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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Prüfung
der Qualität
einer Haft- oder Klebeverbindung in einer Mehrschichtanordnung,
bei der eine erste Schicht über
eine Verbindungsschicht mit einer Oberfläche verbunden ist und die erste
Schicht oder eine darüber,
befindliche Deckschicht starr ausgebildet ist.
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Mehrschichtanordnungen werden in
vielen technischen Bereichen eingesetzt, um bspw. besondere Schutzfunktionen
zu übernehmen,
bestimmte optische Effekte zu erreichen oder Informationen zu speichern.
Bei derartigen Mehrschichtanordnungen wird eine Verbindung einzelner
Schichten untereinander oder mit der Oberfläche eines Trägerkörpers in der
Regel über
eine Verbindungsschicht realisiert, die eine Klebe- oder Haftverbindung
der angrenzenden Oberflächen
der Schichten bzw. des Körpers herstellt.
Bei der Fertigung derartiger Mehrschichtanordnungen, im Folgenden
auch als Mehrlagenschichten bezeichnet, ist zur Qualitätssicherung
in Produktionsprozessen eine Prüfung
der Klebe- oder Haftverbindung erforderlich, um fehlerhafte Produkte frühzeitig
zu erkennen und den Verbindungsprozess zu überwachen. Wesentliche Qualitätsmerkmale
einer Klebe- oder Haftverbindung sind die Klebe- oder Haftfestigkeit
und die örtliche
Homogenität
bei einer flächigen
Verbindung. Die Klebe- oder Haftfestigkeit ist von den mechanischen
Eigenschaften, wie bspw.
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Dichte, Elastizität oder Verformbarkeit, der Verbindungsschicht
abhängig.
Bei Einsatz eines flüssigen
Klebematerials, das nach dem Aufbringen aushärtet, ist die Klebe- oder Haftfestigkeit
wesentlich durch den Trocknungszustand oder den Grad der Aushärtung der
Verbindungsschicht bestimmt.
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Grundsätzlich kann die Qualität einer
Klebe- oder Haftverbindung durch die Messung der erreichten Zugfestigkeit
bestimmt werden. Die Klebe- oder Haftfestigkeit ist dann ein Maß für den Widerstand, den
eine Klebe- oder Haftverbindung einer mechanischen Zerstörung durch äußere Beanspruchungen oder
durch innere Kräfte
entgegensetzt.
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Das Anlegen eines mechanischen Zuges
bis zum Zerreißen
der Verbindung ist für
eine Prüfung
im Labor anwendbar, jedoch für
die Integration in eine Produktionslinie in vielen Fällen nicht
praktikabel. Eine derartige Prüfung
lässt sich
zudem schwer automatisieren, weist eine geringe Reproduzierbarkeit auf
und erfordert lange Prüfzeiten.
Weiterhin ergibt eine mechanische Zugprüfung nur einen gemittelten Wert über eine
Verbindungsfläche
und ermöglicht keine
Prüfung
mit hoher Ortsauflösung.
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Eine weitere bekannte Technik zur
Prüfung der
Qualität
einer Klebe- oder Haftverbindung, insbesondere in Mehrschichtanordnungen,
ist die Sichtprüfung
bei visuell optischer Zugänglichkeit
der Verbindungsschicht. Bei dieser Sichtprüfung kann die Homogenität der Verbindungsschicht
in gewissem Maße
mit bloßem
Auge überprüft werden.
Auch mit einer optischen Transmissionsmessung lässt sich in einem derartigen
Fall die Homogenität
der Verbindungsschicht erfassen.
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Beide optische Techniken erfordern
jedoch die optische Zugänglichkeit
der Verbindungsschicht und stellen eine indirekte Messung der Haftfestigkeit dar.
Eine Prüfung
einer Verbindungsschicht, die zwischen undurchsichtigen, absorbierenden
Schichten liegt, wie bspw. im Fall von optischen Informationsträgern wie
CD- oder DVD-Medien,
die eine Klebeschicht zwischen absorbierenden dünnen Metallschichten aufweisen,
ist mit diesen bekannten optischen Prüfungsverfahren nicht möglich.
