DE102006018276A1

DE102006018276A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schliffpräparation eines mehrere ebene und zueinander parallel verlaufende Schichten unterschiedlichen Materials aufweisenden Probenkörpers

Info

Publication number: DE102006018276A1
Application number: DE200610018276
Authority: DE
Inventors: Helmut Heinz; Markus Hofmann
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-10-31

Abstract

Bei einem Verfahren zur Schliffpräparation eines mehrere ebene und zueinander parallel verlaufende Schichten unterschiedlichen Materials aufweisenden Probenkörpers (2), wobei eine Schliffebene (7) parallel zu den Schichten verläuft, werden folgende Schritte abgearbeitet: Zunächst wird der Probenkörper (2) mit einem Schleifkörper (6) in der Schliffebene (7) geschliffen. Dann wird der Schleifvorgang überwacht, indem eine Ist-Kraft (10; 8) mit einer Kraft-Messeinrichtung (11) gemessen wird, welche der Schleifkörper (6) auf den Probenkörper (2) während des Schleifens ausübt, wobei das Schleifen beendet wird, sobald die Ist-Kraft (10; 8) stärker variiert als durch einen Vorgabewert vorgegeben. Hierzu steht eine Überwachungseinrichtung (12) mit der Kraft-Messeinrichtung (11) in Signalverbindung. Dieses Verfahren kann mit einer entsprechenden Schliffpräparationsvorrichtung durchgeführt werden. Es resultiert die Möglichkeit, mit Hilfe der Schliffpräparation auch dünne herauszupräparierende Schichten zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schliffpräparation eines mehrere ebene und zueinander parallel verlaufende Schichten unterschiedlichen Materials aufweisenden Probenkörpers.
Zur Untersuchung von Schaltungsträgeraufbauten ist es durch offenkundige Vorbenutzung bekannt, eine Schleif- und Poliertechnik einzusetzen. Dazu wird der zu untersuchende Bereich des Schaltungsträgeraufbaus, also des Probenkörpers, aus der Baugruppe herausgetrennt, unter Verwendung einer Form mit einer geeigneten Einbettmasse umgeben und schließlich mit aus dem Stand der Technik bekannten Schleif- und Poliervorrichtungen bearbeitet. Im Verlauf der Schliffpräparation muss der Probenkörper permanent optisch kontrolliert werden, um den zu untersuchenden Bereich möglichst exakt zu erfassen. Bei den Schaltungsträgeraufbauten handelt es sich oft um Mehrschichtaufbauten, bestehend aus Schichten mit unterschiedlichen Materialien, bei denen definiert bestimmte Schichten schlifftechnisch herauspräpariert werden müssen. Diese Schichten aus einheitlichen Materialien in der Schliffebene sind oft sehr dünn, sodass sie schlifftechnisch schwer erfassbar sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schliffpräparationsverfahren derart weiterzubilden, dass auch dünne herauszupräparierende Schichten erfasst werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schliffpräparationsverfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Übergang von einer Materialschicht zur nächsten in der Schliffebene mit einer Ist-Kraft-Änderung einhergeht, welche der Schleifkörper auf den Probenkörper während des Schleifens ausübt. Durch Überwachen dieser Ist-Kraft-Änderung und entsprechendes Beenden des Schleifens, sobald ein Vorgabewert verlassen wird, kann der Übergang von einer Materialschicht zur nächsten schnell erfasst werden, sodass auch sehr dünne Materialschichten in der Schliffebene herauspräpariert werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere Schichten aus so genannten Underfiller-Materialien, die sich zwischen einem Leiterplattensubstrat und großflächigen Bauelementen befinden, herauspräpariert und auf gleichmäßige Verteilung untersucht werden. Es ist beim erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere nicht notwendig, die absolute Höhe der abzutragenden Schicht einzustellen, da das Beenden des Schleifens auf die Messung einer relativen Kraftänderung anspricht.
Eine Überwachung nach Anspruch 2 lässt sich mit geringem Aufwand gewährleisten. Alternativ ist es z. B. auch möglich, das Messsignal zu differenzieren, um eine entsprechende Variation zu detektieren.
