6. Anwendungsbeispiele

Das Laser-Scanning-Mikroskop wird in vielen Märkten eingesetzt. Typische Anwendungsbeispiele sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Halbleiter

Elektrodensubstrat für elektrostatisches Spiegel-Array

Die Eigenschaften eines Mikrosystems (MEMS) ändern sich oft je nach ihrer Form. Daher ist die Formmessung ein wichtiger Kontrollpunkt. Laser-Scanning-Mikroskope können die dreidimensionale Form eines Gerätes präzise erfassen und Stufen oder andere Formen messen.

Mikrolinse

Laser-Scanning-Mikroskope können die Form eines transparenten Körpers erfassen, wenn die Probenoberfläche einen Reflexionsgrad von mehreren Prozent aufweist. Dieses Beispiel zeigt eine Mikrolinse mit einem Durchmesser von 20 μm und einer Höhe von 10 μm.

Wafer-Bump

Die Größe des Wafer-Bumps in High-Density-Packages wird immer kleiner. Typische Kontrollpunkte sind die Messung der Bump-Höhe, des Durchmessers und der Bump-Abstände, wobei seit kurzem auch das Bump-Volumen, die Oberflächenrauheit der Bump-Spitze und andere Elemente überwacht werden. Die Abbildung zeigt das Testmuster eines gelöteten Wafer-Bumps mit einem Durchmesser von 12 μm und einer Höhe von 3 μm.

Elektronische Bauteile

CCD

Das OLS5000 verfügt über eine Lichtmikroskopfunktion, die Farbinformationen erfasst und die erfassten dreidimensionalen Informationen vor der Anzeige durch Farbinformationen ergänzen kann.

Harzpartikel auf einer Leiterplatte

Mit dem OLS5000 lässt sich die Breite der winzigen Kupferleiterbahnen auf Leiterplatten kontrollieren. Es wird manchmal zur Prüfung der Querschnittsfläche und zur Bestimmung des Widerstandswerts der Kupferleiterbahnen verwendet. Die Oberflächenrauheit des Pad-Abschnitts, in dem CSP-Bumps gelötet werden, wird ebenfalls untersucht. Darüber hinaus haben die neuesten Aufrauverfahren die Haftung und Leitfähigkeit der Kupferfolie verbessert. Zur Prüfung dieser Technologie werden zunehmend Laser-Scanning-Mikroskope eingesetzt.

Verbinderabschnitt auf einer flexiblen Leiterplatte

Die Zuverlässigkeit der Elektronik auf einer flexiblen Leiterplatte hängt insbesondere von dem Verbinderabschnitt ab. Die Form und Tiefe der Einkerbungen zur Fixierung der Verbinder und die Tiefe der Nut, die bei der Verbindung entsteht, lassen sich genau messen.

Materialien

Optisches Wellenleiterprisma

Herkömmliche optische Messgeräte haben den Nachteil, dass die Reflexion an Neigungen gering und der Bereich um die Wandfläche einer Probe schwer zu erkennen ist. Das OLS5000 kann steile Neigungen deutlich besser erkennen und deren Form auf einem Lichtwellenleiterprisma erfassen.

Mattiertes Glas

Das OLS5000 kann die Form eines transparenten Körpers erfassen, wenn die Probenoberfläche einen Reflexionsgrad von mehreren Prozent aufweist. Da das OLS5000 dreidimensionale Informationen erfassen und die Oberflächenrauheit messen kann, lässt sich die Rauheit mattierter Gläser unter verschiedenen Sandstrahlbedingungen bewerten und kontrollieren.

Klebeband

In der Vergangenheit haben Rauheitsmessgeräte mit Taststift beim Abtasten einer weichen Probe die Oberfläche zerkratzt. Das Laser-Scanning-Mikroskop ermöglicht eine berührungslose Messung und eine Profilbestimmung unabhängig vom Zustand einer Probenoberfläche (Viskosität, Elastizität und Weichheit).

Kohlenstoff

Das OLS5000 kann Daten erfassen, wenn die Probenoberfläche einen Reflexionsgrad von mehreren Prozent aufweist. Daher kann auch der Oberflächenzustand einer schwarzen Probe mit niedrigem Reflexionsgrad, beispielsweise von Kohlenstoff, deutlich beobachtet werden.