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Die
DE 198 41 968 C1 beschreibt ein zerstörungsfreies
Verfahren zur Bestimmung der Haftung in einem Schichtverbund. Das
Verfahren beruht auf der Messung des thermischen Kontaktwiderstandes
zwischen zwei oder mehreren Schichten. Hierfür wird eine Seite des Schichtverbundes
mit einem kurzen Laserpuls bestrahlt und der durch den Laserpuls
verursachte zeitliche Temperaturverlauf auf der gegenüberliegenden
Seite des Schichtverbundes erfasst. Durch Anpassen des erfassten
zeitlichen Temperaturverlaufs an die mathematische Lösung eines Zweischichtenmodells
wird dann der thermische Kontaktwiderstand bestimmt. Ein hoher thermischer Kontaktwiderstand
bedeutet eine schlechte Übertragung
der Wärmewellen,
was auf eine schlechte Ankopplung der Materialien an einer Grenzfläche hinweist.
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Auch die
GB 2300477 A beschreibt ein
zerstörungsfreies
Prüfungsverfahren,
mit dem die Haftung einer Schutzschicht auf einer Oberfläche bestimmt
werden kann. Hierfür
werden kurze Laserpulse auf einen Bereich der Oberfläche gerichtet,
um diese lokal zu erwärmen
und eine aus der Erwärmung
resultierende Aufwölbung
der Schutzschicht mit einem interferometrischen Verfahren bestimmt. Die
mit der Laserbestrahlung hervorgerufene periodische Aufwölbung liegt
im Bereich von wenigen Nanometern bis wenigen Mikrometern. Zur Erfassung
derartig kleiner Aufwölbungen
ist daher ein erheblicher messtechnischer Aufwand erforderlich.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur
Prüfung
der Qualität
einer Haft- oder Klebeverbindung in einer Mehrschichtanordnung anzugeben,
die eine ortsaufgelöste
Prüfung auch
bei nicht optisch zugänglichen
Verbindungsschichten ermöglicht.
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Die Aufgabe wird mit dem Verfahren
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Bei dem vorliegenden Verfahren zur
Prüfung der
Qualität
einer Haft- oder Klebeverbindung in einer Mehrschichtanordnung,
bei der eine erste Schicht über
eine Verbindungsschicht mit einer Oberfläche verbunden ist und die erste
Schicht oder eine darüber befindliche
Deckschicht starr ausgebildet ist, wird zumindest ein kurzer Laserpuls
mit einer vorbestimmten Intensität
und Wellenlänge
in einem Bereich in die erste Schicht und/oder die Verbindungsschicht eingestrahlt.
Die Intensität
und Wellenlänge
sind dabei so gewählt,
dass die Einstrahlung des kurzen Laserpulses zu einer permanenten
Deformation der ersten Schicht und/oder der Verbindungsschicht in dem
Bereich führt.
Die Fläche
und/oder der Durchmesser der durch die Deformation hervorgerufenen optischen
Veränderung
in dem Bereich und/oder eine optische Emission aus dem Bereich werden
erfasst und mit einer entsprechenden Referenzgröße und/oder einer aus einem
anderen Bereich der Mehrschichtanordnung erfassten optischen Veränderung und/oder
optischen Emission verglichen.
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Das vorliegende Verfahren erfordert,
dass entweder die erste Schicht oder die Verbindungsschicht eine
ausreichende Absorption für
die Wellenlänge
des eingestrahlten Laserpulses aufweisen. Weiterhin ist es im Falle
einer zusätzlichen
Deckschicht erforderlich, dass diese Deckschicht für die gewählte Wellenlänge des
Laserstrahls transparent ist. Eine weitere wesentliche Voraussetzung
für die Durchführung des
vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass entweder die erste Schicht
oder die darüber
befindliche Deckschicht starre Schichten sind, d. h. dass die Elastizität und Verformbarkeit
der Deckschicht bzw. der ersten Schicht sehr viel kleiner sind als
die Elastizität
und Verformbarkeit der Verbindungsschicht, so dass sich eine durch
den Laserpuls hervorgerufene Druckwelle in die Verbindungsschicht
hinein ausbreitet. Durch die lokale Deponierung der Laserenergie
in der ersten Schicht oder zumindest einem Teil der Verbindungs schicht
werden diese Schichten dann durch die sich ausbreitende Druckwelle
so stark deformiert, dass eine bleibende Deformation der Verbindungsschicht
resultiert. Der Grad der Deformation und/oder die durch die Einstrahlung
des Laserimpulses hervorgerufene optische Emission stellen ein Maß für die Haft-
und Klebefestigkeit der Verbindungsschicht, insbesondere für deren
Trocknungs- oder Aushärtungsgrad
dar. Bei einer nicht vollständig über die
gesamte Schichtdicke ausgehärteten
Verbindungsschicht ist auf der Oberfläche der ersten Schicht beispielsweise
eine kleinere Deformationsfläche
erkennbar als bei einer vollständig
ausgehärteten
Verbindungsschicht. In gleicher Weise ändert sich die optische Emission
aus diesem Einstrahlungsbereich. Der Grad der Deformation, der optisch
vermessen oder visuell bewertet werden kann sowie die optische Emission
stellen somit ein Maß für die mechanischen
Eigenschaften der Verbindungsschicht und damit für die Qualität der Verbindung
dar.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht die schnelle
lasergestützte
Prüfung
der Qualität
einer Klebe- oder Haftverbindung einer Mehrschichtanordnung bzw.
