SCHICHTDICKENMESSUNG WIKI
Optische Schichtdickenmessung
Die zerstörungsfreien Messung von lichtdurchlässigen Schichten erfolgt durch Messgeräte, welche die Schichtdicke optisch bestimmen. Damit können Schichtdicken von Einzelschichten und von Mehrschichtsystemen, vom Nanometerbereich bis zum Mikrometerbereich, präzise bestimmt werden. Die Verfahren der optischen Schichtdickenmessung dienen der Bestimmung der Stärken von sehr dünnen Funktionsschichten, Oxidschichten, transparenten Schutzlacken, Ölfilmen und transparenten Folien. Die optische Verfahren beruhen darauf, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ein Teil der Strahlung reflektiert und ein anderer transmittiert wird.
Als Steinbeis-Transferzentrum bestimmen wir Schichtdicken als Dienstleistung.
Optische Schichtdickenmessung
Beispiele von Beschichtungen für die optische Schichtdickenmessung
- Dünnschichten
- Oxidschichten
- Transparente Schutzlacke
- Ölfilmschichtdicken
- Folienstärken
Dünnschichten
Es gibt zahlreiche Einsatzbereiche für Beschichtungen und somit ebenso zahlreiche unterschiedliche Varianten von Beschichtungen. Sehr dünne Schichten spielen beispielsweise bei Smartphones, technischen Gläsern, Brillengläsern, Bildschirmen, Halbleitern, Autoteilen und bei vielen anderen Produkten eine wichtige Rolle. Bei diesen sehr dünnen Beschichtungen entscheidet die Schichtdicke über die Funktion und die Effizienz der Beschichtung. Diese verhindern Kratzer, minimieren Reflexionen oder ermöglichen spezielle Funktionen. Beispiele hierzu sind:
– Antireflexionsschichten (ARC)
– Transparante leitfähige Oxide (TCO)
– Zinndotierte Indiumoxide (ITO)
– Medikamentenfreisetzende Beschichtungen (Drug Eluting Films)
Die Schichtdicken solcher Beschichtungen liegen im Nanometerbereich. Ein Nanometer verhält sich zu einem Meter wie der Durchmesser einer 1-Cent-Münze zu dem des Erdballs.
Verfahren
Je nach Schichtdicke und Schichart kommen bei der optischen Schichtdickenmessungen verschiedene Verfahren zum Einsatz:
- Spektroskopische Reflektometrie
- Weißlichtinterferometrie
- Konfokalmikroskopie
Spektroskopische Reflektometrie
Bei der Spektroskopischen Reflektometrie bzw. Reflektometrischen Interferenzspektroskopie nutzt man den Effekt, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ein Teil der Strahlung reflektiert und ein anderer transmittiert wird. Als Lichtquelle wird bei einem Reflektometer weißes Licht senkrecht auf eine Oberfläche gestrahlt. Die unterschiedliche Länge der zurückgelegten Wege der Teilstrahlen führt ein einem Gangunterschied und damit zur relativen Phasenverschiebung. Für jede eingestrahlte Wellenlänge kommt es zu Überlagerungen der an den beiden Phasengrenzen einer Schicht reflektierten Teilwellen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel, dem Brechungsindex n und von der Schichtdicke d. Damit erhält man bei einem Reflektometer ein charakteristisches Reflexionsspektrum. Die Lage der Extrema im Spektrum ist abhängig vom Brechungsindex n und der optischen Weglänge n⋅d. Bei bekanntem Dispersionsverlauf (n in Abhängigkeit der Wellenlänge λ) kann die Schichtdicke von dünnen transparenten Beschichtungen im Bereich von 10 nm bis 100 µm durch einen Fit des theoretisch erwarteten Spektrums an das Messsignal ermittelt werden.
Konfokalmikroskopie und Weißlichtinterferometrie
Die Verfahren Konfokalmikroskopie und Weißlichtinterferometrie sind bei dazu geeignet, die Schichtdicke optische transparenter Materialien zu bestimmen. Während eines z-Scans, der beide Grenzflächen (Luft-Beschichtung und Beschichtung-Substrat) umfasst, wird an jeder Grenzfläche ein Signal erfasst. Die Schichtdicke ist dann die räumliche Differenz beider Signale.
Aufgrund der unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeiten in den verschiedenen Medien (Luft und Beschichtung) scheinen die untere Grenzfläche näher an (Konfokalmikroskopie) bzw. weiter entfernt von (Weißlichtinterferometrie) der Oberfläche zu sein.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Schichtdickenmessungen.
Schichtdickenmessung
Die Schichtdicke ist neben der Härte und der Haftfestigkeit ein wichtiges Merkmal einer Beschichtung. Denn stimmt diese nicht, kann es zum Schichtversagen kommen und somit zum Totalausfall eines Bauteils. Je nach Beschichtungsart, Schichtdicke und Substrat kommen unterschiedliche Methoden zur Bestimmung der Stärke einer Beschichtung zum Einsatz.
- Querschliff-Methode
- Stufenhöhenmessung
- Kalottenschliff-Methode
- Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, XRF)
- Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
- Reflektometer
- Weißlichtinterferometer
- Konfokalmikroskop
- Wirbelstrom-Verfahren
- Magnetinduktives Verfahren
- Photothermie
Beschichtungen
Aufgaben und Eigenschaften
Beschichtungen sind Überzüge auf einem Bauteile, welche dazu aufgebracht werden, um einer Oberfläche Eigenschaften zu verleihen, die mit dem eigentlichen Werkstoff des Bauteils nicht zu erreichen sind. Das sind:
- Korrosionsschutz
- Optisches Erscheinungsbild
- Verschleißschutz
- Veränderung der Reibeigenschaften (reiberwertmindernd oder reibwerterhöhend)
Beschichtungen sind neben der Farbe und Oberflächenrauheit definiert durch:
- Schichthärte
- Schichtdicke
- Haftfestigkeit
- Reibwert
- Verschleißverhalten
- Chemische Elementzusammensetzung