Process Analysis & Technology

Der Nanoscribe Photonic Professional GT2 ist der 3D-Drucker mit der weltweit höchsten Auflösung in der Nano- und Mikrofabrikation. Er genügt daher den höchsten Anforderungen beim Druck von kleinsten 3D-Präzisionsteilen bei gleichzeitig ausgezeichneter Formgenauigkeit.

Der Prozess besteht aus der Kombination des Mikro- und Nano-3D-Druckes mit zwei Lithografischen Abformungsmethoden.

Der 3D-Druck dient im ersten Schritt der Strukturierung und Formgebung der Oberflächen. Aufgrund der additiven Fertigungstechnik lassen sich praktisch fast alle Oberflächenstrukturen verwirklichen. Lediglich auf überhängende Strukturelemente muss aufgrund der nachfolgenden Abformungsschritte verzichtet werden. Durch die anschließenden Abformungen der 3D-Druck Strukturen wird ein strukturierter Werkzeugeinsatz erhalten der in einem nachfolgenden Schritt im Mikrospritzguss verwendet werden kann um die Oberfläche thermoplastischer Polymere zu strukturieren.

Durch die Wiederverwendbarkeit des Werkzeugeinsatzes im Spritzguss lässt sich die Struktur innerhalb kurzer Zeit auf eine Vielzahl von Bauteilen übertragen. Somit lassen sich innerhalb kürzester Zeit Stückzahlen erreichen, die mit dem ursprünglichen 3D-Druck nicht realisierbar wären.

Absorptionsspektren von Festkörpern und Flüssigkeiten können mit dem Desktop-Spektrometer Lambda 1050 von Perkin Elmer gemessen werden, wobei Extinktionen bis zu 4 in einem Wellenlängenbereich vom UV bis zum langwelligen NIR detektiert werden können. Eine Ulbrichtkugel kann in das Spektrometer integriert werden, um sowohl die spiegelnde und diffuse Reflexion als auch die Transmission zu messen.

IR-Spektren werden mit einem FTIR-Spektrometer Perkin Elmer Frontier gemessen. Die Probe kann in Transmission oder im ATR-Modus gemessen werden.

Das Fluoreszenz Spektrometer Fluorolog 3 von Horiba ermöglicht Fluoreszenz-messungen in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 700 nm. Die Emissionsspektren können von 300 bis 1000 nm mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 4000:1 aufgenommen werden. Dieses System ermöglicht die Messung von 3D-Spektren durch sukzessives Scannen durch die Anregungswellenlängen.

Das Raman-System RXN1 von Kaiser Optical Instruments kann für Inline-Messungen zur Analyse und Überwachung chemischer Prozesse eingesetzt werden. Darüber hinaus können Feststoffe, Pulver, Gele und Flüssigkeiten mit verschiedenen Sonden online gemessen werden.

Die mikroskopischen Methoden reichen von der Dunkelfeld-/Hellfeldmikroskopie über Polarisations- und inverse Mikroskopie bis hin zu Techniken wie differentiellem Interferenzkontrast (DIC) oder zirkularer Polarisation (CP). Die integrierte Software quantifiziert die morphologischen Strukturen. So berechnet der Computer z.B. Verteilungen oder Feinheit von Faserbündeln oder Korrosionsflächen.

Atomic Force Microscopy (AFM)
Scanning Nearfield optical Microscopy (SNOM)
Scanning Nearfield Optical Spectroscopy (SNOS)

Unser einzigartiges, multimodales Mikroskopiesystem ermöglicht AFM, SNOM und SNOS in verschiedenen Modi und Kombinationen:
- Verwendung von aperturlosen Sonden (SIL) oder aperturbasierten Sonden (Pinhole-Pyramiden)
- Messung in Reflexion oder in Transmission
- SNOS: VIS-, NIR-, Raman-, Rückstreu- und Fluoreszenz-Spektroskopie

Die Kombination von AFM-, Nahfeld- (SNOM, SNOS) und Fernfeld-Techniken (z.B. Raman Imaging, konfokale Mikroskopie) auf demselben Gerät erlaubt es uns, dieselbe Probenposition mit verschiedenen Messaufbauten zu analysieren.

Chemical Imaging (CI) kombiniert verschiedene Technologien wie optische Mikroskopie, digitale Bildgebung und molekulare Spektroskopie in Kombination mit multivariaten Datenanalysemethoden. CI-Systeme lassen sich in Whiskbroom- (Mapping), Staring- (2D-Wellenlängen-Scanning) und Pushbroom- (Linienscanning mit spektraler Dispersion) Imager einteilen. Das Konzept lässt sich über einen breiten spektroskopischen Bereich von UV-VIS-NIR, Fluoreszenz, IR und Raman anwenden.

Nach der Sammlung der spektroskopischen Daten werden verschiedene Strategien angewandt, um die wichtigsten und grundlegendsten Informationen aus einer großen Datenmenge zu extrahieren. Zur Auswahl oder Gestaltung der Probe und des Datensatzes wird ein experimentelles Design verwendet. Die aufgezeichneten Daten werden illustriert, ausgewertet, zusammengefasst und sorgfältig überprüft. Auf der Grundlage eines anerkannten Musters wird ein Kalibrierungsmodell berechnet und getestet, d. h. auf einen anderen Satz von Proben angewendet. Wenn dieser Test vernünftige Ergebnisse liefert, wird das Modell verifiziert und schließlich verallgemeinert, um den Anforderungen in der "realen Welt" an der Produktionslinie gerecht zu werden.

Zusätzlich dient dieses grundlegende Modell als Leitlinie für den Entwurf und Aufbau eines Überwachungssystems für die Online- oder In-situ-Prozesskontrolle.

Prozessanalyse-Werkzeuge

• Korrelations- und Regressionsmethoden
• Unscrambler, Design Expert, SPSS, SIMCA
• Zeitreihen, Datenvisualisierung
• MatLab - Werkzeugkasten, PLS - Werkzeugkasten

Analyse, Modellierung und Simulation (Auswahl)

• Principal Component Analysis (PCA)
• Partial Least Square Regression (PLS)
• Multivariate Curve Resolution (MCR)
• Neuronal Networks (Kohonen, RBF)
• Clustering (hierarchical, K-mean)

Evolving Factor Analysis (EFA) und Multivariate Kurvenauflösung (MCR)

EFA und MCR sind Verfahren, die die Anzahl der relevanten chemischen Verbindungen bzw. deren Konzentration direkt aus den Reaktionsspektren berechnen.

Beim Tabletop-SEM EM-30N von Coxem handelt es sich um ein Tischgerät mit hoher Auflösung (bis 5 nm optisch), ausgestattet mit einem SE und BSE-Detektor.

Dies ermöglicht eine Materialcharakterisierung sowohl hinsichtlich der Oberflächentopographie/-morphologie als auch im Hinblick auf Materialkontrast.

Die Proben können mit verschiedenen Targets besputtert werden (z. B. Au, Pt).