Charakterisierung von Schichten im Nanobereich

Physikalische Eigenschaften von Schichten zu bestimmen wird umso schwieriger, je dünner sie sind. Hier stoßen bislang bewährte Verfahren der Oberflächentechnik an ihre Grenzen und arbeiten unzuverlässig. Eine effiziente Lösung bietet ZwickRoell mit einem Tester, der speziell für die Charakterisierung mechanischer Oberflächeneigenschaften im Mikro- und Nanobereich entwickelt wurde.
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Je dünner die Beschichtung in der Galvanotechnik, umso schwieriger ist es für Hersteller, eine eindeutige Aussage zu deren physikalischen Eigenschaften zu machen. Ein typisches Beispiel ist die Beurteilung von dünnen Gold-Kobalt-Schichten auf Steckverbindern, elektrischen Kontakten und Steckerleisten von Leiterplatten. Hier beträgt die Schichtdicke mittlerweile nur noch 600 bis 800 Nanometer. Zur üblichen Bestimmung der Härte nach Vickers wird eine Diamantpyramide in die Oberfläche eingedrückt und der verbleibende Härteeindruck optisch vermessen. Ein eindeutiges Ergebnis liegt dann vor, wenn die Eindringtiefe maximal ein Zehntel der zu messenden Schichtdicken beträgt (1/10-Regel). Wendet man dies auf dünnen Goldschichten an, dann resultieren daraus Eindringtiefen, die nur 60 Nanometer erreichen. Eine Dicke, bei der die bislang bewährte Vickersprüfung nach ASTM B-488-01 an ihre Grenzen kommt.

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Umicore Galvanotechnik, führender Anbieter von galvanischen Edelmetall-Elektrolyten, nutzt deshalb zur Härtebestimmung den „Universellen Nanomechanischen Tester“ (UNAT) von ZwickRoell. Mit dieser Entwicklung lässt sich die Eindringtiefe nach DIN EN ISO 14577 („Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter“) auch im Nanobereich präzise bestimmen. Eine Software wandelt den Messwert zu Vergleichszwecken in Vickershärte um. Der Tester wurde speziell für die Charakterisierung mechanischer Oberflächeneigenschaften im Mikro- und Nanobereich entwickelt und arbeitet mit einer maximalen Kraft von bis zu 2 N. Das Besondere dieser Lösung sind zwei völlig unabhängige Messköpfe für die Messung von normalen und lateralen Kraft-Verschiebungskurven mit Nanometer-Auflösung. Damit kann dieses Gerät nicht nur als Härte-, Verschleiß- und Scratchtester sondern auch als Zugprüfgerät und Profilometer zuverlässig eingesetzt werden.
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