Produkt-Neuheit

Für die Härtemessung extrem dünner Schichten sind die klassischen Methoden nach Vickers oder Rockwell nicht anwendbar. Sie erfordern eine Mindestdicke von mehr als 100 nm. Im Vergleich dazu beträgt der Durchmesser des menschlichen Haares durchschnittlich 50.000 nm. Für die Härtemessung dünner Schichten werden pyramidenförmige Diamantspitzen mit bekannter Geometrie verwendet. Da die Messung des Härteeindruckes nur noch mit einem REM oder AFM möglich ist, werden während des Versuchs die aufgebrachte Eindringkraft und der Eindringweg der Spitze gleichzeitig gemessen.
Zur Härtemessung nach dem Verfahren instrumentierter Eindringversuch wird eine wegaufgelöste Kraftmessung benötigt. Dazu sind sowohl ein präziser Kraftsensor und ein präziser Wegsensor, als auch eine präzise Diamantspitze erforderlich.

Das am CiS Forschungsinstitut entwickelte System erfüllt bestimmte Bedingungen:
• Es enthält zwei unabhängig arbeitende Kraft- und Wegsensoren, davon dient ein Sensor überwiegend zur Kraft, bzw. zur Wegmessung.
• Das Abbesche Komparatorprinzip bleibt gewahrt.
• Es besteht Wahlfreiheit zwischen einer Diamantspitze, Hartmetallkugel oder Robinkugel.
• Die Konformität zu den einschlägigen Industrienormen bleibt gewahrt.

Die Nanoindenter-Baugruppe besitzt zwei baugleiche Kraftsensoren, die auf einem Verdrahtungsträger (rewiring substrate) gefügt werden. Der als Wegsensor verwendete Kraftsensor (displacement sensor) wird mittels einer Flip-Chip-Fügetechnik mit dem Träger verbunden. Der als Kraftsensor (force sensor) eingesetzte Sensor, wird gleichgerichtet auf die gegenüberliegende Seite mit einem Klebstoff gefügt. Der Eindringkörper (indenter), beispielsweise Diamant, wird in den Intender eingeklebt. Die Position wird durch das Distanzelement (distance element) festgelegt, Diamantspitzen und die äußere Begrenzung des Elementes liegen in einer Ebene.
Der Verdrahtungsträger wird anschließend durch einen Flip-Chip-Prozess auf die Leiterkarte (PCB) gefügt. Der Kraftsensor ist elektrisch über Drahtbondungen (wire bond) mit der PCB verbunden. Die PCB dient dazu, den Sensor mittels einer Halterung an einem Aktor zu befestigen.

Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Tastsystem mit stark reduzierter Antastkraft zur Bestimmung der instrumentierten Eindringhärte“ (TARZAN) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49MF160180