DE102007030951B4

DE102007030951B4 - Device for the determination of mechanical properties of an object to be examined

Info

Publication number: DE102007030951B4
Application number: DE200710030951
Authority: DE
Inventors: Jürgen Prof. Dr. Ing. Villain; Christina Dipl.-Kristallographin Weippert; Waldemar Dipl.-Ing. Kammrath
Original assignee: FACHHOCHSCHULE AUGSBURG
Current assignee: FACHHOCHSCHULE AUGSBURG
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: DE102007030951A1

Abstract

Vorrichtung für die Bestimmung von mechanischen Eigenschaften eines zu untersuchenden Objekts (26) mit einem in das Objekt (26) einpressbaren Prüfkörper (16, 36) und einer Wegemessvorrichtung (18, 28, 29, 30, 42), mit der die vom Prüfkörper (16, 36) zurückgelegte Pressstrecke erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Einbuchtmessvorrichtung (18, 31, 41, 42) die Einbuchtung (33) des Objekts (26) in der Umgebung einer Kontaktstelle zwischen Objekt (26) und Prüfkörper (16, 36) bei in das Objekt (26) eingepressten Prüfkörper (16, 36) erfassbar ist.Device for the determination of mechanical properties of an object to be examined (26) with a test body (16, 36) which can be pressed into the object (26) and a path measuring device (18, 28, 29, 30, 42) with which the test object ( 16, 36), the indentation (33) of the object (26) in the vicinity of a contact point between the object (26) and the test body (16, 36) can be detected with a recess measurement device (18, 31, 41, 42). 36) can be detected when the test object (16, 36) is pressed into the object (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Bestimmung von mechanischen Eigenschaften eines zu untersuchenden Objekts mit einem in das Objekt einpressbaren Prüfkörper und einer Wegemessvorrichtung, mit der die vom Prüfkörper zurückgelegte Pressstrecke erfassbar ist.The invention relates to a device for the determination of mechanical properties of an object to be examined with a test body which can be pressed into the object and a path measuring device with which the pressing section traveled by the test body can be detected.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 62 47 355 B1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfasst eine Probenhalterung, auf der ein zu untersuchendes Objekt anbringbar ist. Ferner verfügt die bekannte Vorrichtung über einen Prüfkörper, der an einer Prüfkörperhalterung angebracht und in das zu untersuchende Objekt einpressbar ist. Das zu untersuchende Objekt und der Prüfkörper können in Querrichtung relativ zueinander verfahren werden. Dies kann auch automatisch geschehen, so dass mit der bekannten Vorrichtung die Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts systematisch untersucht werden kann.Such a device is known from US 62 47 355 B1 known. The known device comprises a sample holder, on which an object to be examined can be attached. Furthermore, the known device has a test body, which is attached to a Prüfkörperhalterung and can be pressed into the object to be examined. The object to be examined and the test specimen can be moved transversely relative to one another. This can also be done automatically, so that the surface of an object to be examined can be systematically examined with the known device.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass sich inhomogene Objekte nur schwer untersuchen lassen. Denn die mechanischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts hängen von der Materialkomposition an der Kontaktstelle zwischen Prüfkörper und Objekt ab. Mit der bekannten Vorrichtung lassen sich lediglich Mittelwerte für die mechanischen Eigenschaften bestimmen. Häufig sind jedoch auch die mechanischen Eigenschaften von Teilkomponenten eines inhomogenen Körpers von Interesse.A disadvantage of the known device is that it is difficult to examine inhomogeneous objects. Because the mechanical properties of the object to be examined depend on the material composition at the contact point between the test specimen and the object. With the known device, only mean values for the mechanical properties can be determined. Frequently, however, the mechanical properties of subcomponents of an inhomogeneous body are of interest.

Aus der DE 10 2005 012 365 A1 ist ferner eine Prüfmaschine zur Durchführung einer instrumentierten Eindringprüfung bekannt. Die Prüfmaschine umfasst eine Halteeinrichtung mit einem Gegenlager für die zu messende Probe und einen von einer Vorschubeinrichtung verschiebbaren Eindruckkörper sowie eine Kraftmessvorrichtung zur Messung der von dem Eindruckkörper auf die zu messende Probe ausgeübten Kraft.From the DE 10 2005 012 365 A1 Furthermore, a testing machine for performing an instrumented penetration test is known. The testing machine comprises a holding device with an abutment for the sample to be measured and an impression body displaceable by a feed device and a force measuring device for measuring the force exerted by the indentation body on the sample to be measured.