Mehrlagenschicht. In Produktionsprozessen kann mit dem Verfahren
eine schnelle Prüfung erfolgen,
um fehlerhafte Produkte frühzeitig
zu erkennen und den Verbindungsprozess zu überwachen. Mit dem Verfahren
wird die Klebe- oder Haftfestigkeit sowie bei Bedarf die örtliche
Homogenität
bei einer flächigen
Verbindung geprüft.
Ein variierender Aushärtungsgrad über die
geprüfte
Fläche
kann hierbei leicht erkannt werden. Ein besonderer Vorteil des vorliegenden
Verfahrens besteht darin, dass es die Prüfung von Verbindungsschichten ermöglicht,
die zwischen undurchsichtigen, absorbierenden Schichten liegen und
sich einer direkten optischen oder visuellen Prüfung entziehen. Derartige Verbindungsschichten
liegen bspw. in CD- oder DVD-Medien
vor, bei denen sich die Klebeschicht zwischen absorbierenden dünnen Metallschichten
befindet. Das vorliegende Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine
Prüfung
der Qualität
der Klebe- oder Haftverbindung der Schichten in derartigen Medien.
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Das vorliegende Verfahren lässt sich
auch für
die Prüfung
von Mehrlagenschichten anwenden, bei denen der Zugang zur Verbindungsschicht
bspw. aus Gründen
der Geometrie oder aus Fertigungsgründen nur einseitig möglich ist,
so dass eine Transmissionsprüfung
nicht durchgeführt
werden kann.
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Liegt eine über die Fläche homogene Verbindungsschicht
vor, so genügt
eine einzelne Deformation bzw. ein einzelner Laserschuss zur Prüfung der Qualität der Verbindungsschicht.
Zur Prüfung
der Homogenität
einer Verbindungsschicht einer flächigen Verbindung werden mehrere
Laserpulse in örtlich voneinander
beabstandete Bereiche der Mehrschichtanordnung eingestrahlt. Vorzugsweise
werden diese Laserpulse hierbei in einer arrayartigen bzw. rasterartigen
Anordnung auf die zu prüfende Mehrschichtanordnung
gerichtet. Dies kann zeitlich nacheinander durch eine die Fläche abscannende Führung des
Laserstrahls erfolgen oder dadurch, dass mehrere Laserstrahlen gleichzeitig
auf die Oberfläche
der Mehrschichtanordnung gerichtet werden. Eine Aussage über die
Homogenität
kann hierbei bspw. alleine aus dem Vergleich der durch die Einstrahlung
der Laserpulse an unterschiedlichen Stellen hervorgerufenen optischen
Veränderungen auf
der Oberfläche
der Mehrschichtanordnung gewonnen werden. Sind diese optischen Veränderungen
von gleicher Größe, so liegt
eine homogene Verbindungsschicht vor. Abweichungen in der Größe der sichtbaren
Deformationsfläche
auf der ersten Schicht deuten auf eine über die Verbindungsfläche inhomogene
Verbindungsschicht hin.
