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DIN-Norm zur Dickenmessung von Polymerschichten

Korrektur von systematischen Messabweichungen bei taktilen und optischen Messverfahren

PTB-News 1.2017
20.01.2017
Besonders interessant für

Produktionstechnik

Materialuntersuchung

Mikrosystemtechnik

In Mikrosystemen werden metallische Bauteile zunehmend durch solche aus kostengünstigen Polymeren ersetzt. Erstmals beschreibt jetzt eine Norm, an deren Entwicklung die PTB beteiligt war, Methoden zur präzisen Messung der Dicke von Polymerschichten, sowohl für optische als auch für taktile Oberflächenmessverfahren. Letzteres beinhaltet Verfahren, mit denen sowohl die Antastkraft als auch der Spitzenradius von Tastschnittgeräten gemessen werden kann – eine Grundvoraussetzung für zerstörungsfreie präzise taktile Profilmessungen.

Referenzfederbalken aus Silizium zur Bestimmung der Antastkraft von Tastschnittgeräten. Aus der Verbiegung des Balkens an einer Endmarke (siehe Pfeil) lässt sich die Antastkraft ermitteln.

Vom Bewegungssensor bis zum Smartphone – in vielen Produkten des täglichen Lebens sind zunehmend Bauteile aus Polymermaterialien enthalten. Deren Abmessungen lassen sich optisch oder taktil bestimmen − allerdings nur mit sytematischen Abweichungen, die bei der optischen Dickenmessung transparenter Materialien, aber auch bei der Tastschnittmessung weicher Schichten auf harten Substraten auftreten. Bei taktilen Verfahren sind die wesentlichen Einflussfaktoren die Antastkraft und der Tastspitzenradius. Bei viskosen Materialien, deren mechanische Eigenschaften zeitabhängig sind, wirken sich auch unterschiedliche Messgeschwindigkeiten auf die Höhe der systematischen Abweichungen aus.

Die PTB hat daher in Zusammenarbeit mit anderen europäischen Metrologieinstituten ein Verfahren zur Korrektur der systematischen Messabweichungen entwickelt, das in der Norm DIN 32567 standardisiert worden ist. In dieser Norm werden die wesentlichen Einflussfaktoren taktiler und optischer Messungen aufgezeigt und Methoden zur Abschätzung, Korrektur und Reduzierung der systematischen Abweichungen beschrieben. Bei optischen Messgeräten sind die wesentlichen Einflussfaktoren die effektive numerische Apertur der verwendeten Optik, die Lage der Reflexionsebene bei volumenstreuenden Materialien und der Phasensprung an Grenzflächen bei Reflexion. Die Norm beschreibt für Weißlichtmikroskope und fokussierende Messsysteme Verfahren zur Bestimmung dieser Größen und die Korrektur von systematischen Abweichungen auf der Basis neuer Normale.

Die Forschungsarbeiten fanden im Rahmen des internationalen MePro-Visc-Projektes (Dynamic mechanical properties and long-term deformation behaviour of viscous materials) innerhalb des Europäischen Metrologieforschungsprogramms EMRP statt. Ergebnis des Projektes ist ein Vergleich von Kriechmessungen mit der dynamischen instrumentierten Eindringprüfung für viskose Materialien. Die Standardisierung dieser Verfahren ist im Teil 5 der ISO 14577-Norm zur Nanoindentation geplant. Zusätzlich ist die internationale Normung im Bereich der ISO/TC 213 geplant.

Norm

DIN 32567: Fertigungsmittel für Mikrosysteme – Ermittlung von Materialeinflüssen auf die Messunsicherheit in der optischen und taktilen dimensionellen Messtechnik. Teile 1–5

Ansprechpartner

Uwe Brand
Fachbereich 5.1
Oberflächenmesstechnik
Telefon: (0531) 592-5111
Opens window for sending emailuwe.brand(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

Z. Li, U. Brand, T. Ahbe: Towards quantitative modelling of surface deformation of polymer micro-structures under tactile scanning measurement. Meas. Sci. Technol. 25, 044010 (2014)