Aus der US 48 20 051 ist eine Prüfvorrichtung zur Bestimmung der Mikrohärte bekannt, bei dem die auf einem Prüfkörper ausgeübte Presskraft und die Eindringtiefe in das zu untersuchende Objekt bestimmt wird. Die Eindringtiefe wird dabei auf optischem Wege bestimmt.From the US 48 20 051 a test device for determining the microhardness is known in which the force exerted on a test specimen pressing force and the penetration depth is determined in the object to be examined. The penetration depth is determined optically.

Ferner ist aus der DE 36 41 688 C2 ein Verfahren zur Qualitätsprüfung einer Elektrode eines Halbleiterbauelements bekannt, bei dem ein Prüfkörper gegen die zu untersuchende Elektrode gepresst wird. Die Tiefe der Einbeulung wird gemessen, indem durch Schleifen ein Querschnitt der Einbeulung erstellt wird, der dann mithilfe eines Mikroskops vermessen wird.Furthermore, from the DE 36 41 688 C2 a method for quality testing an electrode of a semiconductor device is known in which a test body is pressed against the electrode to be examined. The depth of the denting is measured by grinding a cross-section of the denting, which is then measured using a microscope.

Aus der DE 103 36 838 A1 ist ein Speckle-Interferometer zur Erfassung der Oberflächenstruktur von zu untersuchenden Objekten bekannt.From the DE 103 36 838 A1 For example, a speckle interferometer is known for detecting the surface structure of objects to be examined.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Bestimmung von mechanischen Eigenschaften eines inhomogenen zu untersuchenden Objekts zu schaffen.Based on this prior art, the object of the invention is therefore to provide a device for determining mechanical properties of an inhomogeneous object to be examined.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.This object is achieved by a device having the features of the independent claim. In dependent claims advantageous embodiments and developments are given.

Die Vorrichtung für die Bestimmung von mechanischen Eigenschaften eines inhomogenen Objekts weist einen Prüfkörper auf, sowie eine Wegemessvorrichtung, mit der die vom Prüfkörper zurückgelegte Pressstrecke erfassbar ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Einbuchtmessvorrichtung, mit der die Einbuchtung des zu untersuchenden Objekts in der Umgebung der Kontaktstelle zwischen Objekt und Prüfkörper bei in das Objekt eingepresstem Prüfkörper erfassbar ist. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Untersuchen inhomogener Objekte, bei denen die einzelnen Komponenten unterschiedliche Härten aufweisen. Falls der Prüfkörper auf eine harte Komponente trifft, die in eine vergleichsweise weiche Matrix eingebettet ist, kann mit der Einbuchtmessvorrichtung die Einbuchtung der weichen Matrix erfasst werden, die entsteht, wenn die harte Komponente vom Prüfkörper eingedrückt wird. Ausgehend von der Einbuchttiefe der weichen Matrix und der gesamten Pressstrecke des Prüfkörpers kann dann die Eindringtiefe des Prüfkörpers in die harte Komponente des Objekts ermittelt werden.The apparatus for the determination of mechanical properties of an inhomogeneous object has a test specimen, as well as a path measuring device, with which the distance traveled by the test specimen press section can be detected. Furthermore, the device comprises a recessed measuring device, with which the indentation of the object to be examined in the vicinity of the contact point between the object and the specimen can be detected in the specimen pressed into the specimen. The device is particularly suitable for examining inhomogeneous objects in which the individual components have different hardnesses. If the test specimen encounters a hard component embedded in a comparatively soft matrix, the indentation device can detect the indentation of the soft matrix which arises when the hard component is pressed in by the test specimen. Starting from the recess depth of the soft matrix and the entire press section of the test specimen, the penetration depth of the test specimen into the hard component of the specimen can then be determined.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Prüfkörper an einer Prüfkörperhalterung angebracht. Ferner verfügt die Vorrichtung über eine optische Justiervorrichtung, die in ihrem Sichtfeld mit einer Sichtmarkierung versehen ist, die sich mit einer vom Prüfkörper in das Objekt eingebrachten Markierung an der Prüfkörperhalterung zur Deckung bringen lässt. Dadurch ist es möglich, den Prüfkörper gezielt auf einen zu untersuchenden Bereich, beispielsweise den Einschluss einer bestimmten Phase, auszurichten und die mechanischen Eigenschaften des ausgewählten Bereichs zu untersuchen.In a preferred embodiment, the test specimen is attached to a specimen holder. Furthermore, the device has an optical adjustment device, which is provided in its field of view with a visual mark, which can be brought into coincidence with an introduced from the test specimen in the object marker on the Prüfkörperhalterung. This makes it possible to align the specimen targeted to a region to be examined, for example, the inclusion of a specific phase, and to investigate the mechanical properties of the selected area.

