DE10042623A1 - Verfahren zum Testen einer Verbindungszwischenfläche - Google Patents
Verfahren zum Testen einer VerbindungszwischenflächeInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Testen von Untersuchungsproben für eine Verbindungszwischenfläche zum Untersuchen der Verbindung zwischen zwei Metallkomponenten, wie der Verbindung bei einer Sputtertarget-/Trägerplattenanordnung bereitgestellt. Eine Probe der Verbindungszwischenfläche des Verbundmaterials wird entfernt, eine Durchgangsbohrung an einem Ende ausgebildet und die Verbindungszwischenfläche im Bereich der Bohrung entfernt, wodurch die Bohrung in zwei Bohrungen aufgeteilt wird. Die Bohrungen werden erfaßt, beispielsweise durch Versehen der Bohrungen mit einem Gewinde und Einschrauben von Gewindestangen in die Gewindebohrungen, wobei durch Aufbringen von Kräften in entgegengesetzte Richtungen auf die Gewindestangen die Verbundschichten voneinander weggezogen werden. Die Festigkeit der Verbindung und nicht der Verbundwerkstoffmaterialien wird dabei untersucht.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen der Festigkeit einer
Verbindungszwischenfläche und insbesondere ein Verfahren zum Bereitstellen und
Testen einer Sputtertarget-/Sputterträgeranordnungs-Untersuchungsprobe, um die
Festigkeit der Verbindung zwischen dem Sputtertarget und der Trägerplatte zu
bestimmen.
Kathodensputtern wird umfangreich für das Ablagern von dünnen Schichten eines
Materials auf gewünschten Substraten verwendet. Grundsätzlich erfordert dieser
Vorgang ein Gasionenbombardement eines Sputtertargets, welches eine Fläche
aufweist, die aus einem gewünschten Material gebildet ist, daß als ein dünner Film
oder eine dünne Schicht auf einem Substrat abzulagern ist. Das Ionenbom
bardement des Target verursacht nicht nur das Sputtern von Atomen und Mole
külen der Targetmaterialien, sondern führt dem Target eine beträchtliche Wärme
energie zu. Diese Wärme wird unter oder um eine Trägerplatte verteilt, die in einer
Wärmeaustauschbeziehung mit dem Target angeordnet ist. Das Sputtertarget
bildet einen Teil einer Kathodenanordnung in der Weise, daß es zusammen mit
einer Anode in einer Vakuumkammer bzw. evakuierten Kammer angeordnet ist,
welche mit einem inerten Gas gefüllt ist, vorzugsweise Argon. Ein elektrisches Feld
wird an die Kathode und die Anode angelegt. Das inerte Gas wird ionisiert durch
Kollosion mit Elektroden, welche von der Kathode abgestrahlt werden. Positiv
geladene Gasionen werden zu der Kathode angezogen und beim Auftreffen auf der
Targetoberfläche schlagen diese Ionen Targetmaterial heraus. Das herausgeschla
gene Targetmaterial quert das evakuierte Gehäuse und lagert sich als ein dünner
Film auf dem gewünschten Substrat ab, welches üblicherweise nahe der Anode
angeordnet ist.
Bei einer bekannten Targetkathodenanordnung wird das Sputtertarget über eine
einzelne Verbindungs- bzw. Klebefläche an einer nicht magnetischen Trägerplatte
angebracht, um eine parallele Zwischenfläche bzw. ein paralleles Interface in der
Anordnung zu bilden. Die Trägerplatte stellt ein Mittel zum Halten der Target
anordnung in der Sputterkammer dar und bietet der Targetanordnung strukturelle
Stabilität. Darüber hinaus ist die Trägerplatte üblicherweise wassergekühlt, um die
Wärme, welche durch das Ionenbombardement des Targets erzeugt wird, ab
zuführen.
