Entwicklung von Toleranzsystemen für mikro- und nanoskalige Form- und Funktionselemente am Beispiel ausgewählter geometrischer und funktionsorientierter Messgrößen
Final Report Abstract
Ziel des Projekts ist es, Toleranzsysteme für Bauelemente mit Funktionsgrößen im Mikround Nanometerbereich zu entwickeln, um die Funktion eines Bauelements sicherzustellen. Während im makroskopischen Bereich zahlreiche Normen und Richtlinien zur Festlegung von Toleranzen verfügbar sind, existieren in der Mikro- und Nanotechnik bisher kaum allgemein anerkannte Normen. Als Ausgangspunkt für dieses Projekt wurden die auf diesem Gebiet vorhandene Normen analysiert und auf deren Anwendbarkeit in der Mikro- und Nanotechnik hin untersucht. Weiterhin wurde der Fragestellung nachgegangen, welche Anforderungen Toleranzsysteme für die Mikro- und Nanotechnik erfüllen müssen, damit sie sich in das bestehende System (GPS) integrieren lassen. Aus den Erfahrungen, die durch die ausgeführten Versuche gewonnen wurden, lä'sst sich feststellen, dass ein konsistentes Toleranzsystem nur aufgestellt werden kann, wenn für die einzelnen Messgrößen und Messgeräte vollständige Normenketten entwickelt werden. Die Haupteinflussgrößen auf die Festlegung von Toleranzen sind die Unsicherheiten der verwendeten Fertigungsprozesse und Messprozesse. An den Beispielen Mikrofräsen und Plasma-PVD-Beschichten als Fertigungsprozesse, sowie Atomkraftmikroskopie, Autofokus Profilmessung, konfokale Mikroskopie und optische Koordinatenmesstechnik als Messprozesse wurden diese Unsicherheiten exemplarisch ermittelt. Die Unsicherheiten der Messprozesse wurden anhand von Wiederholversuchen bestimmt. Dabei hat sich gezeigt, dass für Rauheitsmessungen auf die jeweilige Aufgabenstellung angepasste Normale und Messvorschriften notwendig sind. Um die Streuungen der Fertigungsprozesse zu ermitteln, wurden Probenkörper gefertigt und mit den beschriebenen Messprozessen vermessen. Schwerpunkt der Untersuchungen waren dreidimensionale Rauheitskenngrößen. Hier hat sich gezeigt, dass die in der Literatur beschriebenen Kenngrößen gut mit Fertigungsparametern korrelieren, eine Vergleichbarkeit der Messwerte aber nur mit dem Einsatz spezifischer Rauhnormale erreicht werden kann.
Publications
- An Approach to the Developement of Tolerance Systems for Micro and Nanotechnology. In: Wilkening, G. (Hrsg.); Könders, L. (Hrsg.): Nanoscale Calibration Standards and Methods. Weinheim : Wiley-VCH, 2005, S. 230 - 241
Schöbel, J.; Westkämper E.