Die Vorrichtung verfügt ferner über eine Objekthalterung, die quer zur Pressrichtung verfahrbar ist. Dadurch können unterschiedliche Bereiche des zu untersuchenden Objekts untersucht werden. Die zu untersuchenden Objekte werden dabei mit der Sichtmarkierung der optischen Justiervorrichtung ausgewählt.The device also has an object holder, which is movable transversely to the pressing direction. As a result, different areas of the object to be examined can be examined. The objects to be examined are selected with the visual marking of the optical adjustment device.

Bei der Wegemessvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine optische Wegemessvorrichtung, die auf interferometrischem Wege die Verschiebung einer dem Prüfkörper zugeordneten Referenzfläche bestimmt. The path measuring device is preferably an optical path measuring device which determines the displacement of a reference surface assigned to the test object in an interferometric manner.

Auch die Einbuchtmessvorrichtung ist vorzugsweise eine optische Einbuchtmessvorrichtung, die auf interferometrischem Wege die Einbuchtung erfasst.The recess measurement device is preferably also an optical recess measurement device which detects the indentation by interferometric means.

Eine optische Einbuchtmessvorrichtung kann beispielsweise einen auf dem Objekt aufliegenden Glaskörper sowie eine Aufzeichnungseinheit umfassen, die die Newtonschen Ringe erfasst, die sich aufgrund des Abstands zwischen der eingebuchteten Oberfläche des Objekts und der Unterseite des Glaskörpers bilden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich die Überwachung mit geringem Aufwand bewerkstelligen lässt.For example, an optical indentation measuring device may comprise a glass body resting on the object and a recording unit which detects the Newtonian rings which form due to the distance between the indented surface of the object and the underside of the glass body. This embodiment has the advantage that the monitoring can be accomplished with little effort.

Die Einbuchtung des zu untersuchenden Objekts kann aber auch mithilfe eines Speckle-Interferometers erfasst werden. Bei dieser Ausführungsform kann das Profil der Einbuchtung berührungsfrei erfasst werden, so dass die durch den Prüfkörper hervorgerufene Verformung der Oberfläche des Objekts unmittelbar erfasst werden kann.The indentation of the object to be examined can also be detected by means of a speckle interferometer. In this embodiment, the profile of the indentation can be detected without contact, so that the deformation of the surface of the object caused by the specimen can be detected directly.

Um eine freie Sicht auf das zu untersuchenden Objekt zu ermöglichen, sind die Wegemessvorrichtung und die Einbuchtmessvorrichtung aus dem Sichtfeld der optischen Justiervorrichtung entfernbar.In order to enable a clear view of the object to be examined, the path measuring device and the recess measuring device are removable from the field of view of the optical adjusting device.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Prüfkörper quer zur Pressrichtung angeflacht, um die Untersuchung von Grenzflächen zu ermöglichen.In a further embodiment, the test specimen is flattened transversely to the pressing direction to allow the examination of interfaces.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description, are explained in the embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in detail. Show it:

1 einen Querschnitt durch eine Lötverbindung; 1 a cross section through a solder joint;

2 eine Seitenansicht einer Prüfvorrichtung zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften eines Objekts; 2 a side view of a test device for determining mechanical properties of an object;

3 eine Aufsicht auf die Prüfvorrichtung aus 2; 3 a view of the test device 2 ;

4 eine vergrößerte Ansicht der Prüfvorrichtung aus den 2 und 3; 4 an enlarged view of the tester from the 2 and 3 ;

5 eine Querschnittsansicht durch ein zu untersuchendes Objekt, in das ein Prüfkörper eindrückt; 5 a cross-sectional view through an object to be examined, in which a test specimen pushes;

6 ein Diagramm, mit Kraft-Weg-Kurven; 6 a diagram, with force-displacement curves;

7 eine Darstellung von verschiedenen Prüfkörpern; und 7 a representation of different specimens; and

8 eine Seitenansicht einer weiteren Prüfvorrichtung. 8th a side view of another tester.

1 zeigt einen Querschnitt durch eine Lötverbindung 1 zwischen einer Leiterbahn 2 auf einer Leiterplatte 3 und einer Anschlussschicht 4 eines oberflächenmontierbaren Bauteils 5, bei dem es sich beispielsweise um einen oberflächenmontierbaren Widerstand handelt. Da keine bleihaltigen Lote verwendet werden sollen, werden für die Lötverbindung 1 vorzugsweise Lote auf der Grundlage von SnCu, SnAg oder SnAgCu verwendet. Die Leiterbahnen 2 bestehen typischerweise aus Cu, CuNiAu oder CuSn. Die Anschlussschicht 4 des Bauteils 5 ist schließlich in der Regel auf der Basis von Ni oder Sn hergestellt. 1 shows a cross section through a solder joint 1 between a conductor track 2 on a circuit board 3 and a connection layer 4 a surface mount component 5 which is, for example, a surface mountable resistor. Since no lead-containing solders are to be used, are for the solder joint 1 preferably solders based on SnCu, SnAg or SnAgCu used. The tracks 2 typically consist of Cu, CuNiAu or CuSn. The connection layer 4 of the component 5 Finally, it is usually made on the basis of Ni or Sn.