Um einen guten thermischen sowie elektrischen Kontakt zwischen dem Sputtertar
get und der Trägerplatte zu erzielen, werden diese Elemente üblicherweise durch
Löten, Schweißen, Diffusionsverbinden bzw. Diffusionskleben, Festkörperkleben,
Explosionsverbinden bzw. Explosionskleben, mechanischem Befestigen oder Ep
oxidverbinden bzw. Epoxidkleben miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen
dem Sputtertarget und der Trägerplatte muß die während des Kühlens auftreten
den Belastungen aufnehmen, welche auf die Target-/Trägerplattenanordnung
ausgeübt werden. Wenn die Verbindung nicht ausreichend fest ist, werden sich
das Sputtertarget und die Trägerplatte während der Benutzung voneinander lösen.
Qualitätssicherungsuntersuchungen werden durch die Hersteller von Sputtertarget-
/Trägeranordnungen sowie den Benutzern ausgeführt, um die Festigkeit der Ver
bindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche zu untersuchen, wodurch das
Auftreten eines Lösens während des Sputterns minimiert wird.
Das im Augenblick verwendete Verfahren zum Untersuchen der Verbindungs
zwischenfläche bzw. Haftgrenzflächen beinhaltet das Bearbeiten einer Untersu
chungsprobe auf passende Abmessungen, bei denen die Dicke der Targetschicht
gleich der Dicke der Trägerplattenschicht ist, anschließend Festklemmen der Seiten
jeder der Komponentenschichten und Durchführen eines Zugtestes an der Probe.
Bei diesem Verfahren sind die Untersuchungsproben in Folge der erforderlichen
Präzisionsbearbeitung schwer herzustellen und die Testergebnisse sind als un
vorhersehbar sowie unzuverlässig erkannt worden. Häufig geben die Komponen
ten- bzw. Bauteilmaterialien, welche durch die Klammern gequetscht werden,
nach, bevor die Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche untersucht wird.
Dies führt zu Unsicherheiten, ob die Ergebnisse des Tests auf die Festigkeit der
Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche oder der Festigkeit der Materia
lien, welche das Sputtertarget und die Trägerplatte enthalten, anwendbar ist.
Daher besteht ein Bedarf für ein Verfahren zum Untersuchen der Festigkeit einer
Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche, bei dem die Untersuchungs
probe einfach herzustellen ist und das Ergebnis wiederholbar sowie zuverlässig ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Testen der Festigkeit einer
Verbindung zwischen zwei Metallkomponenten bzw. Metallbestandteilen, ins
besondere zwischen einem Sputtertarget und einer Trägerplatte bereit. Hierbei und
in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird eine
Untersuchungsprobe durch Herausarbeiten einer Probe aus einer Sputtertarget-
/Sputterträgeranordnung hergestellt und ein Abschnitt der Verbindungszwischen
fläche bzw. Haftgrenzfläche durch beispielsweise Sägeschneiden an einem Ende
der Probe entfernt, um einen Schlitz zu bilden, der das Sputtertarget von der
Trägerplatte trennt. Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird
eine Untersuchungsprobe mit einer nicht verbundenen Zone, in der das Sputtertar
getmaterial von dem Trägerplattenmaterial getrennt ist, sowie einer verbundenen
Zone bereitgestellt, bei der die Haftgrenzfläche für den Test aufrecht erhalten wird.
Die Sputtertargetkomponente und die Trägerplattenkomponente werden anschlie
ßend in der nichtverbundenen Zone erfaßt und in entgegengesetzte Richtungen
gezogen, um die Verbindung in der verbundenen Zone aufzubrechen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegende Erfindung wird eine
Durchgangsbohrung in ein Ende der Probe gebohrt und der Schlitz in dem gleichen
Ende ausgebildet, so daß die Durchgangsbohrung in zwei Bohrungen getrennt wird,
eine in dem Sputtertargetmaterial und eine in dem Trägerplattenmaterial in der
nichtverbundenen Zone, wobei die Bohrungen anschließend erfaßt werden können,
und eine gleichförmige Kraft aufgebracht, um die Sputtertargetkomponente und die
Trägerplattenkomponente voneinander wegzuziehen.
