachen. Ergänzende Evaluation Kits unterstützen Kunden dabei, Entwicklungszeiten deutlich zu verkürzen.

Ein aktueller technologischer Höhepunkt ist die Einführung der neuen PYRONEER®-Serie auf Basis von DLaTGS-Kristallen. Diese High-Performance-Detektoren zeichnen sich durch ein exzellentes Signal-Rausch-Verhältnis, hohe Modulationsfrequenzen und eine gleichmäßig hohe Empfindlichkeit über den gesamten Spektralbereich aus. Parallel dazu werden bestehende Detektorfamilien kontinuierlich weiterentwickelt und an modernste Fertigungstechnologien angepasst.

Umfangreiches Portfolio für individuelle Lösungen
Ein wesentlicher Grund für den Erfolg des Geschäftsbereiches Infrarot-Sensorik ist die Flexibilität der Lösungen.  Das InfraTec-Portfolio umfasst insgesamt 50 Grundtypen, die in ihren Ausprägungen unterschiedlich gut für die Anwendungen in der Gasanalyse, der Flammensensorik oder für spektrometrische Verfahren geeignet sind. Basierend auf einer anwendungsorientierten Beratung können sich die Kunden daraus einen exakt zu ihrer Messaufgabe passenden Detektor konfigurieren.

Die Grundtypen lassen sich nach dem Baukastenprinzip durch geschickte Auswahl der Detektorkomponenten (z. B. IR-Filter, Verstärkerschaltung, Detektorgehäuse) an die konkreten Bedürfnisse der Anwendung anpassen. Die flexibel organisierte Fertigung ermöglicht es den Kunden, sowohl industrielle Losgrößen als auch kleine Testmengen zu ordern. In Abhängigkeit von den geplanten Serienstückzahlen ist zudem die Umsetzung komplett kundenspezifischer Lösungen möglich.

„Die einzigartige Kombination aus industrieller Expertise bei der Herstellung und Charakterisierung optoelektronischer Komponenten ist ein klarer Vorteil, wenn es darum geht, die anspruchsvollen Messaufgaben unserer Kunden zu lösen“, ist sich Janka Haubold, Vertriebsleiterin der Infrarot-Sensorik bei InfraTec, sicher. „Auch den hohen Grad der Organisation und die Ersthaftigkeit, mit der wir uns der gestellten Aufgaben annehmen, schätzen unsere Kunden.“ Und Ronny Steinert, Schichtleiter in der Detektorfertigung ergänzt: „Selbst bei komplexen Aufgaben und unter hohem Zeitdruck entwickeln wir Lösungen, die unsere Kunden überzeugen. Mit unserer Flexibilität und einem engagierten Team sorgen wir dafür, dass unsere Kunden jederzeit auf höchste Qualität und Zuverlässigkeit zählen können.“

Online Event „Thermography for Industrial Automation“

Date: Wednesday, August 26, 2026
Time: 10:00 AM – 12:00 PM (CET)
Language: Englisch
Price: Free of charge

Registration: https://register.gotowebinar.com/…

When optimizing production processes, the recording of temperature and its progression over time often plays a crucial role. Conventional contact-based methods can rarely measure temperature deviations quickly and accurately enough without delaying the production process. As an imaging temperature measurement method that can be tailored to a wide range of measurement tasks, thermography has become an indispensable tool for quality assurance in series production. The method offers a number of benefits for use in industrial automation:

• Fast, contactless and completely non-intrusive control during the ongoing process
• Flexible adaptation to measurement tasks and specific needs
• Evaluation and documentation using integrated software
• Automatic triggering of follow-up processes
• Versatile application options from cost-effective to highly precise

Find out in our online event how you can harness the enormous potential of infrared cameras in automated quality assurance and monitoring.

Topics at a Glance:

• Thermography in industrial automation: potential and challenges.
• What is infrared radiation and how do infrared cameras work?
• Software interface – results and insights from thermographic evaluations.
• Which InfraTec automated thermography solution is right for you?

