Suchen

Messtechnik

Prüfung dünner Schichten in der Fertigungslinie

Seite: 2/4

Firmen zum Thema

Ein inline-fähiges Prüfverfahren stand bisher aber nicht zur Verfügung. Bekannte Verfahren zur Bestimmung der Elementzusammensetzung, wie etwa Röntgenfluoreszenz (XRF), Energiedispersive Röntgen­spektroskopie (EDX), Glimmentladungsspektroskopie (GDOES), Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) oder Röntgenphoto-Elektronenspektroskopie (XPS), sind nicht für den Einsatz im Produktionsprozess geeignet und haben zudem Einschränkungen, was die detektierbaren Elemente betrifft. Lediglich mit der Röntgenfluoreszenz ist ein Einsatz in der Fertigungslinie möglich. Sehr dünne Schichten, wie etwa wenige zehn Nanometer dicke Korrosionsschutzschichten, können jedoch nicht detektiert werden.

Mit Analize-Single stellt das Fraunhofer-IPM nun ein System vor, das die chemische Elementverteilung von Bauteiloberflächen ortsaufgelöst misst. Daraus wird die Dicke von Beschichtungen mit einer Genauigkeit von ± 10 % bestimmt. Gemessen werden Beschichtungen auf metallischen Oberflächen mit Dicken von bis hinunter zu wenigen Nanometern.

Bildergalerie

Materialplasma gibt Aufschluss über Schichtdicke und Elementkenngrößen

Analize-Single basiert auf der Technik der laserinduzierten Plasmaspektroskopie. Ein Laser, der Lichtimpulse von einigen Nanosekunden Dauer erzeugt, schlägt eine winzige Materialmenge aus der Oberfläche heraus. Dieses Material bildet ein Gemisch geladener Teilchen, ein sogenanntes Plasma, das ähnlich einem Funken ein materialspezifisches Lichtspektrum emittiert. Die spektrale Analyse der emittierten Strahlung ermöglicht die Bestimmung der Elementverteilung des abgetragenen Volumens.

Der extrem geringe Materialabtrag von wenigen Kubikmikrometern durch den Laser ist für die allermeisten Anwendungen und Folgeprozesse nicht relevant. Im Falle von Haftvermittlern beispielsweise sind die nachfolgenden Lackschichten typischerweise dicker als 10 µm, sodass der entstehende minimale Defekt für die Haftung unerheblich ist. Bei kritischeren Anwendungen, beispielsweise bei sehr glatten zu beschichtenden Oberflächen, besteht die Möglichkeit, an unkritischen Stellen – etwa an Schneidkanten – zu messen.

Die Schichtdicke am jeweiligen Messpunkt bestimmt Analize-Single anhand der Analyse eines einzigen Laserpulses, indem bei jedem Einzelpuls sowohl Beschichtungsmaterial als auch Material aus der Bauteiloberfläche abgetragen und gleichzeitig analysiert wird. Die jeweils für das Beschichtungs- und das Bauteilmaterial charakteristischen Bereiche des Emissionsspektrums werden miteinander verglichen und daraus die Schichtdicke bestimmt. Gleichzeitig gibt das Spektrum Aufschluss über das Mischungsverhältnis der Beschichtungskomponenten, sodass die Homogenität von Schichten geprüft werden kann.

(ID:45490213)