DE1945247C3 - Materialprüfverfahren mittels Röntgenbildaufnahme und -vergleich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Gegenständen auf während eines oder mehrerer Fertigungsschrittc entstandene Strukturveränderungen im Material durch Röntgenbildaufnahme und -vergleich, insbesondere von Platten für gedruckte Schaltungen vor und nach einer vorgenommenen Schichtung.

Bei der Herstellung von technisch··» Gegenständen der verschiedensten Art, die durch mechanische Bearbeitung, durch Wärmebehandlung oder auch Wachstumsprozesse u. ä. in kontinuierlich oder diskret aufeinanderfolgenden Fertigungsschritten ihre endgültige Struktur oder Gestalt erreichen, ist es zum Zwecke der Qualitätsbeurteilung und einer entsprechenden Steuerung des Herstellungsprozesses oft von entscheidender Bedeutung, den Einfluß der jeweils angewandten Bearbeitungsverfahren genau erfassen zu können. Dazu wurde bereits die eine oder andere dem jeweils zu prüfenden Objekt angepaßte spezifische Prüfmethode und u. a. auch eine Röntgcnbildausmcssung vorgeschlagen, wobei jeweils die interessierenden technischen Daten des Prüflings im Zustand während verschiedener Entstehungsperioden aufgenommen und diese einzelnen Daten dann miteinander verglichen werden. Aus der US-Patentschrift 3 336671 ist eine Röntgenbildvergleichsvorrichtung bekannt, die dem Umstand Rechnung trägt, daß kaum jemals zwei Röntgenaufnahmen von einem Gegenstand aus genau derselben Entfernung oder unter genau demselben Winkel gemacht werden, wenn zwischen den Aufnahmezeitpunkten ein längerer Zeitraum und folglich ein Abbau und Wiederaufbau der Aufnahmeanordnung liegen. Um die veränderten Bedingungen bei der Prüfung der einzelnen Röntgenbilder auf Strukturveränderungen des Prüflings wie z. B. dessen Größe berücksichtigen zu können, wird aus diesem Grunde ein visueller Vergleich der Röntgenbilder durchgeführt. Dazu wird ein Röntgenbild auf

eine ebene transparente Platte gelegt, auf die ein Strahlenbüschel aufgebracht wurde. Durch in senkrechter und horizontaler Richtung bewegbare Einstellmarken können die Bildpunkte, die ein den Zustand des Prüflings charakterisierendes Merkmal betreffen, markiert werden. Danach wird mit dem zweiten Rontgenbild, dessen Lage auf der transparenten Platte gegenüber dem ersten Bild jeduch seitlich verschoben ist, unter Verwendung eines zweiten Satzes von Einstellmarken analog verfahren. Durch Vergleich der Lage einander entsprechender Einstellmarken des ersten und zweiten Satzes wird die Art der Strukturveränderung im Prüfling von Hand festgestellt.

Es ist einleuchtend, daß mit Hilfe solcher Messungen, die eine mechanische Einjustierung ohne einmal festgelegte Bezugsmarken erforderlich machen, nicht die gewünschte und notwendige Genauigkeit beim Prüfen von Strukturveränderungen durch Fertigungseingriffe zulassen. Deshalb ist es die Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes MaterialprüfverfiViren für schrittweise gefertigte Gegenstände anzugeben, mit Hilfe dessen Veränderungen von Struktureinzelheiten wie z. B. Materialdichtestellen in den Schichten von Platten mit gedruckten Schaltungen unter Einhaltung geringster Toleranzen festgestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst ein erster, für Röntgenstrahlen empfindlicher erster Film durch eine bis auf ein Bezugssystem aus Markierungslöchern strahlungsabsorbierende Maskenplatte bestrahlt wird, daß dann die Maskenplatte gegen den Prüfling ausgetauscht und dieser vor einem weiteren Fertigungsschritt in einer eine Abbildung ermöglichenden, vorbestimmten Lage zu dem ersten für Röntgenstrahlen empfindlichen Film auf einer Justierplatte fixiert wird, daß dann der erste Film durch den Prüfling hindurch mittels einer Röntgenstrahlung vorbestimmter Richtung, Dauer und Intensität flächenmäßig begrenzt bestrahlt und zu einem Transparenzbild der Struktureinzelheiten des Prüflingsmaterials entwickelt wird, daß anschließend ein zweiter, für Röntgenstrahlen empfindlicher Film durch die Markierungslöcher der Maskenplatte hindurch bestrahlt und diese dann gegen den Prüfling ausgetauscht wird, der inzwischen eiiv:n weiteren Fertigungsschritt durchlaufen hat und von dem in analoger Weise ein zweites Rontgenbild aufgenommen wird, daß die beiden Röntgenbilder derart überlagert und aufeinander ausgericii'.et werden, daß sich die abgebildeten Markierungslöcher genau decken und daß die Art der Strukturveränderungen durch optischen Vergleich der in den übereinander angeordneten Röntgenbildern enthaltenen, sich entsprechenden Strukturmerkmale !estgestellt wird.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders darin zu sehen, daß auf jedes vom Prüfling aufgenommene Rontgenbild flächenmäßig abgegrenzt ein für alle Aufnahmen gleichbleibendes Bezugssystem von Markierungslöchern abgebildet wird, so daß Unter einer Vergrößerungsoptik eine Einjustierung zweier oder mehrerer Bilder aufeinander auf das Genauestc möglich ist. Außerdem sind durch die direkte Gegenüberstellung zweier Momentanaufnahmen uuch nicht direkt meßbare Unterschiede der Struktureinzclheiten im Material abschätzbar.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich nach der Erfindung aus der Tatsache, daß die Genauigkeit des Verfahrens

