Wir bauen Mikroskope mit außergewöhnlichen Eigenschaften

Inline-Mikroskopie

Fraunhofer IPM hat langjährige Erfahrung in der Weiterentwicklung und Automatisierung von Mikroskopie-Verfahren für verschiedene Anwendungen. Dazu gehört die Untersuchung von Defekten, z. B. auf Solarzellen, und die Entwicklung von automatischen Mikroskopen, z. B. für die Analyse von Zellkulturen im Brutschrank. Auf der Basis kommerzieller Komponenten wurden so spezielle Mikroskope mit außergewöhnlichen Eigenschaften geschaffen. Dabei ist die Integration von komplexen Mikroskopie-Systemen in die Fertigung das Ziel. Die Entwicklung sehr anspruchsvoller Bildauswertungsalgorithmen ermöglicht die Analyse mikroskopischer Strukturen in Echtzeit.

Anwendungsbeispiel: Optische Prüfung der Kernkomponente eines Inhalationsgerätes

Mit dem treibgasfreien Inhalationsgerät Respimat® ist dem Pharmaunternehmen Boehringer Ingelheim eine technische Innovation gelungen. Diese beruht in erster Linie auf einem winzigen Bauteil: einer speziellen Mikro-Düse zur Vernebelung des Medikaments. Um die Qualität dieses mikrofluidischen Bauteils bereits während der Fertigung exakt kontrollieren zu können, hat Fraunhofer IPM ein optisches Inline-Prüfsystem entwickelt.

Der Uniblock ist ein kleines mikrostrukturiertes Silizium-Bauteil, das mit Glas gedeckelt ist. Die Prüfung eines solchen als Serienprodukt mit hohem Durchsatz produzierten Bauteils erfordert neben einer hohen Ortsauflösung zusätzlich eine sehr hohe Prüfgeschwindigkeit. Das am Fraunhofer IPM entwickelte System prüft verschiedene Eigenschaften und mögliche Fehler des Uniblocks während der Produktion: Strukturfehler, also Abweichungen der Mikrostruktur von der Sollgeometrie und fehlende Strukturen, Verunreinigungen, Bondfehler bei der Verbindung der Silizium-Struktur mit dem Glasdeckel, Sägefehler als Ursache für fehlerhafte Außenabmessungen des Bauteils, Defekte und Ausbrüche an den Kanten. Um selbst feinste Strukturen von sogenannten Filterkanälen zuverlässig prüfen zu können, sind Messgenauigkeiten im unteren Mikrometerbereich gefordert.

Das Prüfsystem arbeitet mit einem Laser-Scanning-Mikroskop, das sämtliche Messungen durch die Glasdeckelung mit einer Taktrate von 1,3 Sekunden ausführt. Ein fokussierter Laserstrahl scannt die Oberfläche des Uniblocks. Der Laserfokus wird auf eine kleine Öffnung, das »Pinhole«, im Mikroskop abgebildet, sodass fast ausschließlich Licht aus einer Probenebene auf den Detektor gelangt. Anders als ein konventionelles Lichtmikroskop erkennt das Laser-Scanning-Mikroskop die Kante des Uniblocks auf der Ebene der Siliziumoberfläche unter dem Glas sehr präzise. Nur so kann das System die Lage der Mikrostruktur relativ zu den Außenkanten prüfen – eine wichtige Voraussetzung für einen wesentlichen Teil der Prüfungen.

In Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Automatisierungssystemen erfolgte die Lieferung mehrerer Inline-Prüfanlagen, die heute 100 Prozent der Bauteile prüfen.