High-Speed-Mikroskopie in der Qualitätsprüfung

Ein High-Speed-Mikroskop während der Messung eines Wafers

© Fraunhofer IPT

Die Qualitätsprüfung ist ein wichtiger Schritt des Produktionsprozesses, der maßgeblich zur Wertschöpfung beiträgt. Besonders bei Kleinstbauteilen gestaltet sich die Qualitätsprüfung komplex: Manuelle Stichprobenprüfungen durch Fachkräfte an Mikroskopen sind zeitintensiv, kostspielig und fehleranfällig. Die Ergebnisse sind häufig durch eine mangelnde Reproduzierbarkeit und menschliche Subjektivität eingeschränkt, selbst wenn Richtlinien für die Prüfverfahren vorliegen. Dies führt zu einer erschwerten Nachvollziehbarkeit der Untersuchungsergebnisse und oft zu einer unzureichenden Dokumentation.

Steigende Produktionsvolumina, höhere Qualitätsanforderungen oder strengere regulatorische Vorgaben machen es oft notwendig, den Umfang der Qualitätskontrolle zu erweitern. In solchen Fällen stoßen manuelle Prüfmethoden schnell an ihre Grenzen. Automatische optische Inspektionssysteme (AOI) bieten zwar eine Lösung für die umfassende Prüfung großer Stückzahlen, jedoch sind diese mit Investitionskosten im Millionenbereich für viele Unternehmen wirtschaftlich nicht tragbar. Hier setzt die High-Speed-Mikroskopie an und bietet einen kostengünstigen Mittelweg.

Die High-Speed-Mikroskopie schließt eine Lücke

Das Fraunhofer-Institut für Produktions­technologie IPT hat mit High-Speed-Mikros­kopie eine Technologie entwickelt, die eine automatisierte optische Qualitätsprüfung zu deutlich geringeren Investitionskosten als herkömmliche AOI-Systeme ermöglicht.

Anders als konventionelle automatisierte Mikroskope, bei denen die Probe für jede Bildaufnahme angehalten wird, wird die Probe hier während der Aufnahme kontinuierlich bewegt. Bewegungsunschärfe wird durch eine auf die Bildaufnahme abgestimmte wegsynchrone Blitzbeleuchtung mit Belichtungszeiten im niedrigen Mikrosekundenbereich eliminiert. Ein integriertes Autofokus-System gleicht Tiefenunschärfe aus. Stitching-Verfahren setzen die aufgenommenen Einzelbilder zu hochauflösenden Gesamtbildern zusammen. Auf diese Weise lassen sich Flächen abbilden, die weit über den Aufnahmebereich eines einzelnen Objektivs hinausgehen.

Bei der Technologie handelt es sich nicht um ein festes Produkt, sondern um ein anpassbares Verfahren, das auf spezifische Messaufgaben zugeschnitten wird. Sie unterstützt zahlreiche lichtmikroskopische Methoden, darunter Hellfeld-, Dunkelfeld-, Durchlicht-, Polarisations- und Phasenkontrastmikroskopie. Darüber hinaus werden derzeit Anwendungen in der 3D- und Fluores­zenz-Mikroskopie sowie die Kombination mit weiteren optischen und nicht-optischen Messverfahren erforscht.

Die Lösung greift auf spezialisierte Hardware wie schnelle Präzisionsachsen, Hochgeschwindigkeitskameras und optische Sensoren zurück. High-Speed-Mikroskope können flexibel auf Basis maßgeschneiderter optischer und mechanischer Plattformen oder kommerziell erhältlicher Mikroskope aufgebaut werden. Dies hängt von der jeweiligen Anwendung ab und bereits vorhandener Hardware bei den Anwendern.
Durch diese Flexibilität bietet die High-Speed-Mikroskopie eine kosteneffiziente Alternative zu AOI-Systemen. Sie schließt die Lücke zwischen manuellen Prüfverfahren, die bei hohen Stückzahlen unwirtschaftlich sind, und Inline-Lösungen, deren Kosten sich oft erst bei sehr großen Produktionsvolumina rechtfertigen lassen.