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Die für die Durchführung des
Verfahrens zu wählenden
Laserparameter sind abhängig
von den zu prüfenden
Schichten, insbesondere deren Dicke und Absorptionsgrad. Zur Prüfung von
Mehrlagenschichten aus transparentem Kunststoff als Deckschicht
und dünnen
Metallschichten, die über
eine Verbindungsschicht miteinander verbunden sind, kann beispielsweise
ein gütegeschalteter Nd:YAG-Laser
mit einer Wellenlänge
von 1064 nm, einer Pulsdauer von etwa 10 ns und einer Pulsenergie
von 50 mJ bis zu 200 mJ eingesetzt werden, um eine schlagartige
lokale Desintegration der oberen Metallschicht zu erreichen. Auswertbare
Deformationen können
jedoch auch mit anderen Lasern bzw. Laserparametern erzielt werden.
Insbesondere können auch
Diodenlaser höherer
Leistung, d. h. > 100
mW in kontinuierlicher oder gepulster Betriebsweise, eingesetzt
werden.
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Die Erfassung der Fläche und/oder
des Durchmessers der optischen Veränderung sowie die Erfassung
der optischen Emission kann beim vorliegenden Verfahren in unterschiedlicher
Art und Weise erfolgen. So lassen sich bspw. optische Veränderungen
auch mit dem Auge erkennen und mit Referenzbildern vergleichen.
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Selbstverständlich ist auch eine Erfassung der
optischen Veränderung
mit einer Kamera möglich,
deren Bild einem Bildverarbeitungsprogramm zum Vergleich mit einem
Referenzbild zugeführt
oder an einem Monitor zur Beurteilung durch eine Bedienperson dargestellt
wird. Die Erfassung einer optischen Emission erfolgt mit einem optischen
Detektor. Die Auswertung dieser optischen Emission kann über ein
Spektrometer oder auch über
eine optische Filteranordnung erfolgen, über die die Intensität einzelner
Spektralanteile erfasst bzw. herausgefiltert und mit einer Referenzintensität verglichen
werden kann. Bei der Bewertung der optischen Veränderung spielt die erkennbare
Fläche
der Deformation eine wesentliche Rolle, deren Größe in Abhängigkeit vom Aushärtungsgrad
der Verbindungsschicht und damit in Abhängigkeit von der Qualität der Haft- oder Klebeverbindung
variiert. Als Referenzgröße wird
die entsprechende optische Veränderung
oder optische Emission einer Mehrlagenschicht mit den gleichen Schichteigenschaften
und bekannter hoher Haft- bzw. Klebefestigkeit herangezogen, die
mit einem Laserpuls gleicher Wellenlänge und Intensität hervorgerufen
wurde. Selbstverständlich
lassen sich auch weitere Referenzgrößen heranziehen, die mit einer entsprechenden
Vergleichs-Mehrschichtanordnung bei bekannten unterschiedlichen
Aushärtungsgraden erzeugt
wurden. Auf diese Weise kann aus der vorliegenden Messung auch eine
Aussage über
den Grad der Aushärtung
der Verbindungsschicht getroffen werden.
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Für
die Durchführung
des Verfahrens ist eine Vorrichtung geeignet, die sich aus zumindest
einem Laser zur Erzeugung kurzer Laserimpulse, der auf eine Halterung
für eine
zu untersuchende Mehrschichtanordnung gerichtet ist, und Mitteln
zur Erfassung der optischen Veränderung
und/oder optischen Emission einer Oberfläche einer in die Halterung
eingelegten Mehrschichtanordnung zusammensetzt. Die Vorrichtung
umfasst weiterhin ein Modul zum Vergleich der erfassten optischen
Veränderung und/oder
optischen Emission mit zumindest einer Referenzgröße. Als
Mittel zur Erfassung der optischen Veränderung und/oder optischen
Emission kann beispielsweise eine Kamera oder ein optischer Detektor
eingesetzt werden.
