Ein kostengünstiges Röntgenfluoreszenzmessgerät mit neuartiger Fokussierung des primären Röntgenstrahls ermöglicht jetzt wirtschaftliches Messen von Schichtdicken auf kleinsten Strukturen in der betrieblichen Praxis durch einen nur 20 µm x 50 µm großen Messfleck.
Dipl.-Ing. Peter Neumaier, Helmut Fischer GmbH, Sindelfingen
Die Abmessungen funktioneller, durch metallische Beschichtungen hergestellter Strukturen, z.B. Leiterbahnen auf starren und flexiblen Leiterplatten, werden zunehmend kleiner. Ursache dafür ist die Miniaturisierung mechatronischer Baugruppen und Geräte. Hierzu gehören insbesondere mobile Telefone, tragbare Computer, Audio- und Videogeräte sowie Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge. Um die Qualität der mehrlagigen, inzwischen oft nur wenige µm schmalen Schichtstrukturen sicherzustellen, muss man die Schichtdicken der Beschichtungen messen und ggf. deren Zusammen-setzung durch eine Materialanalyse verifizieren. Dafür eignet sich das Röntgenfluoreszenzverfahren.
Nachteil bisher üblicher Messgeräte mit diesem Messverfahren war allerdings deren aufwändige Konstruktion. Man benötigte kostenintensive, aus Polykapillaren zusammengesetzte Kollimatoren. Nur sie ermöglichen das Fokussieren des Röntgenstrahls bei ausreichender Intensität auf kleinste Messflecke. Wegen der hohen Beschaffungskosten eignen sich diese Messgeräte allerdings nicht für die betriebliche Praxis. Die Kosten für einzelne Messungen an feinsten Strukturen wären unwirtschaftlich hoch.
Bei Röntgenfluoreszenzmessgeräten mit konventionellen Kollimatoren mindert die Fokussierung auf kleinste Messflecke erheblich die Strahlintensität. Dadurch werden die Messergebnisse unsicher und sind meist nicht brauchbar. Deshalb eignen sich diese Messgeräte ebenfalls nicht oder nur eingeschränkt zum Messen der Schichtdicken an Mikrostrukturen.
Um dennoch in der betrieblichen Praxis wirtschaftlich die Schichtdicken an kleinsten Strukturen messen zu können, hat Helmut Fischer jetzt das Röntgenfluoreszenzmessgerät FISCHERSCOPE X-RAY XDVM-µ entwickelt. Durch die geschickte, zum Patent angemeldete Anordnung zweier gegenüberstehender Reflektoren wird der Primär-Röntgenstrahl in einer Raumrichtung auf einen etwa 20 µm schmalen Streifen fokussiert. Dabei behält er nahezu seine gesamte Intensität bei. Ein üblicher Kollimator fokussiert ihn zusätzlich in der zweiten Raumrichtung auf einen dann 50 u 20 µm messenden Messfleck. Dort hat der Röntgenstrahl noch etwa 90 Prozent seiner Strahlintensität. Dies ist wesentlich mehr gegenüber anderen Messgeräten, die nur etwa 60 Prozent der Strahlungsintensität auf dem Mess-fleck konzentrieren können. Wesentlicher Vorteil der jetzt verwirklichten Fokussierung gegenüber bisherigen Röntgenoptiken ist, dass ohne aufwändige Polykapillaren eine weitaus größere primäre Strahlintensität auf einem kleinen Messfleck konzentriert werden kann. Dies sorgt für eine ausreichend intensive Sekundärstrahlung und damit ein sicheres und zuverlässiges Messen der Schichtdicken. Um beim Messen den Messstrahl zuverlässig auf die nur wenige 10 µm messenden Strukturen zu positionieren, verfügt das Röntgenfluoreszenzmessgerät über eine Videokamera. Am Farbbildschirm des angeschlossenen Personal-Computers sieht der Bediener die zu messenden Oberflächen stark vergrößert. Stabile und vorgespannte Führungen des motorisch verfahrenden, programmierbaren Probentischs sorgen für eine ausreichende Steifigkeit. Damit erreichen die Messgeräte Genauigkeiten von etwa 5 µm beim Positionieren auf zu messende Strukturen. So kann man feinste Mikrostrukturen, z.B. nur 30 µm schmale Leiterbahnen oder 50 µm im Durchmesser messende Lötpads auf Leiterplatten, sicher erfassen und deren Schichtdicken messen.
Die Kombination des Röntgenfluoreszenzmessgeräts mit der Bedien- und Auswertesoftware WinFTM V6 ermöglicht zusätzlich die Analyse der Elemente in kleinsten Schichtstrukturen. Erstmals bei Röntgenfluoreszenzmessgeräten mit üblichem Proportionalzählrohr als Detektor gelingt mit dieser Software die zuverlässige Analyse bis zu 24 unterschiedlicher Elemente in einem praktisch beliebig viele Einzelschichten enthaltenden Schichtsystem. Zudem werden dabei auch Schichten aus Legierungen mit bis zu 24 Elementen sicher analysiert.
Mit der Verwirklichung dieses Röntgenfluoreszenzmessgerätes beweist die Helmut Fischer GmbH + Co. KG erneut ihre weltweit führende Kompetenz in der Schichtdickenmessung und Materialanalyse. Die Sindelfinger Messtechnik-Spezialisten zählen heute weltweit zu den Marktführern in der Schichtdickenmessung, der Materialanalyse sowie der Mikrohärtebestimmung.
Weitere Informationen A QE 500
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