Bei dem alternativen Verfahren der vorliegenden Erfindung kann der Abschnitt der
Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche zuerst entfernt werden, an
schließend ein Loch durch die Sputtertargetkomponente zu dem Schlitz, oder nur
teilweise, in die Komponente und ein zweites Loch durch die Trägerplattenkom
ponente zu dem Schlitz, oder nur teilweise, in die Komponente gebohrt werden.
Gemäß den Prinzipien der vorliegende Erfindung können die Löcher bzw. Bohrun
gen mit Gewinde versehen werden, so daß Gewindestangen eingeführt werden
können, um die Löcher zu erfassen, wodurch der Zugversuch erleichtert wird.
Sollten bei diesen Ausführungsbeispielen, bei denen die Löcher Durchgangsbohrun
gen sind, die Gewinde in einem oder beiden Löcher unter gleichförmiger Kraft ab
scheren, werden eine oder beide der Gewindestangen durch eine Mutter und/oder
einem Bolzen innerhalb des Schlitzes, welcher die beiden Metallkomponenten
trennt, gesichert, so daß der Zugversuch bis zum Bruch fortgesetzt werden kann.
Weiterhin besitzt die Untersuchungsprobe gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise eine Länge, die größer als die Breite ist, wobei die ver
bundene Zone vorzugsweise länger als die nicht verbundene Zone ist. Darüber
hinaus werden die Bohrungen vorzugsweise in der nicht verbundenen Zone mittig
ausgerichtet.
Es wird daher ein Verfahren zum Herstellen und Untersuchen einer Probe einer
Sputtertarget-/Trägerplattenanordnung oder andere Metallverbundwerkstoffe
bereitgestellt, welche die Verbindungszwischen- bzw. Haftgrenzfläche isoliert, um
auf einfache und zuverlässige Weise die Festigkeit der Verbindung zwischen den
beiden Metallkomponenten zu untersuchen.
Diese sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten aus
den beigefügten Zeichnungsfiguren und der zugehörigen Beschreibung deutlicher
zutage.
Die beigefügten Zeichnungsfiguren, welche in diese Beschreibung aufgenommen
sind und einen Bestandteil dieser Beschreibung bilden, geben Ausführungsbeispiele
der Erfindung wieder und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen und
der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung dazu, die Prinzipien
der Erfindung zu erläutern.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Untersuchungsprobe für eine Ver
bindungszwischenfläche der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Untersuchungsprobe einer Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanord
nung, welche durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung untersucht
wird.
Fig. 3 ist eine Untersuchungsprobe einer Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanord
nung, welche durch ein alternatives Verfahren der vorliegenden Erfindung
untersucht wird.
Fig. 4 ist eine Untersuchungsprobe einer Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanord
nung, welche durch ein alternatives Verfahren der vorliegenden Erfindung
untersucht wird und die eine schwache Verbindungszwischenfläche bzw.
Haftgrenzfläche zeigt.