Beim Lötvorgang entstehen entlang der Grenzfläche zwischen der Lötverbindung 1 und der Anschlussschicht 4 eine Übergangsschicht 6, in der sich intermetallische Phasen ausbilden, die gerichtete stöchiometrische Verbindungen aufweisen und daher nur schwer plastisch verformbar sind. In gleicher Weise entsteht durch den Lötvorgang im Übergangsbereich zwischen der Leiterbahn 2 und der Lötverbindung 1 eine Übergangsschicht 7, die ebenfalls intermetallische Phasen enthält. Die Härte der intermetallischen Phasen in den Übergangsschichten 6 und 7 liegt typischerweise im Bereich von 600 bis 700 Vickers, während die Härte der eigentlichen Lötverbindung 1 im Bereich von 20 bis 30 Vickers liegt. In der Lötverbindung 1 können sich auch Einschlüsse 8 intermetallischer Phasen bilden, die für die Lebensdauer der Lötverbindungen 1 von erheblicher Bedeutung sind, da sich Risse vorzugsweise entlang der Einschlüsse 8 ausbreiten.The soldering process occurs along the interface between the solder joint 1 and the connection layer 4 a transitional layer 6 , in which form intermetallic phases which have directional stoichiometric compounds and are therefore difficult to plastically deform. In the same way arises by the soldering process in the transition region between the conductor track 2 and the solder joint 1 a transitional layer 7 which also contains intermetallic phases. The hardness of the intermetallic phases in the transition layers 6 and 7 typically ranges from 600 to 700 Vickers while the hardness of the actual solder joint 1 in the range of 20 to 30 Vickers. In the solder joint 1 Inclusions can also be 8th form intermetallic phases that are responsible for the life of the solder joints 1 are of considerable importance, as cracks preferentially occur along the inclusions 8th spread.

Ein weiterer wesentlicher Umstand für die Lebensdauer der Lötverbindung ist, dass sich die Übergangsschichten 6 und 7 mit der Zeit aufgrund von Diffusionsprozessen in die Lötverbindungen 1 hinein ausbreiten.Another significant factor for the life of the solder joint is that the transitional layers 6 and 7 over time due to diffusion processes in the solder joints 1 spread out into it.

Für die Beurteilung der Bruchfestigkeit der Lötverbindung 1 sind daher Kenntnisse über die Beschaffenheit und die mechanische Festigkeit der Übergangsschichten 6 und 7 und der Einschlüsse 8 erforderlich.For the evaluation of the breaking strength of the solder joint 1 Therefore, knowledge of the nature and the mechanical strength of the transitional layers 6 and 7 and the inclusions 8th required.

2 zeigt eine Prüfvorrichtung 10, die zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von inhomogenen Objekten wie der in 1 dargestellten Lötverbindung 1 eingerichtet ist. Die Prüfvorrichtung 10 umfasst eine Unterlage 11, bei der es sich beispielsweise um einen vibrationsfrei gelagerten Labortisch handeln kann. Auf der Unterlage 11 ist eine Grundplatte 12 aufgebracht, die eine auf der Grundplatte 12 in eine x-Richtung und eine y-Richtung verfahrbare Objekthalterung 13 trägt. Ferner ist auf der Grundplatte 12 eine weitere ebenfalls in x-Richtung und y-Richtung verfahrbare Prüfkörperhalterung 14 angeordnet, die einen Prüfkörperarm 15 umfasst, an dessen Ende sich ein Prüfkörper 16 befindet, der in ein zu untersuchendes Objekt einpressbar ist. Auf der Grundplatte 12 ist schließlich auch ein um eine vertikale Drehachse 17 verschwenkbarer Messarm 18 angeordnet, der über einen Messkopf 19 verfügt, der in den Bereich der Objekthalterung 13 hinein verschwenkbar ist. Schließlich umfasst die Prüfvorrichtung noch über ein Mikroskop 20. Das Sichtfeld des Mikroskops 20 verfügt über eine Sichtmarkierung, beispielsweise ein Fadenkreuz, das eine Pressachse 21 definiert, entlang der der Prüfkörper 16 in das zu untersuchende Objekt eingepresst werden soll. 2 shows a tester 10 used to study the mechanical properties of inhomogeneous objects such as those in 1 shown solder joint 1 is set up. The tester 10 includes a pad 11 , which is, for example, a vibration-free mounted Laboratory table can act. On the pad 11 is a base plate 12 applied, one on the base plate 12 in an x-direction and a y-direction movable object holder 13 wearing. Further, on the base plate 12 a further also in the x-direction and y-direction movable specimen holder 14 arranged, which has a Prüfkörperarm 15 comprises, at the end of a test specimen 16 located, which is einpressbar in an object to be examined. On the base plate 12 after all, it's also about a vertical axis of rotation 17 swiveling measuring arm 18 arranged over a measuring head 19 which is in the area of the object holder 13 can be pivoted into it. Finally, the tester still includes a microscope 20 , The field of view of the microscope 20 has a visual marking, such as a crosshair, which is a press axis 21 defined along the specimen 16 to be pressed into the object to be examined.