However, the higher detectivity requires a better thermal stabilization of the detector. Besides that, DLATGS shows a high sensitivity to humidity. InfraTec’s coming soon DSV series detector DSV-7341, designed for both premium and mobile FTIR spectrometers, overcome these challenges with:

• Hermetic sealing for outstanding protection against moisture and an
• integrated thermo-electric cooling to maintain a stable pyrochip temperature.

Together, these innovations ensure exceptional stability and highly accurate measurements even under demanding conditions. In addition, InfraTec is expanding its PYRONEER family with detectors featuring 2.0 mm DLaTGS pyrochips, which can accommodate larger electronical beams.

Enhanced Moisture Resistance
Zinc selenide (ZnSe) is typically used as window material for infrared detectors, operating in harsh environments, thanks to its excellent moisture resistance. Soldering the window into the detector cap also creates a hermetic seal, further preventing moisture ingress. This guarantees long-term accuracy and extends the lifetime of the detector. An additional anti-reflection coating optimizes the transmission in the mid-IR.

Stable Operating Temperature Inside the Detector
Precise temperature is critical to maximize infrared detector performance and minimize temperature-dependent signal drift. InfraTec addresses this challenge for its DLaTGS detectors of the PYRONEER family by integrating a thermo-electric cooler (TEC) and a negative temperature coefficient (NTC) thermistor.

The combination of these two components enables the detector user to monitor the internal temperature of the detector, regulate the TEC and thus stabilize the active DLaTGS element. This function helps compensate not only for environmental thermal influences but also for varying radiation levels on the detector, e. g. between background and sample. As a result, the detector achieves significantly higher measurement precision and stability.

Steady Feedback for Reliable Temperature Regulation
The NTC thermistor, positioned close to the detector chip, provides an electrical resistance value corresponding to the internal detector temperature. This resistance can be measured at two designated pins of the detector and used as a feedback signal for the external TEC controller.

By changes in the supply current of the TEC the component heats or cools the detector chip if necessary – keeping the working temperature stable and precise. By utilizing a modern design, components, and state-of-the-art manufacturing, the InfraTec detector additionally offers a thermally efficient operation.

The TEC increases the independency of the new PYRONEER detector from environmental conditions – advantageous for both kinds of FTIR, mobile as well as premium spectrometers. The improved packaging of the DSV-7341 enables a simple and reproducible thermal connection to a heat sink, providing a reliable and efficient solution for thermal management.

Die höhere Detektivität erfordert jedoch eine bessere thermische Stabilisierung des Detektors. Außerdem weist DLaTGS eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit auf. Der in Kürze verfügbare Detektor DSV-7341 aus der DSV-Serie von InfraTec, der sowohl für Premium- als auch für mobile FTIR-Spektrometer entwickelt wurde, überwindet diese Herausforderungen dank

• hermetischer Versiegelung für einen hervorragenden Schutz vor Feuchtigkeit und
• integrierter thermoelektrischer Kühlung zur Aufrechterhaltung einer stabilen Pyrochip-Temperatur.

Zusammen sorgen diese Innovationen für außergewöhnliche Stabilität und hochpräzise Messungen auch unter anspruchsvollen Bedingungen. Darüber hinaus erweitert InfraTec seine PYRONEER-Familie um Detektoren mit
2,0-mm-DLaTGS-Pyrochips, die größere optische Strahlen aufnehmen können.

Verbesserte Beständigkeit gegen Feuchtigkeit
Aufgrund seiner hervorragenden Beständigkeit gegen Feuchtigkeit kommt Zinkselenid (ZnSe) in der Regel als Fenstermaterial für Infrarotdetektoren in rauen Umgebungen zum Einsatz. Durch das Einlöten des Eintrittsfensters in die Detektorkappe wird der Detektor hermetisch dicht und es kann keine Feuchtigkeit eindringen. Dies garantiert eine langfristige Messgenauigkeit und verlängert die Lebensdauer des Detektors. Durch eine zusätzliche Antireflexbeschichtung wird die Transmission im mittleren Infrarotbereich optimiert.