Fig. 5 ist eine Untersuchungsprobe einer Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanord
nung, welche durch das Verfahren gemäß Fig. 4 untersucht wird und
welche eine starke Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche
wiedergibt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Untersuchung der Verbindungszwischen
fläche bzw. Haftgrenzfläche zwischen zwei Metallkomponenten bzw. Metallbautei
len durch Zugversuch oder ähnliche Verfahren. Die Erfindung kann bei jedem
metallischen Verbundwerkstoff verwendet werden, bei dem Schichten des Ver
bundwerkstoffes durch Löten, Schweißen, Diffusionskleben, Festkörperkleben,
Explosionskleben, mechanischem Befestigen, Epoxydkleben oder anderen Ver
bindungsmethoden, welche eine starke Zwischenfläche zwischen den benach
barten Schichten erzeugen, verbunden werden. Ein Typ einer Verbundwerkstoff
anordnung von besonderem Interesse für die Erfinder der vorliegenden Erfindung
ist die Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanordnung, welche nachstehend ver
wendet wird, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können bei einem Sputtertarget in jeder
Phase des Gebrauchs, von einem ungesputterten, verbundenen bzw. verklebten
Targetrohling zu einem Target, das den vollständigen Gebrauch erreicht hat,
angewendet werden. Die Metalle oder Legierungen, die die Zusammensetzungs
bestandteile enthalten, d. h. das Sputtertarget und die Trägerplatte, können aus
jedem Metall oder jeder Legierung sein, wobei das Material für das Sputtertarget
ähnlich oder unähnlich zu dem Material der Trägerplatte sein kann. Das Verfahren
der vorliegenden Erfindung kann bei jeder Konfiguration einer Sputtertarget-/Sputt
erträgeranordnung für jedes Verbindungs- bzw. Klebeverfahren eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt nur die zu untersuchende Verbindungs
zwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche, während der Fehler der fälschlichen Unter
suchung der Festigkeit der Zusammensetzungsmaterialien beseitigt wird.
Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zum Bereitstellen einer Probe der
Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche einer Sputtertarget-/Sputterträ
gerplattenanordnung (oder anderer Metallzusammensetzungen) und zum Testen der
Probe, beispielsweise durch Zug- oder Ziehversuche, um die Festigkeit und Zuver
lässigkeit der Klebung zu bestimmen. Hierbei und in Übereinstimmung mit den
Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird eine Testprobe 10, wie sie in perspekti
vischer Ansicht in Fig. 1 gezeigt ist, aus einer Sputtertarget-/Sputterträgerplatten
anordnung herausgearbeitet. Die obere Metallkomponente 12 enthält einen Ab
schnitt aus dem Sputtertarget (nicht gezeigt), wogegen die untere Metallkom
ponente 14 einen Abschnitt aus der Trägerplatte (nicht gezeigt) aufweist. Die
beiden Komponenten 12, 14 sind an einer Verbindungszwischenfläche bzw.
Haftgrenzfläche 16 in einem verbundenen Bereich 18 der Versuchsprobe 10
miteinander verbunden und sind durch einen Schlitz 20 in einem nicht verbundenen
Bereich 22 der Versuchsprobe 10 voneinander getrennt. Der Schlitz erstreckt sich
über die gesamte Breite W der Probe, besitzt jedoch vorzugsweise eine Tiefe in der
Versuchsprobe dergestalt, daß der verbundene Bereich 18 der Versuchsprobe 10
länger als der nichtverbundene Bereich 22 ist. Die Dicke des Schlitzes entspricht
im wesentlichen der Dicke der Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche
oder ist größer als diese.
Die Dicke T der Versuchsprobe 10 und der der jeweiligen oberen sowie unteren
Komponente 12, 14 wird durch die Dicke der Sputtertarget-/Sputterträgerplatten
anordnung (nicht gezeigt) bestimmt, so daß keine Notwendigkeit für eine präzise
Bearbeitung besteht, um passende Abmessungen mit gleichen Komponentendicken
zu erreichen. Die Zuverlässigkeit des Testverfahrens der vorliegenden Erfindung
wird maximiert, wenn der verbundene Bereich 18 länger als der nicht verbundene
Bereich 22, beispielsweise mit einem Längenverhältnis von ca. 3 : 1 ist. Zur Erleich
terung der Probenvorbereitung und für die Kompatibilität mit den meisten Zugver
suchsgeräten wird die Versuchsprobe vorzugsweise auf eine Breite von ca. 1,27
cm bis 3,81 cm (0,5-1,5") und eine Länge von 7,62 cm bis 12,7 cm (3-5")
bearbeitet, wobei der verbundene Bereich 18 eine Länge von 6,35 cm bis 8,89 cm
(2,5-3,5") und der nicht verbundene Bereich 22 eine Länge von 1,27 cm bis 3,81
cm (0,5-1,5") aufweist.