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Das vorliegende Verfahren ermöglicht die schnelle
lasergestützte
Prüfung
der Qualität
einer Klebe- oder Haftverbindung von Mehrlagenschichten. Mit dem
Verfahren kann der individuelle Aushärtungsprozess einer Klebeverbindung
geprüft
werden. Die Prüfung
kann automatisiert werden und sehr viel schneller erfolgen als eine
Prüfung
der Zugfestigkeit. Sie ermöglicht
zudem eine ortsaufgelöste
Prüfung der
Homogenität
der Verbindungsschicht. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur
Prüfung
von Verbindungsschichten, die zwischen zwei nicht transparenten
Schichten liegen. Ein besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet stellt
hierbei die Prüfung
von optischen Informationsträgern
in Form von CD- oder DVD-Medien dar. Selbstverständlich lässt sich das Verfahren jedoch
auch zur Prüfung
anderer Mehrschichtanordnungen der angegebenen Eigenschaften einsetzen,
wie sie bspw. im Verpackungsbereich oder bei der Herstellung von
Spiegeln auftreten. Weiterhin ist es selbstverständlich nicht erforderlich, dass
die Verbindungsschicht zwischen zwei optisch nicht transparenten
Schichten liegt. Ist die Verbindungs schicht optisch zugänglich,
so stellt das vorliegende Verfahren eine Alternative zu einer Transmissionsmessung
oder einer Sichtprüfung
dar, die bspw. bei Vorliegen einer sehr dünnen Verbindungsschicht zwischen
zwei deutlich dickeren transparenten Schichten mitunter nicht sensitiv
genug sind, insbesondere wenn noch fertigungsbedingte Schwankungen
in den Schichtdicken der dickeren Schichten hinzukommen.
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Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Mehrschichtanordnung, die mit dem vorliegenden
Verfahren geprüft
wird;
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2 eine
Draufsicht auf die Mehrschichtanordnung der 1 vor der Einstrahlung eines Laserpulses;
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3 eine
Draufsicht auf die Mehrschichtanordnung der 1 nach der Einstrahlung eines Laserpulses
gemäß dem vorliegenden
Verfahren; und
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4 ein
Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in stark
schematisierter Darstellung.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau einer Mehrschichtanordnung 14, wie
er bspw. bei einem optischen Datenträger wie einer CD oder einer
DVD vorliegen kann. Bei dieser Mehrschichtanordnung 14 sind
zwei dünne,
metallische Schichten 2, 4 über eine Klebeschicht als Verbindungsschicht 3 miteinander verbunden.
Diese drei Schichten befinden sich zwischen zwei starren Deckschichten 1 und 5,
die Trägerschichten
für das
optische Medium darstellen. In diesem Fall sind die Schichtdicken
h1 ≈ h5 und h2 ≈ h4. Das Dickenverhältnis der einzelnen Schichten
im allgemeinen Fall ist am Rand der Mehrschichtanordnung 14 durch
die Schichtdicken h1 – h5 angegeben. Für die Durchführung des
vorliegenden Verfahrens zur Prüfung
der Verbindungsschicht 3 ist es erforderlich, dass zumindest
eine der beiden Deckschichten 1 bzw. 5 für die Wellenlänge des
eingesetzten Lasers transparent ist. Im vorliegenden Fall stellt
die Deckschicht 1 die transparente Schicht dar. Die Wellenlänge des
einzustrahlenden Laserpulses wird so gewählt, dass der Laserpuls von
der ersten Schicht 2 und/oder der Verbindungsschicht 3 stark
absorbiert wird. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen,
dass die beiden Schichten 2 und 4 im infraroten Wellenlängenbereich
stark absorbieren. Weiterhin ist es erforderlich, dass die Deckschicht 1 eine
wesentlich geringere Elastizität
und Verformbarkeit aufweist als die Verbindungsschicht 3,
damit sich eine durch den Laserpuls erzeugte Druckwelle im Wesentlichen in
die Verbindungsschicht 3 hinein ausbreitet. Diese Voraussetzung
ist bei der Prüfung
von optischen Informationsträgern
wie CD- oder DVD-Medien durch die jeweils transparenten Deckschichten 1 bzw. 5 aus einem
Kunststoffmaterial erfüllt.
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Alternativ lässt sich das Verfahren selbstverständlich auch
bei Mehrschichtanordnungen einsetzen, bei denen die erste Schicht 2 vollständig fehlt und
lediglich eine starre transparente Deckschicht 1 vorliegt.
In diesem Fall muss die Verbindungsschicht 3 die Wellenlänge des
Laserpulses stark absorbieren, um die Prüfung durchführen zu können.
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Die Prüfung der Mehrschichtanordnung 14 der 1 erfolgt durch Einstrahlung
eines kurzen Laserpulses in einen Bereich der ersten Schicht 2.
Der Durchmesser des Laserstrahls 6 auf der ersten Schicht 2 beträgt d1. Zwischen dem in dieser Figur nicht dargestellten
Laser und der Mehrschichtanordnung 14 kann eine optische
Linse 9 positioniert sein, um den Strahldurchmesser d1 des Laserstrahls 6 auf der ersten
Schicht 2 zum Erreichen der erforderlichen Intensität anzupassen.
