Die klassischen Methoden nach Vickers oder Rockwell sind für Härtemessung extrem dünner Schichten unter 100 nm nicht geeignet. Hierfür werden pyramidenförmige Diamantspitzen mit bekannter Geometrie verwendet. Die Messung des Härteeindruckes erfolgt mit einem REM oder AFM. Während des Versuchs werden die aufgebrachte Eindringkraft und der Eindringweg der Spitze gleichzeitig gemessen.
Zur Härtemessung nach dem Verfahren instrumentierter Eindringversuch wird eine wegaufgelöste Kraftmessung benötigt. Dazu sind ein präziser Kraftsensor, ein präziser Wegsensor und eine präzise Diamantspitze erforderlich.
Das am CiS Forschungsinstitut entwickelte System erfüllt die Bedingungen:
• Es enthält zwei unabhängig arbeitende Kraft- und Wegsensoren
• Das Abbesche Komparatorprinzip bleibt gewahrt
• Wahlfreiheit zwischen einer Diamantspitze, Hartmetall- oder Robinkugel
• konform zu einschlägigen Industrienormen.
Die Nanoindenter-Baugruppe besitzt zwei baugleiche Kraftsensoren, die auf einem Verdrahtungsträger gefügt sind. Der als Wegsensor dienende Kraftsensor wird mittels einer Flip-Chip-Fügetechnik mit dem Träger verbunden. Der als Kraftsensor eingesetzte Sensor, wird gleichgerichtet auf die gegenüberliegende Seite mit einem Klebstoff gefügt. Der Eindringkörper, beispielsweise Diamant, wird in den Intender eingeklebt. Ein Distanzelement legt die Position fest, Diamantspitzen und die äußere Begrenzung des Elementes liegen in einer Ebene.
Der Verdrahtungsträger wird danach durch einen Flip-Chip-Prozess auf die Leiterkarte (PCB) gefügt. Der Kraftsensor ist elektrisch über Drahtbondung mit der PCB verbunden, die den Sensor mittels einer Halterung an einem Aktor befestigt.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Tastsystem mit stark reduzierter Antastkraft zur Bestimmung der instrumentierten Eindringhärte“ (TARZAN) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. (FKZ 49MF160180)
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