Laserakustisches Prüfsystem LAwave

LAwave

LAwave-Messplatz zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Schichten und Oberflächen mit eingebautem Hochfrequenz-Sensor
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

LAwave-Messplatz zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Schichten und Oberflächen mit eingebautem Hochfrequenz-Sensor

Prinzipschaubild der LAwave-Messmethode mittels laserangeregter Oberflächenwellen: Laser (links), Wellenausbreitung (mitte) und Sensor (rechts)
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Prinzipschaubild der LAwave-Messmethode mittels laserangeregter Oberflächenwellen: Laser (links), Wellenausbreitung (mitte) und Sensor (rechts)

Niederfrequenz-Sensor zur Messung von dicken Schichten bis 1 mm, hergestellt mit thermischen Spritzen oder Laserauftragsschweißen
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Niederfrequenz-Sensor zur Messung von dicken Schichten bis 1 mm, hergestellt mit thermischen Spritzen oder Laserauftragsschweißen

Das am Fraunhofer IWS entwickelte Messverfahren dient zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Schichten und Oberflächen. Es basiert auf akustischen Oberflächenwellen, die durch kurze Laserimpulse angeregt werden. Das Gerät misst die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen in Abhängigkeit von der Frequenz. Das Messergebnis wird als Dispersionskurve bezeichnet, dessen Verlauf vom Elastizitätsmodul, der Dichte und der Dicke der Schicht bestimmt wird. Nach der Messung wird sie mithilfe eines physikalischen Modells gefittet, um die gewünschten Materialparameter zu erhalten.

Auch Strukturgradienten wie Bearbeitungsrandschichten, die nicht durch Beschichtung entstanden sind, lassen sich charakterisieren.
 

Merkmale

  • Zerstörungsfreies Verfahren
  • Schichtdicke von Nano- bis hundert Mikrometer
  • Schichteigenschaften von Polymer bis Diamant
  • Messzeit von weniger als einer Minute
  • Hohe Reproduzierbarkeit
  • Einfache Bedienung
  • Einfacher Aufbau
  • Größe der Messfläche: minimal 5 x 5 mm2
  • Geringe Anforderung an die Probengeometrie
  • Geringer Einfluss der Oberflächenrauheit
  • Messgerät gemäß EN 15042-1


Anwendung

Prinzipiell können alle Eigenschaften von Schichten und Oberflächen ermittelt werden, die sich auf die Ausbreitung von Oberflächenwellen auswirken.

Elastizitätsmoduls, Dicke und Dichte von

  • PVD-Schichten, z.B. DLC, Nitriden, Carbiden, Oxiden und anderen Keramiken
  • CVD-Beschichtungen and CVD-Diamant
  • Thermischen Spritzschichten
  • Low-k-Schichten
  • Si- und GaAs-Halbleiter
  • Polymerischen Sensorfilmen
  • Vollmaterialien, z.B. Stahl, Messing
  • Hartmetalle

Tiefe der

  • Oberflächennahen Schädigung in der Silizium-Waferverarbeitung
  • Kaltverfestigung nach Oberflächenbearbeitung
  • Einhärtetiefe

Wir beraten auch Sie gern zu Ihrer Anwendung und untersuchen in unserem Entwicklungslabor Ihre Proben.


Kundenspezifische Entwicklung

Das Fraunhofer IWS besitzt seit vielen Jahren Erfahrung in der Entwicklung von LAwave-Messplätzen und Auswertesoftware, die auf der ganzen Welt in Forschung und Entwicklung sowie in der industriellen Qualitätskontrolle eingesetzt werden. Ausgehend von einem Standard-Tischgerät mit modularem Aufbau werden auch kundenspezifische Anpassungen bezüglich Probengeometrie und Anwendungsfall vorgenommen.


Beispielanwendungen

  • Amorphe Kohlenstoffschichten (DLC): Der gemessene Elastizitätsmodul korreliert mit der Härte und Verschleißfestigkeit der Beschichtung.
  • Thermische Spritzschichten: Der Elastizitätsmodul korreliert mit der Dichte von unerwünschten Mikrorissen und Poren in der Spritzschicht. Die Qualität des Spritzprozesses kann auf den rauen Schichten zerstörungsfrei bewertet werden.
  • Bearbeitungsrandschichten: Die Schädigungstiefe in Halbleiterwerkstoffen kann charakterisiert werden, die durch Sägen, Schleifen und Polieren an der Oberfläche hervorgerufen wird.
  • Randschichtgehärtete Stähle: Es kann die Tiefe gehärter Randzonen bis zu 1 mm bewertet werden, da die Gefügeumwandlung beim Härten auch den  Elastizitätsmodul verändert.
  • Hochporöse polymerartige low-k-Schichten: Je höher der  Elastizitätsmodul, umso höher ist die Festigkeit der Schicht für den chemo-mechanischen Polierprozess.