Stabile Betriebstemperatur im Inneren des Detektors
Eine präzise Temperatur ist entscheidend, um die Leistung des Infrarotdetektors zu maximieren und temperaturabhängige Signalabweichungen zu minimieren. InfraTec begegnet dieser Herausforderung bei seinen DLaTGS-Detektoren der PYRONEER-Familie durch die Integration eines thermoelektrischen Kühlers (TEC) und eines Thermistors mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC).

Die Kombination dieser beiden Komponenten ermöglicht es dem Nutzer, die Innentemperatur des Detektors zu überwachen, den TEC zu regulieren und so das aktive DLaTGS-Element zu stabilisieren. Diese Funktion hilft, nicht nur thermische Umwelteinflüsse, sondern auch unterschiedliche Strahlungsniveaus auf dem Detektor, z. B. zwischen Hintergrund und Probe, zu kompensieren. Dadurch erreicht der Detektor eine deutlich höhere Messgenauigkeit und Stabilität.

Stetiges Feedback ermöglicht zuverlässige Temperaturregelung
Der NTC-Thermistor, der sich in unmittelbarer Nähe des Detektorchips befindet, weist einen elektrischen Widerstandswert entsprechend der internen Detektortemperatur auf. Dieser Widerstand kann an zwei dafür vorgesehenen Pins des Detektors gemessen und als Feedbacksignal für den externen TEC-Controller verwendet werden.

Durch Änderungen des Versorgungsstroms erwärmt oder kühlt der TEC den Detektorchip bei Bedarf – so wird die Arbeitstemperatur stabil und präzise gehalten. Dank eines fortschrittlichsten Designs, neuster Komponenten sowie modernster Fertigungstechniken lässt sich der InfraTec-Detektor zudem thermisch effizient betreiben.

Der TEC erhöht die Unabhängigkeit des neuen PYRONEER-Detektors von Umgebungsbedingungen; ein entscheidender Vorteil sowohl für mobile als auch für Premium-FTIR-Spektrometer. Die spezielle Gehäusebauform des DSV-7341 ermöglicht eine einfache und reproduzierbare thermische Verbindung zu einem Kühlkörper, die eine zuverlässige und effiziente Lösung für das Wärmemanagement bietet.

Online Event: “Thermografie-Anwenderkonferenz – Forschung & Entwicklung”
Date: Wednesday, June 17, 2026
Time: 10:00 AM – 03:00 PM (CET)
Language: German
Price: free of charge
Registration: https://attendee.gotowebinar.com/…

Infrared thermography has developed into a versatile measurement method used, among other things, in electronics for fault detection and localization, in quality control for additive manufacturing, and in thermal flow analysis. Event participants will experience first-hand what the technology is currently capable of, how camera technology is being continuously advanced, and what evaluation options state-of-the-art software provides. In addition, participants will get to know exciting new products as well as InfraTec’s well thought out system solutions.
As part of the Anwenderkonferenz, attendees gain a solid understanding of the physical fundamentals, metrological relationships, and typical influencing factors—knowledge that helps users carry out thermographic measurements with greater confidence and assess the results more reliably. Speakers from industry and science will present interesting measurement tasks with a focus on research and development. The practical insights into the methodologies of experienced users are intended to help participants assess and leverage the potential of thermography even more specifically for their future measurement tasks.

Technical lectures from thermography practice:

Technical lecture 1 in German:
Title: „Aktuelle Anwendungen der aktiven Thermografie in der zerstörungsfreien Materialprüfung“
Speaker: Dipl.-Phys. Alexander Dillenz; edevis GmbH

Technical lecture 2 in German:
Title: “Temperaturbasierte Hysteresismessung als Schlüssel zur multiparametrischen Ermüdungscharakterisierung
metallischer Werkstoffe”
Speaker: Vertr.Prof. Dr.-Ing. Fabian Weber, Stv. Fachgebietsleitung, Gruppenleitung Ermüdung &
Lebensdauerberechnung; Fachbereich Werkstoffwissenschaft und Werkstoffprüfung, Hochschule Kaiserslautern