Der nicht verbundene Bereich 22 der Versuchsprobe 10 besitzt ein Loch bzw. eine
Bohrung 24 in der oberen Komponente 12 sowie ein Loch bzw. eine Bohrung 26
in der unteren Komponente 14. Obwohl die Löcher in jeder Komponente, der
oberen und der unteren Komponente versetzt zueinander gebildet sein können, ist
es bevorzugt, daß die Löcher 24, 26 durch den Schlitz 20 ausgebildet sind. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die
Löcher bzw. Bohrungen 24, 26 mit einem Gewinde versehen, um eine Gewinde
stange, einen Gewindebolzen oder eine andere Befestigungseinrichtung aufzuneh
men. Die Bohrungen 24, 26 sind vorzugsweise im wesentlichen mittig in dem nicht
verbunden Bereich 22 (und ebenfalls mittig relativ zu dem Schlitz 20) ausgerichtet.
Im Wege eines Beispiels, das keine Beschränkung darstellt, kann eine Versuchs
probe der vorliegenden Erfindung die folgenden Abmessungen aufweisen: Breite
2,54 cm (1"), Länge 10,16 cm (4"), Schlitz 2,54 cm × 2,54 cm (1" × 1"),
3/8"-16 Gewinde durch die Bohrung von der Oberseite des Sputtertarget aus Titan zu
der Unterseite der Trägerplatte aus Aluminium, wobei sie 1,27 cm (0,5") von dem
Ende und der Seite der Probe beabstandet mittig angeordnet ist.
Der Schlitz 20, der die obere Komponente 12 (Sputtertarget) von der unteren
Komponente 14 (Trägerplatte) trennt, kann gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung vor oder nach den Bohrungen 24, 26 gebildet werden. Falls gewünscht,
kann eine einzelne Bohrung in ein Ende einer vollständig verbundenen Versuchs
probe eingebracht werden, wonach sich das Bilden eines Schlitzes, beispielsweise
durch Sägeschneiden, an dem die Bohrung enthaltenden Ende anschließt. Die
Bildung des Schlitzes 20 erzeugt den nicht verbundenen Bereich 22 durch Entfer
nen der Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche 16 an einem Ende der
Probe und dient dazu, die einzelne Bohrung in zwei Bohrungen 24, 26 aufzuteilen.
Alternativ kann der Schlitz zuerst erzeugt werden und die beiden Bohrungen 24,
26 gleichzeitig durch Bohren von der Oberseite zu der Unterseite, oder umgekehrt,
oder getrennt durch Bohren in die obere Fläche der oberen Komponente in Richtung
und vorzugsweise durch den Schlitz 20 sowie durch Bohren in die untere Fläche
von der unteren Komponente in Richtung und vorzugsweise durch den Schlitz 20
gebildet werden. Diese Ausführungsbeispiele ermöglichen, daß Sputtertargetmate
rial und das Trägerplattenmaterial in dem Bereich der Bohrung zu trennen, während
ein großer Bereich einer Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche in dem
benachbarten Abschnitt der Probe für den Versuch bestehen bleibt. Weiterhin
vereinfachen diese Verfahren das Vorbereiten von Zug- oder Ziehversuchsproben
gegenüber dem bekannten Verfahren einer komplexen Bearbeitung im hohen Maße.