Anstelle eines optischen Lichtmikroskops kann auch ein Rasterelektronenmikroskop verwendet werden.Instead of an optical light microscope, a scanning electron microscope can also be used.

3 zeigt eine Aufsicht auf die Prüfvorrichtung 10 aus 2. In 3 sind neben den erwähnten Komponenten drei Stellschrauben 22 erkennbar, die eine Drei-Punkt-Lagerung bilden und zur Justierung der Grundplatte 2 auf der Unterlage 11 vorgesehen sind. Ferner sind in 3 Antriebsmotoren 23 und 24 dargestellt, die zum Verfahren der Objekthalterung 13 und der Prüfkopfhalterung 14 dienen. 3 shows a plan view of the tester 10 out 2 , In 3 are in addition to the mentioned components three screws 22 recognizable, which form a three-point storage and for adjustment of the base plate 2 on the pad 11 are provided. Furthermore, in 3 drive motors 23 and 24 shown, the procedure for object holder 13 and the probe holder 14 serve.

Es sei angemerkt, dass an die Prüfvorrichtung 10 weitere Komponenten zur Steuerung und Auswertung angeschlossen sein können. Beispielsweise können vom Messarm 18 über eine Messleitung 25 elektrische oder optische Messsignale an eine in den 2 und 3 nicht dargestellte Auswerteeinheit weitergeleitet werden.It should be noted that to the testing device 10 additional components for control and evaluation can be connected. For example, from the measuring arm 18 via a measuring line 25 electrical or optical measuring signals to one in the 2 and 3 not shown evaluation be forwarded.

4 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Prüfkörpers 16 zusammen mit dem Prüfkörperarm 15 und dem Messarm 18. Ferner ist in 4 ein zu untersuchenden Objekt 26 dargestellt, bei dem es sich beispielsweise um ein Schnittpräparat der in 1 dargestellten Lötverbindung handeln kann. Zur Untersuchung des Einschlusses 8, der in die weiche Matrix der Lötverbindung 1 eingebettet ist, kann der Prüfkörper 16 entlang der Pressachse 21 in den Einschluss 8 eingepresst werden. Die dazu nötige Kraft wird von dem Prüfkörperarm 15 aufgebracht, der während des Einpressvorgangs in Einpressrichtung 27 bewegt wird. Die vom Prüfkörper 16 ausgeübte Presskraft liegt typischerweise im Bereich zwischen 0,01 und 20 mN. 4 shows an enlarged side view of the specimen 16 together with the Prüfkörperarm 15 and the measuring arm 18 , Furthermore, in 4 an object to be examined 26 represented, for example, to a section preparation of in 1 can act represented solder joint. To investigate the inclusion 8th which is in the soft matrix of the solder joint 1 embedded, the specimen can 16 along the press axis 21 in the enclosure 8th be pressed. The force required for this is from the Prüfkörperarm 15 applied during the pressing in the press-fitting 27 is moved. The from the test specimen 16 applied pressing force is typically in the range between 0.01 and 20 mN.

Der Prüfkörperarm 15 verfügt an seiner dem Objekt 26 abgewandten Seite über eine Reflexionsfläche 28. Mithilfe der Reflexionsfläche 28 kann auf interferometrischem Wege die Verschiebung des Prüfkörperarms 15 während des Einpressvorgangs bestimmt werden. Derartige interferometrische Wegemessvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt und als solche nicht Gegenstand der Anmeldung. Die optische Wegemessvorrichtung ist in 4 durch einen Lichtstrahl 29 angedeutet, der aus einem Fenster 30 des Messarms 18 austritt, an der Reflexionsfläche 28 reflektiert wird und erneut durch das Fenster 30 in den Messarm 18 eintritt.The specimen arm 15 has at his the object 26 opposite side over a reflection surface 28 , Using the reflection surface 28 interferometric displacement of the Prüfkörperarms 15 be determined during the Einpressvorgangs. Such interferometric path measuring devices are known to the person skilled in the art and as such are not the subject of the application. The optical path measuring device is in 4 through a ray of light 29 indicated by a window 30 of the measuring arm 18 exit, at the reflection surface 28 is reflected and again through the window 30 in the measuring arm 18 entry.