Im vorliegenden Fall einer stark absorbierenden ersten Schicht 2,
erfolgt die Absorption des Laserpulses überwiegend in dieser Schicht.
Durch die lokale Deponierung der Laserenergie wird die Schicht 2 lokal
so stark erhitzt, dass sich eine Druckwelle in die Verbindungsschicht 3 hinein
ausbreitet und dort eine bleibende Deformation hinterlässt. Die
Fläche
oder der Durchmesser der Deformation, die optisch vermessen oder
visuell bewertet werden können,
ist ein Maß für die mechanischen Eigenschaften
der Verbindungsschicht 3 und damit für die Qualität der Verbindung
zwischen den beiden Schichten 2 und 4. Die zugrunde
liegenden physikalischen Vorgänge
bei der Deformation sind dabei unerheblich. So kann die Einstrahlung
des Laserpulses bei einer vorwiegenden Absorption in der ersten Schicht 2 zu
einer lokalen schlagartigen Verdampfung dieser Schicht 2 im
Einstrahlungsbereich führen.
Diese ist mit einer akustischen Emission und einer Lichtemission
verbunden. In einem derartigen Fall spielt die Absorption der Verbindungsschicht 3 keine
oder nur eine untergeordnete Rolle. Dies ist besonders dann von
Vorteil, wenn verschiedene Klebe- oder Verbindungsmittel zum Einsatz
kommen, die zwangsläufig
unterschiedliche Absorptionsgrade für die eingestrahlte Laserstrahlung
aufweisen.
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Die entstehende Deformation bzw.
die optische Veränderung
im Bereich der Einstrahlungsstelle ist u. a. abhängig von den mechanischen Eigenschaften
der Verbindungsschicht 3, in die sich die entstehende Stoßwelle ausbreitet.
Die Verbindungsschicht 3 nimmt den Rückstoß des explosionsartig verdampfenden
Materials überwiegend
auf, wenn die Elastizität
und Verformbarkeit der Deckschicht 1 sehr viel kleiner
als die der Verbindungsschicht 3 ist. Auch eine deutlich
größere Dicke
und Masse der Deckschicht 1 im Vergleich zur Verbindungsschicht 3 beeinflussen
das vorliegende Prüfungsverfahren
in vorteilhafter Weise.
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Für
den Fall, dass keine absorbierende Schicht 2 zwischen der
Deckschicht 1 und der Verbindungsschicht 3 vorhanden
ist, wird die Laserstrahlung lokal in der Verbindungsschicht 3 absorbiert
und ein kleiner Teil der Verbindungsschicht 3 wird schlagartig
verdampft. Dies erfordert, dass die Verbindungsschicht 3 eine
ausreichend hohe Absorption für die
eingesetzte Laserwellenlänge
aufweist, so dass ein großer
Teil der Laserenergie lokal direkt in der Verbindungsschicht 3 deponiert
werden kann. Auch in diesem Fall können sowohl die optische Veränderung
als auch eine optische Emission für die Beurteilung der Qualität der Verbindungsschicht 3 erfasst und
ausgewertet werden.
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Die Auswertung erfolgt beim vorliegenden Verfahren
durch Vergleich der Fläche
und/oder des Durchmessers der erfassten optischen Veränderung und/oder
der optischen Emission mit entsprechenden Vergleichs- bzw. Referenzgrößen. Insbesondere kann
die Fläche
der auf der ersten Schicht 2 oder der Verbindungsschicht 3 erkennbaren
Deformation für die
Auswertung herangezogen werden. Auch eine Lichtemission 10 aus
dem Bereich der schlagartig verdampften Materialmenge (laserinduziertes
Plasma) kann mit einem optischen, ggf. spektral selektiven Detektor 11 erfasst
werden. Durch den Einschluss der verdampften Materialmenge innerhalb der
Mehrschichtanordnung ist der sich aufbauende Druck der Stoßwelle von
den mechanischen Eigenschaften der Verbindungsschicht 3 abhängig. Damit ist
auch die Lichtemission des entstehenden laserinduzierten Plasmas
von diesen Eigenschaften abhängig
und kann zur Bewertung der Qualität der Haft- bzw. Klebeverbindung
der Verbindungsschicht 3 herangezogen werden.