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nur durch einen einmal vorgegebenen Tuleranzburejch beim Einpassen der Justierlöcher des Gegenstandes bzw, der Maskenplatte auf die Justierstifte beeinflußt wird, wodurch Verschiebungen von Markierungen oder Struktureinzelheiten in der Ebene der Filme auf Grund unterschiedlicher Behandlung vermieden werden.

Im folgenden wird zur näheren Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, indem als Prüfling eine Schichtplatte einer gedruckten Schaltungsplatte vor und nach einer Schichtung verwendet wird. Es zeigt

Fig. 1 die teilweise aufgeschnittene Vorderansicht einer beispielsweisen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens während des Prüfschritts I und 4,

Fig. 2 die teilweise aufgeschnittene Vorderansicht der beispiefsweisen Anordnung zur Hnrchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens während des Prüfschritts 2,

Fig. 3 die teilweise aufgeschnittene Vorderansicht eines Teils der beispielsweisen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens während des Prüfschritts 5,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die übereinandergelegten, entwickelten Röntgenbilder entsprechend dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren,

Fig. 5 die vergrößerten Darstellungen von in den übereinandergelegten Röntgenbildern der Fig. 4 enthaltenen Struktureinzelheiten,

Fig. 9 die teilweise Vorderansicht eines Teils einer Variante der beispielswcisen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens gemäß Fig. 1 und 2, mit Hilfe derer die erfindungsgemäße Prüfung in weniger Prüfschritten durchgeführt werden kann.

Wie im vorigen bereits kurz angedeutet, wird zur Erläuterung der Erfindung aus Gründen der Einfachheit -jnd Klarheit der Beschreibung als zu prüfender Gegenstand die beschichtete Platte einer gedruckten Schaltung während diskreter Schichtungsschritte verwendet. Die einzelnen Schichten solcher Platten werden mit geringen Toleranzen hergestellt, wobei Genauigkeiten von größenordnungsmäßig '/ nun

bezüglich der Lage und des Abstandes von Struktureinzelhciten wie z. B. Leiterbreite und -abstand oder Justierlöcherdurchmesser und Mittclpunktabstand eingehalten werden müssen. Zur Prüfung, ob sich beim Auflegen einet neuen Schicht auf die teilweise fertige gedruckte Schaltung irgendwelche Veränderungen eingestellt haben, werden nach der Erfindung zwei Röntgenbilder, die vom zu prüfenden Gegenstand vor bzw. nach dem jeweiligen Schieht'jiigsschnlt gemacht worden sind, miteinander verglichen. Die Röntgenbilder sind in der Form von Transparen/bildern hergestellt und werden in einer Vergrößerungsoptik zum Vergleich übereinander angeordnet. Die Ausrichtung der beiden überlagerten Röntgenbilder wird durch Marken bewerkstelligt, die nach einem zweimaligen Belichtungsverfahren auf den Filmen angebracht sind. Dazu wird der jeweils zu behandelnde Film durch eine mit den Justiermarken entsprechenden Bohrungen versehene Maske hindurch einer ersten Röntgenstrahlbelichtung ausgesetzt, wonach die Maske unter Beibehaltungdcr Lage des Films entfernt und der Film nach Bedeckung mit dem zu analysierenden Gegenstand einer zweiten Riintncnstrahlbelich-

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lung unterworfen wird. Dabei wird der Gegenstand mit Hilfe einer Justierschahlone in eine genaue Lage /um Film und zum Maskenmuster gebracht.