Sobald die Versuchsprobe 10 der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist,
werden die Bohrungen erfaßt und die obere sowie die untere Komponente 12, 14
durch eine im wesentlichen stetige Kraft voneinander weggezogen. Hierbei und in
Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden Stangen,
Bolzen oder andere Befestigungselemente in den Bohrungen 24, 26 befestigt. Dies
wird im wesentlichen durch Versehen der Löcher mit einem Gewinde und durch
Einschrauben der Gewindestangen oder Gewindebolzen erreicht. Sobald die Stan
gen befestigt sind, wird die Versuchsprobe 10 in einem Versuchsgerät angeordnet,
wie einer Standardzug-Versuchseinheit oder jedem anderen Gerät, welches dazu
ausgebildet ist, die Kräfte zu simulieren, die durch ein Standardzug-Versuchsgerät
aufgebracht werden. Die Stangen werden durch das Gerät anschließend erfaßt und
die Sputtertargetkomponente wird in eine Richtung weg von der Trägerplattenkom
ponente gezogen und die Kraft, die zum Brechen der Verbindung notwendig ist,
gemessen. Die Trägerplattenkomponente kann stationär oder in ähnlicher Weise in
eine Richtung weg von der Sputtertargetkomponente gezogen werden. Durch
dieses Verfahren wird eine Belastung auf die Verbindungszwischenfläche bzw.
Haftgrenzffäche 16 an dem Punkt aufgebracht, wo die Verbindungszwischenfläche
bzw. Haftgrenzfläche 16 in dem verbundenen Bereich 18 auf den Schlitz 20 in
dem nicht verbundenen Bereich 22 trifft, wobei die Festigkeit der Verbindung
anstatt der Festigkeit der Materialien, die die Komponenten 12, 14 bilden, unter
sucht wird.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, können die Komponenten 12, 14 durch ein anderes
Verfahren als das Ausbilden von Löchern bzw. Bohrungen in jeder Komponente
und das Anbringen von Stangen oder Befestigungselementen in den Bohrungen
sowie dem Ziehen in entgegengesetzte Richtungen voneinander weggezogen wer
den. Die Komponenten 12, 14 könnten beispielsweise in dem nicht verbundenen
Bereich 22 festgeklemmt und die Komponenten 12, 14 voneinander weggezogen
werden. Im Wege eines weiteren Beispiels kann eine Gewindebohrung in der
oberen Komponente 12 und eine Gewindestange kontinuierlich durch den Schlitz
20 zu der unteren Komponente 14 eingeschraubt werden, bis die untere Kom
ponente 14 von der oberen Komponente 12 weggedrückt wird und die Verbindung
aufgelöst wird bzw. bricht. Bei jedem Beispiel wird infolge des Schlitzes 20 die
Belastung an der Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche 16 an dem
Punkt konzentriert, wo die Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche des
verbundenen Bereiches 18 auf den Schlitz 20 in dem nicht verbundenen Bereich
22 trifft, anstatt innerhalb der Materialien, die die Komponenten 12 beinhalten.
Die Fig. 2 bis 5 geben alternative Verfahren der vorliegenden Erfindung zum
Untersuchen der Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche 16 zwischen
den beiden Metallkomponenten 12, 14, einem Sputtertarget und einer Trägerplatte,
der Fig. 1 wieder. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren werden Gewindestangen
28, 30 in die Bohrungen 24, 26 eingeschraubt sowie die Stangen durch ein Zug
versuchsgerät (nicht gezeigt) erfaßt (nicht gezeigt) und im wesentlichen in ent
gegengesetzte Richtungen gezogen, wie es durch die Pfeile gekennzeichnet ist. In
dem in Fig. 2 wiedergegebenen Versuch bricht die Verbindungszwischenfläche
bzw. Haftgrenzfläche sauber, was eine sehr schwache Verbindung wiedergibt.
Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine
Gewindestange 30 in der Bohrung 26 in der unteren Komponente 14 angebracht
während ein Gewindebolzen 33 in der Bohrung 24 in der oberen Komponente 12
befestigt wird. Die beiden Komponente 12, 14 werden voneinander weggezogen,
was zu einer stufenweisen Trennung der Verbindungszwischenfläche bzw. Haft
grenzfläche 16 führt. Die Anwendung der stetigen Kraft auf die Gewindebohrun
gen, die die Belastung auf die Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche
übertragen, können die Gewinde in einer oder beiden Bohrungen 24, 26, insbeson
dere in der oberen Bohrung 24 ebenfalls abscheren. Daher wird, wenn der Schlitz
ausreichend oft geöffnet worden ist, eine Mutter 34 innerhalb des geöffneten
Schlitzes an dem Gewindebolzen 32 angebracht, um zu verhindern, daß der Bolzen
seinen Eingriff mit der Bohrung 24 verliert, wenn die Gewinde abgeschert werden.