Auswertungen nach den Ansprüchen 3 und 4, die auch parallel zueinander erfolgen können, führen zu einer sicheren Überwachung einer Variation der Ist-Kraft. Eine Ist-Kraftkomponente senkrecht zur Schliffebene ist insbesondere eine Druckkraft, mit der der Probenkörper beim Schleifen auf den Schleifkörper gedrückt wird. Eine Ist-Kraftkomponente parallel zur Schliffebene ist insbesondere eine Kraft, die der Schleifkörper auf den Probenkörper parallel zur Bewegungsrichtung des Schleifkörpers beim Schleifen ausübt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine bekannte Schliffpräparationsvorrichtung derart weiterzubilden, dass auch dünne zu präparierende Schichten sicher erfasst werden können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Schliffpräparationsvorrichtung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen.
Die Vorteile der Schliffpräparationsvorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8 entsprechen denen, die vorstehend schon unter Bezug auf das Schliffpräparationsverfahren angegeben wurden.
Kraft-Messeinrichtungen nach den Ansprüchen 9 und 10 sind als Standard-Bauteile verfügbar, sodass eine kostengünstige Schliffpräparationsvorrichtung resultiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch die Anordnung einer Schliffpräparationsvorrichtung beim Schleifen eines Probenkörpers;
2 eine Ausschnittsvergrößerung des Probenkörpers, welche dessen Schichtaufbau im Schnitt zeigt; und
3 ein Ablaufschema eines Schliffpräparationsverfahrens, welches mit der Vorrichtung nach 1 durchgeführt werden kann.
Eine insgesamt mit 1 bezeichnete Schliffpräparationsvorrichtung dient zur Präparation eines vorgegebenen Schliffs eines Probenkörpers 2. Letzterer hat mehrere ebene und zueinander parallel verlaufende Schichten 3, 4, 5 aus unterschiedlichem Material. Der Probenkörper 2 ist zu einem Schleifmedium 6 der Schliffpräparationsvorrichtung 1 derart orientiert, dass eine Schliffebene 7 parallel zu den Schichten 3 bis 5 verläuft.
Das Schleifmedium 6, z. B. ein Schleifkörper in Form einer Schleifscheibe, liegt beim Schleifen flächig am Probenkörper 2 an, sodass dieser durch das Schleifmedium 6 in der Schliffebene 7 geschliffen wird, wie dies an sich bekannt ist. Hierbei übt das Schleifmedium 6 auf den Probenkörper 2 eine Kraft F_D aus, wie in der 1 durch einen Kraftvektor 8 angedeutet. Die Druckkraft 8 wird z. B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Druckzylinders der Schliffpräparationsvorrichtung 1 ausgeübt. Das Schleifmedium 6 wird relativ zum Probenkörper 2 in der 1 horizontal nach links verlagert, wobei auf das Schleifmedium 6 eine Zugkraft wirkt, die in der 1 durch einen Kraftvektor 9 dargestellt ist. Aufgrund der Reibung des Schleifmediums 6 am Probenkörper 2 während des Schleifens muss auf den Probenkörper 2 eine zur Zugkraft F_Z entgegengesetzt gerichtete Gegenkraft wirken, die nachfolgend als Reibungskraft F_R bezeichnet ist und in der 1 durch einen Kraftvektor 10 dargestellt ist.
Der Probenkörper 2 wird von einem Halteelement 11 der Schliffpräparationsvorrichtung 1 in Position gehalten. Dieses Halteelement 11 dient gleichzeitig als Kraft-Messeinrichtung zum zeitlich aufgelösten Messen der Reibungskraft F_R, die das Schleifmedium 6 auf den Probenkörper 2 während des Schleifens ausübt. Diese gemessene Kraft 10 wird nachfolgend auch als Ist-Kraft bezeichnet. Diese Ist-Kraft 10 hängt ab von der Druckkraft 8, von der Zugkraft 9 und vom Reibungskoeffizienten zwischen dem Schleifmedium 6 und dem Probenkörper 2. Unter der Voraussetzung, dass die Druckkraft 8 und die Zugkraft 9 konstant sind, hängt die Ist-Kraft 10 vom Reibungskoeffizienten und damit vom Material des Probenkörpers 2 in der Schliffebene 7 ab. Die gemessene Ist-Kraft 10 verläuft parallel zur Schliffebene 7, sodass die Kraft-Messeinrichtung 11 eine Ist-Kraftkomponente zur Schliffebene 7 misst. Alternativ kann die Kraft-Messeinrichtung 11 auch die Druckkraft 8 als Ist-Kraft 10 messen. Die Kraft-Messeinrichtung 11 kann die Ist-Kraft 8 bzw. 10 auch direkt am Schleifmedium 6 messen.
Mit der Kraft-Messeinrichtung 11 in Signalverbindung steht eine Überwachungseinrichtung 12. Letztere steht über eine Signalleitung 13 mit einer Steuereinrichtung 14 in Signalverbindung. Die Steuereinrichtung 14 steuert, wie durch eine Steuerleitung 15 angedeutet, den Schleifvorgang durch das Schleifmedium 6, insbesondere den Start und das Beenden des Schleifvorgangs.
Die Überwachungseinrichtung 12 hat einen Speicher 16 zum Speichern eines Kraft-Vorgabewertes sowie eines Toleranzwertes. Ferner hat die Überwachungseinrichtung 12 einen Komparator 17 zum Vergleichen der Ist-Kraft 10 mit dem Kraft-Vorgabewert.