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2 zeigt
hierzu schematisch die Oberfläche
der zu prüfenden
Mehrschichtanordnung 14 vor dem Eintreffen des Laserpulses,
wobei der Durchmesser d1 des Laserstrahls
auf der Oberfläche
der ersten Schicht mit den beiden senkrecht verlaufenden Linien
angedeutet ist. Nach dem Auftreffen des Laserpulses auf die Mehrschichtanordnung 14 entsteht
eine optische Veränderung aufgrund
der Deformation, wie sie schematisch in der 3 in Draufsicht auf die Oberfläche der
Mehrschichtanordnung 14 zu erkennen ist. In der Figur ist
hierbei einerseits die Fläche
der direkten Deformation im Bereich der ersten Schicht 2 sowie
der Verbindungsschicht 3 in Form eines Brennfleckes 7 zu
erkennen. Die Größe dieser
Fläche 7 ist
ein Maß für die Qualität der Verbindungsschicht 3.
Auch in der Deckschicht 1 entsteht eine entsprechende optisch
erkennbare Veränderung 8,
die ebenfalls für
die Bewertung der Qualität der
Verbindungsschicht 3 herangezogen werden kann. Ein Vergleich
der Größe dieser
sichtbaren Deformationsflächen 7 bzw. 8 kann
entweder durch einen Bediener der Prüfanordnung mit dem Auge oder über ein
entsprechendes Bildauswerteprogramm erfolgen, das die Fläche bestimmt
und mit entsprechenden Referenzflächen vergleicht.
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4 zeigt
schließlich
stark schematisiert ein Beispiel für den Aufbau einer Vorrichtung
zur Durchführung
des vorliegenden Verfahrens. Die Vorrichtung setzt sich aus einer
Halterung 15 für
das die Mehrschichtanordnung 14 tragende Bauteil sowie
einem Laser 16 zusammen, der den für die Prüfung erforderlichen Laserpuls
erzeugt. Die Halterung 15 ist im vorliegenden Beispiel
drehbar ausgestaltet, so dass bspw. rotationssymmetrische Medien
wie CD's oder DVD's während der
Prüfung
in Rotation versetzt werden können.
Der aus dem Laser 16 austretende Laserstrahl 6 wird über eine
Scanneranordnung 20 auf die Oberfläche der Mehrschichtanordnung 14 gelenkt.
Durch gleichzeitiges Drehen der Mehrschichtanordnung 14 mittels
der Halterung 15 und eine Scanbewegung des Laserstrahls 6 kann
somit die gesamte Oberfläche
der Mehrschichtanordnung 14 array-förmig
mit Laserpulsen beaufschlagt werden. Die durch die Einstrahlung
der Laserpulse hervorgerufenen optischen Veränderungen und/oder optische Emission
werden mit einer entsprechenden Einrichtung 11, 17,
die eine Kamera 17 oder ein optischer Detektor 11 sein
kann, erfasst. Auch eine Kombination dieser Erfassungsmittel 11 und 17 lässt sich
bei der vorliegenden Vorrichtung einsetzen. Die erfassten Signale
werden an ein Verarbeitungsmodul 18 weitergeleitet, in
dem der Vergleich mit entsprechenden Referenzgrößen erfolgt. Das Ergebnis des
Vergleichs oder ein Bild mit den optischen Veränderungen wird an einem entsprechend
mit dem Verarbeitungsmodul 18 verbundenen Monitor 19 dargestellt. Mit
dieser Vorrichtung lässt
sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung automatisiert durchführen.
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- 1
- obere
Deckschicht
- 2
- erste
(absorbierende) Schicht
- 3
- Verbindungsschicht
- 4
- zweite
(absorbierende) Schicht
- 5
- untere
Deckschicht
- 6
- Laserstrahl
- 7
- Deformationsfläche in der
ersten Schicht
- 8
- Deformationsfläche in der
Deckschicht
- 9
- Linse
- 10
- optische
Emission
- 11
- optischer
Detektor
- 12
- akustische
Emission
- 14
- Mehrschichtanordnung
- 15
- drehbare
Halterung
- 16
- Laser
- 17
- Kamera
- 18
- Verarbeitungsmodul
- 19
- Monitor
- 20
- Scannereinrichtung