Autoteile

Fremdkörper auf einem Filter

Da das Laser-Scanning-Mikroskop in einem Bild die gesamte Probe scharf abbilden kann, kann selbst eine Probe mit großen Unregelmäßigkeiten als Ganzes beobachtet und geprüft werden. Dieses Beispiel zeigt einen Fremdkörper auf einem Filter. Die Breite des Fremdkörpers beträgt ca. 30 μm.

Mechanische Bearbeitung

Schneide einer Rasierklinge

Herkömmliche optische Messgeräte haben den Nachteil, dass die Reflexion an Neigungen gering und der Bereich um die Wandfläche einer Probe schwer zu erkennen ist. Mit dem OLS5000 wird die Fähigkeit, Neigungen zu erkennen, drastisch verbessert; die Form kann bei 85° gemessen werden.

Metallschneide-/Schleiffläche

Der kleinste Radius des Laserflecks im OLS5000 beträgt etwa 0,2 μm. Daher kann das OLS5000 auch Daten aus winzigen tiefen Nuten präzise erfassen, in die der Taststift eines Rauheitsmessgeräts nicht eindringen kann.

Späne einer nicht verwendeten Schneidplatte

Laser-Scanning-Mikroskope haben eine bessere Ebenenauflösung als optische Mikroskope und können in Bildern die gesamte Probe scharf abbilden. Daher können Risse, Kratzer oder andere Schäden an den winzigen Spänen des Werkzeugs erkannt werden.

Extrafeiner Draht

Drähte mit einem Durchmesser von wenigen Dutzend Mikrometern lassen sich mit einem Stift-Rauheitsmessgerät nur schwer abtasten; das Laser-Scanning-Mikroskop erleichtert die Positionierung in solch winzigen Bereichen und erlaubt eine einfache Messung der Oberflächenrauheit.

Sonstiges

Zahnoberfläche

Laser-Scanning-Mikroskope können dreidimensionale Daten erfassen, solange das Material eine gewisse Reflexion aufweist. Daher werden mit Laser-Scanning-Mikroskopen neben Industrieprodukten auch so unterschiedliche Proben wie Haare, Zähne und Haut beobachtet.

Fazit

Der Anwendungsbereich des Laser-Scanning-Mikroskops für die dreidimensionale Messung kleiner Objekte dürfte weiter wachsen, wenn die Funktionen des Konfokalmikroskops genutzt und die Software um neue Funktionen erweitert wird. Außerdem dürften die Anwender eine noch höhere Genauigkeit und Auflösung vom Gerät erwarten.

Literaturnachweise

• Hirohisa Fujimoto: Outline of Nano-material Engineering Vol. 1 (Edited by Kazuyuki Hirao, et al.), pp. 604–612, FUJITECHNOSYSTEM, 2005.
• Kentaro Yamazaki: O plus E, 26(8): pp. 901–906, 2004.
• Shigeru Nishida: Science and Engineering of Materials, 40(5): pp. 220–224, 2003.
• H. Miyajima, et al: Journal of Microlectromechanical Systems, 12(3): pp. 243–251, 2003.
• Hirohumi Miyamoto, Takefumi Ito: The Tribology, 19(7): pp. 30–33, 2005.
• Chikara Nagano: Latest Optical Technology Handbook (Edited by Junpei Tsujiuchi, et al.), pp. 685–705, Asakura Publishing, 2002.

• 1. Grundprinzipien von Laser-Scanning-Mikroskopen
• 2. Auflösungsvermögen von Laser-Scanning-Mikroskopen
• 3. Messgenauigkeit von Laser-Scanning-Mikroskopen
• 4. Software für Laser-Scanning-Mikroskope
• 5. Grundlegende Merkmale der industriellen Laser-Scanning-Mikroskope von Olympus
• 6. Anwendungsbeispiele

> Details zum OLS5000 und konfokalen Lasermikroskopen finden Sie hier.
> Details zum OLS4500 und Nanosuchmikroskopen finden Sie hier.