Die Kraft-Messeinrichtung 11 kann als induktiver Kraftaufnehmer oder als mindestens ein Dehnungsmessstreifen am Halteelement 11 ausgebildet sein.
Bei einer Materialänderung des Probenkörpers 2 in der Schliffebene 7, also beim Übergang zwischen den Schichten 3, 4 oder 4, 5 aus unterschiedlichem Material, kommt es zu einer Änderung der Gegenkraft, die der Pro benkörper 2 auf das Schleifmedium 6 ausübt, was sich längs der Druckkraft 8 als Kraftstoß bemerkbar macht, der durch eine entsprechende Kraft-Messeinrichtung gemessen werden kann.
Die Schliffpräparationsvorrichtung 1 wird zur Schliffpräparation des Probenkörpers 2 folgendermaßen eingesetzt: Der Probenkörper 2 wird mit dem Schleifmedium 6 in der Schliffebene 7 geschliffen. Beim in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird also zunächst die Schicht 5 in der Schliffebene 7 geschliffen. Während des Schleifens wird der Schleifvorgang durch zeitlich aufgelöstes Messen der Ist-Kraft 10 oder alternativ der Ist-Kraft 8, die das Schleifmedium 6 auf den Probenkörper 2 während des Schleifens ausübt, überwacht. Dies erfolgt über die Kraft-Messeinrichtung 11 und die Überwachungseinrichtung 12. Dabei findet ein Kraft-Messschritt 18 und anschließend ein Auswerteschritt 19 statt (vgl. 3). Im Rahmen der Auswertung wird die gemessene Ist-Kraft 10 bzw. 8 mit dem Kraft-Vorgabewert, der im Speicher 16 abgelegt ist, verglichen. Dieser Vergleich findet im Komparator 17 statt. Sobald die gemessene Ist-Kraft 10 bzw. 8 vom Kraft-Vorgabewert stärker abweicht als der vorgegebene und ebenfalls im Speicher 16 abgelegte Toleranzwert, steuert die Überwachungseinrichtung 12 über die Signalleitung 13 die Steuereinrichtung 14 an. Diese Informationsweitergabe an die Steuereinrichtung 14 ist Bestandteil eines Anpassungsschritts 20 für Maschinenparameter der Schliffpräparationsvorrichtung 1. Die von der Überwachungseinrichtung 12 entsprechend angesteuerte Steuereinrichtung 14 beendet dann durch Abgabe eines entsprechenden Signals über die Steuerleitung 15 den Schleifvorgang. Dies erfolgt durch einen Ansteuerschritt 21.
Diese Abweichung vom Vorgabewert außerhalb des Toleranzwertes findet statt, sobald die gesamte Schicht 5 abgeschliffen ist und das Schleifen der z. B. härteren Schicht 4 in der Schleifebene 7 beginnt.
Alternativ zu einem Vergleich einer gemessenen Ist-Kraft mit einem Kraft-Vorgabewert unter Einhaltung eines Toleranzbereiches kann das Messsignal der Kraft-Messeinrichtung 11 auch in anderer Weise ausgewertet werden, um einen Materialübergang in der Schliffebene 7 sicher zu detektieren. Dies kann beispielsweise durch Differenzierung des Messsignals der Kraft-Messeinrichtung 11 erfolgen. Beim Übergang z. B. zwischen den Schichten 5 und 4 in der Schliffebene 7 kommt es sowohl bei der Reibungskraft 10 als auch bei der Druckkraft 8 zu einem Kraftstoß, der differentiell erfasst werden kann.
Nach Beenden des Schleifvorgangs liegt die Schicht 4 frisch angeschliffen vor. Da der Schleifvorgang unmittelbar nach dem Übergang von der Schicht 5 zur Schicht 4 in die Schliffebene 7 beendet wurde, ist die Schicht 4 nur in ganz geringem Maße abgetragen. Es ist daher möglich, Schichten 4 herauszupräparieren, die nur eine sehr geringe Dicke, z. B. im Bereich weniger μm haben.
Durch entsprechende Vorgabe einerseits des Kraft-Vorgabewertes und andererseits des Toleranzwertes kann auch automatisch ein Übergang z. B. zwischen den Schichten 5 und 4 toleriert werden, sodass der Schleifvorgang fortgesetzt wird, wobei ein Beenden des Schleifvorgangs erst beim Übergang zwischen den Schichten 4 und 3 erfolgt, sodass der Anschliff der Schicht 3 des Probenkörpers 2 auf diese Weise herauspräpariert wird.
Konkret kann es sich bei der Schicht 5 um ein Leiterplattensubstrat, z. B. aus glasfaserverstärktem Epoxydharz, bei der Schicht 4 um ein Underfiller-Material und bei der Schicht 3 um einen Leadless Ceramic Chip Carrier (LCCC)-Baustein handeln. Die Schicht 4 ist in diesem Fall sehr viel weicher als die Schicht 5, sodass es, sobald die Schicht 5 vollständig abgeschliffen ist, zu einer abrupten Änderung sowohl der Druckkraft 8 als auch der Reibungskraft 10 kommt, was entsprechend gemessen werden kann.
An das Beenden des Schleifvorgangs kann sich noch ein Feinpolierschritt anschließen, um die zu untersuchende Schicht, im vorliegenden Beispiel die Schicht 4, flächenmäßig exakt zu präparieren.