Gemäß den Fig. I bis 3 ist die ganze Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Priifver- · fahrensauf einer Justierplattc 1 aus vorzugsweise hartem und dichtem Material wie z. H. Stahl aufgebaut, aus der eine Anzahl (hier 2) von Justierstiften 2 hcrausragcn. Über der Justierplattc 1 kommt zwischen zwei Schutzschichten 9 der Röntgenfilm und darüber '" eine Maskcnplatte 3 aus Messing mit genau eingearbeiteten Line] angepaßten Bohrungen zur Aufnahme lter Justierstifte 2 /u liegen. Die Maskenplatte 3 hat außerdem noch sorgfältig eingearbeitete kleinere Uohrungenziir Herstellung der oben bereits beschriebenen Markierungen für das Ausrichten der übcreinandergelegten Filme. Die Platte ist ausreichend dick

/iir _/\1'».<<_rnlj..·! J.jr ;;,.f li.j .j j.».. JrL j. ...J^.., O....·..„., strahlen außerhalb iler zur Markierungsherstellung \orgeschencn Holirungen. Die Oberflächen 5 um! 6 iler Justierplatte bzw. der Maskenplatte sind in höchstem Maße plan bearbeitet und besitzen eine hohe Oberflächengüte. Dadurch ist eine genaue Ausrichtung tier Maskenplalte und des zu prüfenden Gegenstandes auf den Film gewalnlcisti-t Die zu prüfende gedruckte Schalungsplatte ist in I ig. 2 bei 7 \or der Schient ung und in fit' 3 bei 8 nach der Schichli^|ng ilargcstelit. Die einzelnen Schichten und Hirne, die in tier folgenden Beschreibung ties Verfahrensablaules nacheinander aufeinander gelegt werden, sind ebenfalls mit genauen Justierlöchern zur Aufnahme tier Justierstifte 2 versehen.

Die [{dichtung der filme mit Röntgenstrahlung und die Schichtung der zu prüfenden Schaltungsplatte lauft beispielsweise nach folgenden Vcrfahrensschrit- , ten ab:

1 Der Film 1 wird gegen Licht durch die Schutzschichten 9 geschlitzt zusammen mit der Maskenplalte 3 auf der Justierplatte 1 gemäß fig. I angeordnet und dann der Röntgenstrahlung 10 : ausgesetzt, deren Richtung. Dauer und Intensität den Forderungen zur Erzeugung des gewünschten Mildes der Locheranordnung auf der Maskennlatte angepaßt ist. Beispielsweise betrug der Abstand der Rönteenstrahlungsquelle vom Film :. 2.1 m untl die Dauer der Belichtung 60 see bei einer Spannung \oii Vd kV und einem Strom von 4 mA.

2. l'nter testhalten des Filmes 1 in seiner bisherigen Lage wird -!ic Platte 3 entfernt und werden v. tlie zwei diskreten Schichten 11 und 12 der bisher noch nicht bearbeiteten Schichtplatte über den Film 1 auf der Justierplatte 1 angeordnet. Eine Deckplatte 13 aus Glas dient dazu, den Prüfling und den Film plan gegen die Justierplatte zu r. drucken. Nach Fig. 2 wird der Film 1 einer zweiten Belichtung mit der Röntgenstrahlung 14 unterworfen, wobei die Betriebsspannung bei dieser Belichtung je nach Dicke des Prüflings zwischen 90 und 110 kV gewählt wird, um die mi gewünschte Schärfe im Bild des unfertigen Prüflings auf dem Film 1 zu erhalten. Dieses zuletzt erhaltene Bild ist nun genau auf das Bild der Maskenplatte einjustiert, da der Film überhaupt nicht bewegt wurde. Da die Platte 3 in Fig. 1 „.--, für die Röntgenstrahlen 10 in all den Flächenbereichen, wo beim nächsten Verfahrensschritt wichtige Struktureinzelheiten des Prüflings zu liegen kommen, relativ strahlungsundurchlässig ist. ist das von der Strahlung 14 erzeugte Bild des Prüflings in allen wichtigen Zonen unbeeinflußt durch die erste Belichtung mit der Strahlung 10. Die Teilschichlen U und 12 und der Film 1 werden nun von der Justierplattc· entfernt und der Film 1 nachfolgend entwickelt.

3. Die Teilschichten 11 und 12 der zu prüfenden Schallungsplatte werden in einem Schichtungsvorgnng zu einer einzigen Platte verarbeitet.

