Röntgentomograf liefert detailgenaue 3D-Bilder von Elektronikprodukten

Ein Durchbruch in der detailgenauen Darstellung von Mikrostrukturen

Computertomografie – fast jeder denkt dabei an ein medizinisches Diagnoseverfahren, mit dem der Arzt ins Körperinnere blicken kann. Wer aber weiß schon, dass man diese Untersuchungsmethode in etwas abgewandelter Form dazu benutzen kann, Materialien, Bauteile oder immer kleiner werdenden Elektronikkomponenten, wie Hörgeräte oder Bauteile von Handys zerstörungsfrei mit hoher Genauigkeit dreidimensional abzubilden?

Für einen solchen Einsatz scheint die Röntgentomografie nahezu prädestiniert, denn die „X-Strahlung“ als Untersuchungsmedium bietet entscheidende Vorteile. Sie ist elektromagnetischer Natur mit großer Durchdringtiefe. Damit gestattet sie die Analyse von kompletten und funktionstüchtigen Baueinheiten – ohne deren vorhergehende Demontage, wie dies bei einer optischen Kontrolle erforderlich wäre. Außerdem ist die Röntgenstrahlung hinreichend kurzwellig, womit eine extrem hohe Ortsauflösung unter optimalen Bedingungen möglich ist. Mit ihr können im Prinzip Strukturen von dreidimensional kristallinen Objekten (wie Molekülkristalle) bis hinunter in den atomaren Bereich – also bis zu 0,1 Millionstel Millimeter – bildlich dargestellt werden.

Hat Wilhelm Conrad Röntgen den Nutzen der von ihm entdeckten Strahlung für die Materialprüfung bereits 1895 erkannt, so bedurfte es erst noch zahlreicher technologischer Fortschritte, etwa auf dem Gebiet der Fokussierung von Röntgenstrahlen oder der Entwicklung neuartiger ultraempfindlicher Flächendetektoren, um das volle Anwendungspotenzial der Röntgenspektroskopie industriell und medizinisch zu nutzen.

Ausgehend vom medizinisch eingesetzten Verfahren (mit 0,6 Millimeter-genauer Darstellung) ist es den Siemens-Forschern gelungen, die Ortsauflösung von Industrie-Röntgentomografen so zu steigern, dass man nun elektronische Module und miniaturisierte Produkte mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern dreidimensional darstellen kann. Möglich gemacht wurde dieser Fortschritt durch die Verwendung eines hochfokussierten Mikrometer-dünnen Röntgenstrahls und von speziellen Flächendetektoren mit bis zu sieben Millionen Bildpunkten. Außerdem hilft eine leistungsfähige Computerarchitektur, die enormen Datenmengen schnell zu verarbeiten. Doch auch das Untersuchungsobjekt selbst bietet messtechnische Vorteile: Im Gegensatz zum Menschen ist es wesentlich kleiner, es verweilt absolut bewegungslos im Röntgenstrahl und es besitzt keine kontrastarmen wässrigen Weichteile. Da es nicht-biologischen Ursprungs ist, richten längere Bestrahlungszeiten und -Intensitäten auch keinen Schaden an.

Die Leistungsfähigkeit des neuen Industrie-Tomografen belegt die dreidimensionale Darstellung eines Innenohr-Hörgeräts. Selbst kleinste Details wie der Verlauf von haarfeinen Verbindungsdrähten sind in eindrucksvoller Klarheit abgebildet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, Bauteile in der bildlichen Darstellung mit Hilfe des Computers einfach auszublenden. Dadurch sind auch umschlossene und versteckte Strukturen optisch zugänglich und machen eine Demontage des zu analysierenden Objektes überflüssig. Das Einsatzgebiet des Industrie-CT-Gerätes beschränkt sich nicht nur auf die rein optische Darstellung von Gesamtstrukturen, er ist auch für die Materialprüfung und -entwicklung sowie Qualitätssicherung und Prozessoptimierung bestens geeignet.