Claims

Verfahren zur Schliffpräparation eines mehrere ebene und zueinander parallel verlaufende Schichten (3 bis 5) unterschiedlichen Materials aufweisenden Probenkörpers (2), wobei eine Schliffebene (7) parallel zu den Schichten (3 bis 5) verläuft, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Schleifen des Probenkörpers (2) mit einem Schleifkörper (6) in der Schliffebene (7), – Überwachen des Schleifvorgangs durch – zeitlich aufgelöstes Messen (18) einer Ist-Kraft (10; 8), welche der Schleifkörper (6) auf den Probenkörper (2) während des Schleifens ausübt, – Beenden des Schleifens, sobald die Ist-Kraft (10; 8) stärker variiert als durch einen Vorgabewert vorgegeben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachen erfolgt durch – Speichern der Ist-Kraft (10; 8) als Vorgabewert; – Vorgeben eines Toleranzwertes; – Vergleichen (19) der Ist-Kraft (10; 8) mit dem Vorgabewert, – Beenden des Schleifens, sobald die Ist-Kraft (10; 8) vom Vorgabewert stärker abweicht als der Toleranzwert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Überwachung eine Ist-Kraftkomponente (8) senkrecht zur Schliffebene (7) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Überwachung eine Ist-Kraftkomponente (10) parallel zur Schliffebene (7) ausgewertet wird.
Vorrichtung (1) zur Schliffpräparation eines mehrere ebene und zueinander parallel verlaufende Schichten (3 bis 5) unterschiedlichen Materials aufweisenden Probenkörpers (2), wobei eine Schliffebene (7) parallel zu den Schichten (3 bis 5) verläuft, – mit einen Schleifkörper (6) zum Schleifen des Probenkörpers (2) in der Schliffebene (7), – mit einer Kraft-Messeinrichtung (11) zum zeitlich aufgelösten Messen einer Ist-Kraft (10; 8), welche der Schleifkörper (6) auf den Probenkörper (2) während des Schleifens ausübt, – mit einer Überwachungseinrichtung (12), die mit der Kraft-Messeinrichtung (11) in Signalverbindung steht und derart ausgebildet ist, dass sie den Schleifvorgang beendet, sobald die Ist-Kraft (10; 8) stärker variiert als durch einen Vorgabewert vorgegeben.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (12) umfasst: – einen Speicher (16) zum Speichern eines Kraft-Vorgabewertes sowie eines Toleranzwertes; – einen Komparator (17) zum Vergleichen der Ist-Kraft (10; 8) mit dem Vorgabewert.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Messeinrichtung (11) zur Messung einer Ist-Kraftkomponente (8) senkrecht zur Schliffebene (7) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Messeinrichtung (11) zur Messung einer Ist-Kraftkomponente (10) parallel zur Schliffebene (7) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens einen induktiven Kraftaufnehmer als Kraft-Messeinrichtung (11).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens einen Dehnungsmessstreifen als Kraft-Messeinrichtung (11).