-I. Der Film 2 untl tlie Platte 3 werdengemäß Fig. I auf tier Justierplattc 1 zum ersten Bclichtung*- \organg ties Filmes 2 mit d'.-n Röntgenstrahlen Kl aulgebaiil.

5. Die Platte 3 wird, wie aus I ig. 3 ersichtlich, gegen ilen Prüfling, tier nun aus der aus zwei Schichten zusammengeschichteten ['latte 8 be- ti,.l.[ ,,.χ.ι Α',.· M....L· [.im., ι * ->··*, r:i·..;

tauscht, während tier Film 2 in seinei bisherigen Lage verbleibt. Der Film 2 wird gemäß Fig. 3 tier Röntgenstrahlung 15 ausgesetzt und anschließend zu seiner Faltwicklung »on vier Juitierplatle abgenommen.

iv L-i.. entwickelten Röntgenbilder auf den Filmen 1 und 2 werden nach Fig. 4 auf einer Finriclitimg mit D-jnliliuchtungsschirm und V'-rgröß·. .ungsoptik übereinander angeordnet. Die Abbildungen der Struktureiiizelheitcn des Prüflings und tier Bohrungen in der Maskenplatte 3 erscheinen naturgemäß als schwarze Flächen auf den Filmen. Während der emc Him in einer bestimmten Lage fixiert wird, wird der andere so lange verschoben, bis sich die Justiermarken 17 auf den beiden Filmen decken. Dann können, falls erwünscht, die Justierlöcher 18 und 18« in den Filmen aufeinander ausgerichtet werden, was normalerweise erforderlich ist. da sich das Zelluloidmaterial der Filme bei der Behandlung und beim Gebrauch leicht verzieht. Diese Tatsache, daß das F'ilmmatcrial eine spezifisch geringe Festigkeit besitzt, ist in der Tat der Grund dafür, daß beim erfindungsgemäßen Prüfverfahren die einzelnen Schritte des Aufsetzens und des Entfernens der Platte 3 und des zweimaligen Belichlens notwendig sind. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. enthält der in der Fotografie abgebildete Prüflinge diskrete Flächenbereiche 19. die bei einem späteren Arbeitsprozeß, wenn nötig z. B. durch Ausschneiden voneinander getrennt werden können. Einzelne Lochkonfigurationen 20 bis 23 zeigen die Fig. 5 bis 8 in vergrößerter Darstellung. Aus Gründen der Deutlichkeit wurden die Darstellungen von zahlreichen anderen Struktureinzelheiten des Prüflings in der Zeichnung weggelassen. Die Röntgenbilder besitzen dunkle Randflächen 24 und 25. wo der Prüfling und die Platte 3 die Filme nicht abgedeckt haben.

7. Die Lochbildpaare 29a, 20b bis 23a und 236 auf den Röntgenbildern des Prüflings vor und nach der Schichtung sind in vergrößerter Darstellung in den Fig. 5 bis 8 gezeigt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, können beim Schichtungsprozeß nach Betrag und Richtung unterschiedliche Schrumpfverschiebungen von Oberflächenbereichen des zu prüfenden Gegenstandes auftreten. Dies kann nun durch direktes Fotografieren der vergrößerten Darstellungen

iiuf clem Durchleuchtiingsschirm ills permanente Aufzeichnung fgixiert werden, ohne daß negative Finfliisse durch unsachgemäße spatere Behandlungiler Röntgenbilder in Kauf genommen werden müssen.

Aus den Zeichnungen geht hervor, daß die Oberflache S vier Justierplatte 1 und die Justierstifte 2 ein genaues Bezugssystem für die Lagebestimmung der Platte 3 und des Prüflings gegenüber dem jeweiligen film Hilden. Natürlich trifft dies besonders auf das hier verwendete Ausl'ulmmgsbcispicl zu. indem sowohl der Pi iifling als auch die ihm zugeordneten Jiistierein-Mcliiiingen plan und somit genaueslens bearbeitbar sind. Aber es können durchaus auch andere und andersgeformte, jeweils den Gegebenheiten des Prüflings ,iiigepaßle Justicrcinricntuimcn Verwendung IIMtIfH. ohne deshalb von ilen Prinzipien des erlindungsgemiißen Verfahrens abweichen zu müssen. So kann z. B. gemäß Fig. ') eine Abwandlung der Erfindung in Betracht gezogen werden, in der die Justierplatte 11/, die Platte 3« und die Filme so dimensioniert sind, daß vom Prüfling in einem einzigen Beliehtungsschriti eine Röntgenaufnahme gemacht werden kann. Dabei würde die Platte 3« den Prüfling 7<i/8« z. B. in der Form eines Bilderrahmens einfassen, wodurch mit einer einzigen Aufnahme die Justiermarken fixiert weiden konnten. lediglich ist dabei darauf zu achten, daß diese Anordnung durch die (iroße ties Prüflings begrenzt ist. da die .Maskenplatte im Bereich der Jusiierstilte noch übei dein Prüfling zu liegen kommen muß und da die auf dem Prüfling zn untersuchenden Flaehenbereichi..¹ innerhalb des Randes tier Maskenplatte liegen müssen, wenn sie eindeutig abgebildet werden sollen.