Neben der Ortsmessvorrichtung ist eine Einbuchtmessvorrichtung vorgesehen, die in 4 durch einen Lichtstrahl 31 angedeutet ist, der ebenfalls aus dem Fenster 30 des Messarms 18 austritt, an einer Oberfläche 32 des Objekts 26 reflektiert wird und erneut durch das Fenster 30 in den Messarm 13 eintritt. Die Einbuchtmessvorrichtung kann beispielsweise mithilfe eines Speckle-Interferometers bewerkstelligt werden. Speckle-Interferometer sind dem Fachmann bekannt und als solche ebenfalls nicht Gegenstand der Anmeldung.In addition to the location measuring device, a recessed measuring device is provided, which in 4 through a ray of light 31 which is also indicated by the window 30 of the measuring arm 18 exit, on a surface 32 of the object 26 is reflected and again through the window 30 in the measuring arm 13 entry. The bury measuring device can be accomplished, for example, using a speckle interferometer. Speckle interferometers are known to the person skilled in the art and as such likewise are not the subject of the application.

Mit der Einbuchtmessvorrichtung kann die Tiefe einer in 5 vergrößert dargestellten Einbuchtung 33 erfasst werden, die entsteht, wenn der Prüfkörper 16 in den harten Einschluss eindrückt und die weiche Matrix des Objekts 26 eingebuchtet wird.With the recessed measuring device, the depth of an in 5 enlarged recess shown 33 be detected, which arises when the specimen 16 push into the hard enclosure and the soft matrix of the object 26 is indented.

6 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm für einen Pressvorgang mit der Prüfvorrichtung 10. Eine mit durchgezogener Linie gezeichnete Messkurve 34 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen aufgewandter Einpresskraft F und dem vom Prüfkörper 16 zurückgelegten Weg x, während eine gestrichelt gezeichnete weitere Messkurve 35 den Einpressweg des Prüfkörpers 16 im Einschluss 8 darstellt. Die Messkurve 35 entspricht dabei der um die Einbuchttiefe d korrigierten Messkurve 34. 6 shows a force-displacement diagram for a pressing process with the tester 10 , A trace drawn by a solid line 34 illustrates the relationship between the applied pressing force F and that of the test specimen 16 traveled path x, while a dashed further trace 35 the press-in path of the test specimen 16 in the enclosure 8th represents. The trace 35 corresponds to the measured depth corrected by the recess depth d 34 ,

Bei der Prüfvorrichtung 10 sind verschiedene Abwandlungen möglich. In 7 ist neben der Seitenansicht und der Ansicht von unten des Prüfkörpers 16 eine Seitenansicht und eine Ansicht von unten auf einen weiteren angeflachten Prüfkörper 36 mit einer Flachseite 37 dargestellt. Der Prüfkörper 36 eignet sich insbesondere zur Untersuchung der Übergangsschichten 6 und 7, da die Flachseite 37 tangential zur Grenzfläche zwischen der Übergangsschicht 6 und der angrenzenden Lötverbindung 1 oder der Anschlussschicht 4 oder tangential zur Grenzfläche zwischen der Übergangsschicht 7 und der Lötverbindung 1 oder der Leiterbahn 2 ausgerichtet werden kann.At the test device 10 Various modifications are possible. In 7 is next to the side view and the bottom view of the specimen 16 a side view and a bottom view of another flattened specimen 36 with a flat side 37 shown. The test piece 36 is particularly suitable for studying the transition layers 6 and 7 because the flat side 37 tangent to the interface between the transition layer 6 and the adjacent solder joint 1 or the connection layer 4 or tangent to the interface between the transition layer 7 and the solder joint 1 or the conductor track 2 can be aligned.