Online-Event: “Thermografie-Anwenderkonferenz – Forschung & Entwicklung”
Datum: Mittwoch, 17. Juni 2026
Uhrzeit: 10:00 – 15:00 Uhr MESZ
Sprache: Deutsch
Preis: kostenfrei
Anmeldung: https://attendee.gotowebinar.com/…

Die Infrarot-Thermografie hat sich zu einer vielseitigen Messmethode entwickelt, die unter anderem in der Elektronik zur Fehlersuche und -lokalisierung, bei der Qualitätskontrolle in der additiven Fertigung oder bei der thermischen Strömungsanalyse zum Einsatz kommt. Die Teilnehmer der Veranstaltung erleben hautnah, was die Technologie derzeit leisten kann, wie die Kameratechnik kontinuierlich weiterentwickelt wird und welche Auswertemöglichkeiten modernste Software bietet. Ergänzend dazu lernen die Teilnehmenden interessante Produktneuheiten sowie  die durchdachten Systemlösungen von InfraTec kennen.
In Rahmen der Anwenderkonferenz wird ein solides Verständnis für physikalische Grundlagen, messtechnische Zusammenhänge und typische Einflussgrößen vermittelt; Wissen, mit dem die Nutzer sicherer bei der Durchführung thermografischer Messungen und der Bewertung der Ergebnisse werden. Referenten aus Industrie und Wissenschaft stellen interessante Messaufgaben mit dem Fokus auf Themen aus Forschung und Entwicklung vor. Die praxisnahen Einblicke in die Methodik erfahrener Anwender sollen helfen, das Potenzial der Thermografie für spezifische
Messaufgaben künftig noch gezielter einzuschätzen und zu nutzen.

Fachvorträge aus der Thermografiepraxis:

Fachvortrag 1 in deutscher Sprache:
Titel: Aktuelle Anwendungen der aktiven Thermografie in der zerstörungsfreien Materialprüfung
Sprecher: Dipl.-Phys. Alexander Dillenz; edevis GmbH

Fachvortrag 2 in deutscher Sprache:
Titel: Temperaturbasierte Hysteresismessung als Schlüssel zur multiparametrischen Ermüdungscharakterisierung
metallischer Werkstoffe
Sprecher: Vertr.Prof. Dr.-Ing. Fabian Weber, Stv. Fachgebietsleitung, Gruppenleitung Ermüdung &
Lebensdauerberechnung; Fachbereich Werkstoffwissenschaft und Werkstoffprüfung, Hochschule Kaiserslautern

At ESPEC, tests on the deformation of mounting plates for electronic components were previously carried out in a thermostatic chamber. The infrared camera recorded the temperatures through a measurement window in the chamber. In the past, this repeatedly led to problems such as condensation and frost formation on the window glass and the heat exchanger. This resulted in a deterioration of measurement accuracy and restrictions in the field of view. Furthermore, thermographic measurements through the window of the thermostatic chamber required a special window material, such as germanium or sapphire, that was transparent to long-wave IR radiation.

Verification and Validation of the Measurement Method
To avoid the aforementioned problems, the researchers developed a new method that uses a doorless (open) chamber in which the sample is tempered with targeted air flow. The internal temperature can be kept at a constant level over a longer period by means of an "air curtain" at the inlet of the chamber, even at very low temperatures. The sample, which was attached to a substrate, was placed in the thermostatic chamber in such a way that the supplied air flowed evenly around both sides of the substrate, thus tempering it. For the measurements, the temperature was varied from -30 °C to +140 °C in 10 °C increments.

To verify and validate the suitability of the test conditions, the researchers used a VarioCAM® HD head 780 from InfraTec. This infrared camera was selected because of its geometric resolution, an image format of (1,280 x 960) IR pixels, and its good display capabilities for the extended test pattern. It was confirmed that the method enables precise measurements across the entire temperature range in a doorless chamber and without special window materials.

Measurement of Thermal Deformation
The three-dimensional expansion of the printed circuit board (PCB) at -30 °C served as a reference for the deformation tests. Parts of the PCB that deformed at higher temperatures were shown in red (deflection away from the substrate) or blue (deflection toward the substrate). These digital image measurements were superimposed on the images of the temperature distribution on the surface of the circuit board in operation.