Hierzu I Blatt /.eichnuiiüen

Claims (9)

1. Patentansprüche;

   I. Verfahren zum Prüfen von Gegenständen auf während eines oder mehrerer Fertigungsschritte entstandene Strukturveränderungen im Material durch Röntgenbildaufnahme und -vergleich, insbesondere von Schichtplatten mit gedruckten Schaltungen vor und nach einer vorgenommenen Schichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein erster, für Röntgenstrahlen empfindlicher Film durch eine bis auf ein Bezugssystem aus Markierungslöchern Strahlungsabsorbierende Maskenplatte bestrahlt wird, daß dann die Maskenplatte gegen den Prüfling ausgetauscht und dieser vor einem weiteren Fertigungsschritt in einereine Abbildung ermöglichenden, vorbestimmten Lage zu dem ersten für Röntgenstrahlen empfindlichen FiiTi auf einer Justierplatte fixiert wird, daß dann der erste Film durch den Prüfling hindurch mittels einer Röntgenstrahlung vorbestimmter Richtung, Dauer und Intensität flächenmäßig begrenzt bestrahlt und zu einem Transparenzbild der Struktureinzelheiten des Prüflingsmaterials entwickelt wird, daß anschließend ein zweiter, für Röntgenstrahlen empfindlicher Film durch die Markierungslöcher der Maskcnplatte hindurch bestrahlt und diese dann gegen den Prüfling ausgetauscht wird, der inzwischen einen weiteren Fertigungsschritt durchlaufen hat und von dem in analoger Weise ein zweites Röntgenbild aufgenommen wird, dab die bc.Jen Röntgenbilder derart überlagert und aufeinander ausgerichtet werden, daß sich die abgebildete.> Markierungslöcher genau decken und daß die Art der Strukturveränderungen durch optischen Vergleich der in den übereinander angeordneten Röntgenbildern enthaltenen, sich entsprechenden Strukturmerkmalc festgestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Röntgenfilm und der Prüfling (7, 8) bzw. die Maskenplatte (3), die mit entsprechenden Bohrungen (18) versehen sind, auf zwei aus der Justierplatte (1) senkrecht hcrausragende, feststehende Justierstifte (2) gegen seitliche Verschiebung gesichert aufgesteckt werden.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Justicrplattc (1) und die Maskcnplatte (3) entsprechend der ebenen Form der den Prüfling darstellenden Schichtplatte einer unfertigen gedruckten Schaltungsplatte (7) eben gewählt wird und die Schichtplattu bzw. die Maskcnplatte mit dem jeweils eben auf der Justicrplalte aufgelegten Film in engen, ebenen, flächenhaften Kontakt gebracht wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungslocherachsen und die Richtung der jeweils angewandten Röntgenstrahlung (10, 15) senkrecht zur Filmebene gewählt werden.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Strukturmerkmale materiecrfülltc Stellen (20 bis 23) in den Schichtplatten (7, 8) vor und nach einer vorgenommenen Schichtung herangezogen werden.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine flächenhafte He
7. grenzung der Belichtung des jeweiligen Films derart erfolgt, daß die Markierungslöcher (17) und Justierstifte (2) außerhalb der Flächenbereiche der materieerfüllten Stellen des Prüflings (20 bis 23) positioniert und nur diese Flächenbereiche im zugehörigen Belichtungsschritt belichtet werden,
8. 8. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichten und der optische Vergleich der überlagerten kombinierten Röntgenbilder unter Benutzung eines Durchleuchtungsschirms als Unterlage der Bilder und einer Vergrößerungsoptik durchgeführt wird.

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die materieerfüllten Stellen des Prüflings (20 bis 23) auf Verschiebungen der Umrißlinien ihrer Flächenbereiche in den überlagerten kombinierten Röntgenbildern geprüft werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des optischen Vergleichs durch Fotografieren der vergrößerten Überlagerung der entsprechenden materieerfüllten Stellen des Prüflings (20« und 20fc bis 23« und 23b) fixiert wird.