8 zeigt schließlich eine abgewandelte Prüfvorrichtung 38, bei der ein Glaskörper 39 auf dem Objekt 26 aufliegt. In dem Glaskörper 39 ist eine Öffnung 40 ausgebildet, durch die der Prüfkörper 16 in das zu untersuchenden Objekt 26 einpressbar ist. Bei der Beleuchtung des Glaskörpers 39 mit einem kollimierten Lichtstrahl 41 lassen sich mit einer in 8 nicht dargestellten Kamera im Bereich der Einbuchtung 33 Interferenzringe beobachten, aus deren Verlauf auf die Tiefe der Einbuchtung 33 geschlossen werden kann. Der Lichtstrahl 41 kann beispielsweise mit einem modifizierten Messarm 42 in die Nähe des Prüfkörpers 16 gebracht werden. 8th finally shows a modified tester 38 in which a vitreous body 39 on the object 26 rests. In the vitreous 39 is an opening 40 formed by the test specimen 16 into the object to be examined 26 is einpressbar. When lighting the glass body 39 with a collimated beam of light 41 can be with a in 8th not shown camera in the region of the indentation 33 Observe interference fringes, from whose course to the depth of the indentation 33 can be closed. The light beam 41 For example, with a modified arm 42 near the test specimen 16 to be brought.

Die Prüfvorrichtung 10 und 38 können wie folgt betrieben werden: Zunächst wird mithilfe des Prüfkörpers 16 ein Abdruck auf dem zu untersuchenden Objekt 26 erzeugt. Dazu wird die Prüfkörperhalterung 14 in eine definierte Position gefahren, die beispielsweise durch einen Anschlag definiert ist. Nach dem Einbringen des Abdrucks in das zu untersuchende Objekt wird die Prüfkörperhalterung 14 aus dem Sichtfeld des Mikroskops 20 herausgefahren und die Sichtmarkierung des Mikroskops 20 auf die in das zu untersuchende Objekt 20 eingebrachte Markierung ausgerichtet. Durch Verfahren der Objekthalterung 13 kann dann die Sichtmarkierung des Mikroskops 20 auf eine zu untersuchende Stelle des Objekts 26 ausgerichtet werden. Daraufhin wird die Prüfkörperhalterung 14 erneut in die definierte Prüfstellung verfahren. Der Prüfkörper 16 ist dann auf die zu untersuchende Stelle des Objekts 26 ausgerichtet. Während des Einpressvorgangs wird die Bewegung des Prüfkörpers 16 mithilfe des Messarms 18 oder des Messarms 41 überwacht. So wird der Messarm 18 beispielsweise in eine Stellung gebracht, in der der Lichtstrahl 29 auf die Reflexionsfläche 28 trifft.The tester 10 and 38 can be operated as follows: First, using the specimen 16 an impression on the object to be examined 26 generated. For this purpose, the specimen holder 14 moved to a defined position, which is defined for example by a stop. After introducing the impression into the object to be examined, the specimen holder becomes 14 out of the field of view of the microscope 20 moved out and the visual mark of the microscope 20 on the in the object to be examined 20 aligned mark aligned. By moving the object holder 13 then can the visual marking of the microscope 20 to a location of the object to be examined 26 be aligned. Then the specimen holder is 14 proceed again to the defined test position. The test piece 16 is then on the point of the object to be examined 26 aligned. During the pressing process, the movement of the specimen 16 using the measuring arm 18 or the measuring arm 41 supervised. This is how the measuring arm becomes 18 For example, brought into a position in which the light beam 29 on the reflection surface 28 meets.

Mit den Prüfvorrichtungen 10 und 36 lassen sich Phaseneinschlüsse mit einer Ausdehnung von 1 μm untersuchen. Um diese Genauigkeit zu erreichen, werden für die Antriebe der Objekthalterung 13 und der Prüfkörperhalterung 14 vorzugsweise auf Gewindestangen laufende Kugelumlaufspindeln verwendet, die eine Genauigkeit bei der Positionierung des Prüfkörpers 16 auf das Fadenkreuz des Mikroskops 20 mit einer Genauigkeit von 0,5 μm zulassen. Die Genauigkeit ist wesentlich durch die Genauigkeit bei der Positionierung der Prüfkörperhalterung 14 begrenzt. Eine noch größere Genauigkeit bei der Positionierung des Prüfkörpers 16 oder 36 lässt sich durch den Einsatz von Ortssensoren, die beispielsweise die Annäherung der Prüfkörperhalterung 14 an einer Referenzfläche auf kapazitivem Wege bestimmen, oder durch den Einsatz von interferometrischen Messmethoden erzielen, wobei die Grobpositionierung nach wie vor mithilfe eines Getriebes und die Feinpositionierung beispielsweise über einen Piezoantrieb erfolgen kann.With the testers 10 and 36 can be investigated phase inclusions with an extent of 1 micron. To achieve this accuracy, are used for the drives of the object holder 13 and the specimen holder 14 preferably used on threaded rods running ball screws, the accuracy in the positioning of the specimen 16 on the crosshairs of the microscope 20 allow with an accuracy of 0.5 microns. Accuracy is essential due to the accuracy of positioning the specimen holder 14 limited. An even greater accuracy in the positioning of the specimen 16 or 36 can be determined by the use of location sensors, for example, the approach of the specimen holder 14 Determine capacitively on a reference surface, or by using interferometric measurement methods, whereby the coarse positioning can still be done using a gearbox and the fine positioning, for example via a piezo drive.