It was observed that as the air temperature increased, a temperature difference occurred between the CPU and the surrounding PCB, and that the center of the CPU deformed toward the substrate. Based on this observation, the researchers concluded that it is important to measure the degree of deformation of each individual electronic component at different ambient temperatures rather than just that of the entire circuit board.

The study also shows that 3D digital image measurement and thermographic temperature measurement must be performed in parallel. The use of the doorless chamber, in which there is no barrier between the cameras and the sample, allows precise conclusions to be drawn about the deformation of the PCB under thermal stress of the sample.

Versuche zur Verformung der Montageplatten von Elektronikbauteilen wurden bei ESPEC bisher in einer Thermostatkammer durchgeführt. Die Wärmebildkamera erfasste dabei die Temperaturen durch ein in die Kammer eingelassenes Messfenster. Dabei traten in der Vergangenheit immer wieder Probleme wie Kondensation und Frostbildung am Fenstermaterial sowie am Wärmetauscher auf. Das führte zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit sowie zu Einschränkungen des Sichtfeldes. Darüber hinaus war für thermografische Messungen durch das Fenster der Thermostatkammer ein spezielles, für langwellige IR-Strahlung durchlässiges Fenstermaterial wie z. B. Germanium oder Saphir erforderlich.

Nachweis der Eignung der Messmethode
Zur Vermeidung der genannten Probleme entwickelten die Forscher eine neue Methode, die mit einer türlosen (offenen) Kammer arbeitet, in der die Probe mit einem gezielten Luftstrom temperiert wird. Die Innentemperatur kann dabei durch einen „Luftvorhang“ am Eingang der Kammer längerfristig konstant gehalten werden, auch bei sehr niedrigen Temperaturen. Die auf einem Substrat befestigte Probe wurde so in der Thermostatkammer platziert, dass die zugeführte Luft beide Seiten des Substrats gleichmäßig umströmt und so temperiert. Für die Messungen wurde die Temperatur von -30° C bis +140° C in Intervallen von 10° C variiert.

Um die Eignung der Versuchsbedingungen zu überprüfen, setzten die Forscher eine VarioCAM HD head 780 von InfraTec ein. Ausgewählt wurde die Wärmebildkamera aufgrund ihrer geometrischen Auflösung, eines Bildformates von (1.280 x 960) IR-Pixeln sowie einer guten Darstellbarkeit des ausgedehnten Prüfmusters. Dabei konnte bestätigt werden, dass die Methode präzise Messungen im gesamten Temperaturbereich in einer türlosen Kammer und ohne spezielle Fenstermaterialien erlaubt.

Messung der thermischen Verformung
Für die Verformungsversuche diente die dreidimensionale Ausdehnung der Leiterplatte bei -30 °C als Referenz. Teile der Leiterplatte, die sich bei höherer Temperatur verformten, wurden rot (Auslenkung weg vom Substrat) bzw. blau (Auslenkung zum Substrat hin) dargestellt. Diese Digitalbild-Messungen wurden mit den Bildern der Temperaturverteilung an der Oberfläche der im Betrieb befindlichen Leiterplatte überlagert.

Dabei konnte festgestellt werden, dass mit zunehmender Lufttemperatur ein Temperaturunterschied zwischen der CPU und der umgebenden Leiterplatte auftrat und dass sich die Mitte der CPU zum Substrat hin verformte. Aus dieser Beobachtung schlossen die Forscher, dass es wichtig ist, bei den verschiedenen Umgebungstemperaturen den Verformungsgrad jeder einzelnen elektronischen Komponente und nicht nur der gesamten Leiterplatte zu messen.

Die Studie zeigt zudem, dass 3D-Digitalbildmesssung und thermografische Temperaturmessung parallel durchgeführt werden müssen. Mit der eingesetzten Kammer ohne Tür, bei der keine Barriere zwischen den Kameras und der Probe besteht, lassen sich so exakte Aussagen zur Verformung der Leiterplatte unter thermischer Belastung der Probe treffen.