Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM hat in Kooperation mit dem Plasmaanlagenspezialisten Plasma Electronic GmbH das Prüfsystem Film-Inspect entwickelt. Plasmabeschichtungen werden beispielsweise auf Kunststoffverpackungen aufgebracht, um Lebensmittel zu schützen. Dabei bewahrt eine diffusionsdichte Schicht – etwa aus Siliziumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (AlOx) – Produkte wie Kaffee oder Nüsse vor schädlichen äußeren Einflüssen sowie Aromaverlust. Weitere Einsatzbereiche für vergleichbare Dünnschichten sind Pharmaprodukte, Haushaltsgeräte, Brennstoffzellen oder Fahrzeugteile. Dort werden sie verwendet, um die Benetzbarkeit, die Haftungseigenschaften oder die Oberflächenchemie zu verbessern sowie vor Korrosion zu schützen.
Die Qualität von Plasmabeschichtungen inline und zerstörungsfrei zu überprüfen, war laut den Forschern bisher nicht möglich. Stand der Technik ist die stichprobenartige Qualitätsprüfung mit zeitaufwändigen Laborverfahren. Der vom Fraunhofer IPM entwickelte Sensor ermöglicht eine prozessintegrierte vollständige Einzelteilprüfung im Produktionstakt auch für dreidimensional geformte, komplexe Oberflächen. Um dünne Beschichtungen mit einer Stärke von unter 10 bis 200 nm inline zu erfassen, nutzt er Infrarotmesstechnik. Mit Infrarotlicht der passenden Wellenlänge lässt sich die chemische Bindung zwischen Atomen resonant anregen. Die Schichtdicke ist so anhand der Intensität des reflektierten Lichts bestimmbar. Dabei hängt die Wahl der Wellenlänge vom Beschichtungsmaterial ab und ist materialspezifisch konfigurierbar.
Ein Array von acht Sensoren wurde beim Projektpartner Plasma Electronic GmbH in eine Plasmabeschichtungsanlage integriert und getestet. Neben der Anwendung in einem Batch-Prozess lässt sich Film-Inspect auch in kontinuierlichen Verfahren einsetzen. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten fanden im Rahmen des Projekts „O-KUBA – Optische Prozesskontrolle für ultradünne Barriereschichten“ statt, das im Zuge des Förderprogramms Invest BW – Innovation II durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg gefördert wird.
Autor(en): spa