Auch ein Einsatz bei erhöhten Betriebstemperaturen bis zu 300°C ist möglich.It can also be used at elevated operating temperatures of up to 300 ° C.

Mit den hier beschriebenen Prüfvorrichtungen können Inhomogenitäten in inhomogenen Objekten gezielt angefahren und untersucht werden. Es ist daher nicht erforderlich, einen definierten Untersuchungsbereich entsprechend einem Raster abzufahren und das Objekt entsprechend dem Raster zu untersuchen. Es hängt insofern nicht mehr vom Zufall ab, ob bei der Untersuchung des Objekts eine Inhomogenität getroffen wird, sondern die zu untersuchenden Inhomogenitäten können gezielt angefahren werden.With the test devices described here, inhomogeneities in inhomogeneous objects can be targeted and investigated. It is therefore not necessary to run a defined examination area according to a grid and to examine the object according to the grid. It does not depend on coincidence, if an inhomogeneity is made during the investigation of the object, but the inhomogeneities to be investigated can be targeted.

Die Prüfvorrichtungen 10 und 38 eignen sich auch zur Untersuchung von harten und weichen Phasen in Kunststoffen, zum Beispiel in Gummiwerkstoffen.The testers 10 and 38 are also suitable for the investigation of hard and soft phases in plastics, for example in rubber materials.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.Finally, it should be noted that features and properties that have been described in connection with a particular embodiment can also be combined with another embodiment, except where this is excluded for reasons of compatibility.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.Finally, it should be noted that in the claims and in the description, the singular includes the plural unless the context indicates otherwise. In particular, when the indefinite article is used, it means both the singular and the plural.

Claims

Device for the determination of mechanical properties of an object to be examined ( 26 ) with one in the object ( 26 ) einpressbaren test body ( 16 . 36 ) and a path measuring device ( 18 . 28 . 29 . 30 . 42 ), with which the test body ( 16 . 36 ) covered pressing section is detectable, characterized in that with a recessed measuring device ( 18 . 31 . 41 . 42 ) the indentation ( 33 ) of the object ( 26 ) in the vicinity of a contact point between object ( 26 ) and test specimens ( 16 . 36 ) in the object ( 26 ) pressed test body ( 16 . 36 ) is detectable.

Device according to claim 1, characterized in that the test body ( 16 . 36 ) at a direction transverse to a pressing direction ( 27 ) moveable specimen holder ( 14 . 15 ) is attached.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the device with a viewing unit ( 20 ), in the field of view of which there is a visual marking, which is placed on an injection site of the test body ( 16 . 36 ) is alignable.

Device according to claim 3, characterized in that the viewing unit is an optical microscope ( 20 ).

Apparatus according to claim 3, characterized in that the viewing unit is a scanning electron microscope.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the object ( 26 ) on a transversely to the press-in ( 27 ) movable object holder ( 13 ) is attachable.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the test body ( 16 . 36 ) pasted Einpressweg using an optical Wegemessrichtung ( 18 . 29 . 41 ) is detectable.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the optical Wegemessrichtung ( 18 . 28 . 29 . 30 . 42 ) the press-in path of the test specimen ( 16 . 36 ) determined by interferometry.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the indentation measuring device ( 18 . 30 . 31 . 41 . 42 ) the indentation ( 33 ) of the object is optically determined.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the indentation measuring device ( 18 . 30 . 31 ) is a speckle interferometer.

Device according to claim 9, characterized in that the indentation measuring device comprises a transparent interference body ( 39 ) and the profile of the indentation ( 33 ) on the basis of reflection at the interference body ( 39 ) and the surface of the object ( 26 ) forming interference fringes detected.

Device according to one of claims 3 to 11, characterized in that the test body holder ( 14 . 15 ), the path measuring device ( 18 . 28 . 29 . 30 . 42 ) and the recessed measuring device ( 18 . 31 . 41 . 42 ) from the field of view of the vision unit ( 20 ) are removable.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the at the Prüfkörperhalterung ( 14 ) attached specimens ( 16 . 36 ) is interchangeable.

Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the device with a transverse to the press-in ( 27 ) flattened specimens ( 36 ) is provided.