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Revolutionierung der Qualitätskontrolle von optischen Beschichtungen mit hochpräzisen Sensoren

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Mahlo GmbH stellt modernste Weißlicht-Interferometrie für präzise Dünnschichtdickenmessung in der Elektronikindustrie vor

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Die Lieblingssendung im Fernsehen ansehen, eine Nachricht auf dem Smartphone lesen, E-Mails auf dem Laptop abrufen, im Auto zum Zielort fahren - wir alle haben zahlreiche Tätigkeiten, bei denen wir einen LCD-Bildschirm verwenden. Diese Technologie hat die Elektronikindustrie verändert. LCD-Bildschirme sind in unserem täglichen Leben unverzichtbar geworden. Aber sie haben auch eine Schwäche: LCD-Bildschirme haben ein Problem mit der guten Sichtbarkeit, wenn sie bei starkem Umgebungslicht verwendet werden. Die Lösung besteht darin, die Helligkeit und den Kontrast des Bildschirms weit über das normale Maß hinaus zu erhöhen, das für die Verwendung in Innenräumen gilt. Dadurch werden direkte Reflexionen auf der Bildschirmoberfläche verhindert. Dies geschieht mit optischen Folien, die auf der Vorderseite angebracht werden.

Erschließung des wachsenden Marktes für optische Folien in China.

Die Folien können die Übertragungseigenschaften von Licht verändern, einschließlich Lichtprojektion, Reflexion, Absorption und Streuung. Optische Beschichtungen werden verwendet, um die Durchlässigkeit, Reflexion oder Polarisationseigenschaften einer optischen Komponente zu verbessern. Eine Antireflexionsbeschichtung kann die Reflexion auf jeder Oberfläche auf weniger als 0,1 % reduzieren. Dies gewährleistet die beste Bildqualität bei der Arbeit am Laptop oder beim Fernsehen, selbst bei direkter Sonneneinstrahlung.

Optische Folien werden in der Regel mit mehreren dünnen Schichten von Materialien wie Oxiden, Metallen oder Seltenerdmetallen beschichtet. Je nach Komplexität der Produkte sind manchmal mehrere unterschiedliche Beschichtungen notwendig, damit sie ihre volle Funktion entfalten können. Dies ist jedoch nur möglich, wenn alle Schichten exakt die erforderliche Beschichtungsmenge aufweisen. Schon geringe Abweichungen von den vorgegebenen Toleranzwerten während der Produktion führen zu Fehlfunktionen und damit zu erheblichen Verlusten durch Ausschuss.

Auf die Präzision kommt es an: Die Herausforderung der Schichtdickenkontrolle

Beschichter greifen daher in vielen Fällen auf die Messung des Flächengewichts auf der laufenden Bahn zurück. Doch gerade bei sehr dünnen Schichten stellt die Online-Messung eine große Herausforderung dar, denn sie muss extrem genau sein.

Um ein zuverlässiges Ergebnis und damit ein für Hersteller und Kunden zufriedenstellendes Produkt zu erhalten, wird ein Sensor benötigt, der in der Lage ist, die Schichtdicke mit hoher Präzision direkt auf der laufenden Bahn zu messen. Die Mahlo GmbH + Co. KG, ein deutscher Maschinenhersteller mit jahrzehntelanger Erfahrung, setzt ein Messverfahren ein, das genau diese Anforderungen erfüllt. Die spezielle Sensortechnik ist Teil des Qualitätsmesssystems Qualiscan QMS, das wichtige Parameter durch traversierende Sensoren während des Bahnlaufs misst und regelt.

Innovative Sensortechnologie: Weißlicht-Interferometrie für unübertroffene Messgenauigkeit.

Der erwähnte Optoscope WLI-Sensor arbeitet nach dem Weißlicht-Interferenzverfahren. Werden klare oder leicht undurchsichtige dünne Schichten mit weißem Licht bestrahlt, wird das Licht sowohl an der oberen als auch an der unteren Grenzfläche teilweise reflektiert und es entstehen regenbogenartige Interferenzfarben, wie man sie z. B. von Seifenblasen kennt. Die Frequenzen dieser Interferenz sind ein Maß für die Schichtdicke und werden mit einem FFT-Algorithmus bestimmt. Damit das Ergebnis eindeutig bestimmt werden kann, muss die zu messende Schicht einen anderen Brechungsindex haben als die Substratschicht. Unter diesen Bedingungen kann eine sehr hohe Genauigkeit von bis zu 0,01 µm (10 nm) erreicht werden.

Darüber hinaus gelingt es mit dem WLI auch, extrem dünne Schichten im nm-Bereich - bis zu 0,2 µm - für wässrige oder lösungsmittelbasierte Beschichtungen auf Folie, je nach Feststoffgehalt, indirekt zu bestimmen. Bei der Interferenzmethode kommen die Werte durch die Wechselwirkung der Reflexionen direkt aus dem Material. Anders verhält es sich bei der Messung mit Beta- oder Röntgenstrahlen, die vor oder nach dem Beschichter eingesetzt werden können. Hier kommen die Werte nicht direkt aus dem Material, sondern werden aus der Wechselwirkung der jeweiligen Strahlung mit der Masse berechnet. Mit anderen Worten, wie viel Rückstrahlung oder Durchdringung auf den Messsensor trifft. Die direkte Messung ist einer der Gründe für die hohe Messgenauigkeit bei sehr dünnen Schichten.

Ein Vorteil für die Hersteller ist auch die Möglichkeit der einseitigen Messung, die platzsparend beim Einbau und kostengünstiger als ein herkömmlicher O-Rahmen ist. Darüber hinaus erfordert das Weißlicht-Interferenzverfahren keine besonderen Anforderungen an den Strahlenschutz. Dies erleichtert die Handhabung im Betrieb.