In dem in Fig. 3 wiedergegebenen Versuch trennt sich die Verbindungszwischen
fläche bzw. Haftgrenzfläche stufenweise entlang der Länge der Probe, was eine
schwache bis mittlere Verbindungsfestigkeit wiedergibt.
Bei dem in den Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Verfahren der vorliegenden Erfin
dung wird eine Gewindestange 30 in die Bohrung 26 in der unteren Komponente
14 eingebracht, während ein Gewindebolzen 32 in der Bohrung 24 in der oberen
Komponente 12 befestigt wird, so daß der Kopf 36 des Bolzens 32 innerhalb des
Schlitzes liegt. Eine Beilagscheibe 38 kann ebenfalls verwendet werden, um die
Komponentmaterialien vor dem Bolzenkopf 36 zu schützen. Infolge der geringen
Dicke des Schlitzes 20 vor dem Versuch kann der Bolzen 32 in der Weise einge
führt werden, daß nach dem Ziehen zum Öffnen des Schlitzes durch Erfassen der
ersten Bohrung mit einem anderen Verfahren, beispielsweise mittels einer Gewin
destange, die in das Loch eingeschraubt ist, eingeführt werden kann. Dieses
Ausführungsbeispiel ist dort nützlich, wo die Gewinde abgeschert worden und
nicht länger vorhanden sind, um es der Gewindestange zu ermöglichen, in Eingriff
mit der Bohrung zu gelangen. Bei dem in Fig. 4 wiedergegebenen Versuch, zieht
sich die Verbindungszwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche stufenweise entlang der
Länge der Probe, was eine schwache bis mittlere Haftfestigkeit, ähnlich zu Fig. 3
kennzeichnet. In dem in Fig. 5 wiedergegebenen Versuch war die Verbindungs
zwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche so fest, daß sich die beiden Komponenten in
dem verbundenen Bereich nicht voneinander getrennt haben und das Material der
oberen Komponente verformt und in den nicht verbundenen Bereich gezogen
worden ist.
Im Einsatz kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um
die Verbundmaterialien vor oder nach einem teilweisen oder vollständigen Ge
brauch zu untersuchen, um die Zuverlässigkeit und die Festigkeit der Verbindungs
zwischenfläche bzw. Haftgrenzfläche zwischen den verbundenen Schichten zu
bestimmen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung stellt einen einfachen,
konsistenten Weg bereit, um Verbindungsgrenzflächen-Untersuchungsproben
vorzubereiten und zu untersuchen, wie die Proben von Sputtertarget-/Sputterträ
gerplattenanordnung, wobei die Ergebnisse zuverlässig und reproduzierbar sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung durch Beschreibung der Ausführungsbeispiele
erläutert worden ist und obwohl die Ausführungsbeispiele näher erläutert worden
sind, ist nicht beabsichtigt, den Umfang der beigefügten Ansprüche auf derartige
Details zu beschränken oder in irgendeiner Weise einzugrenzen. Weitere Vorteile
und Modifikationen sind für den Fachmann ersichtlich. Beispielsweise kann die
vorliegende Erfindung verwendet werden, um die Festigkeit der Verbindung zwi
schen beliebigen zwei Schichten von metallischen Zusammensetzungen zu unter
suchen, obwohl verbundene Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanordnungen
insbesondere angegeben worden sind. Obwohl spezifische Verfahren zum Bilden
des Schlitzes und der Löcher bzw. Bohrungen der Versuchsprobe sowie zum
Ergreifen der Löcher beschrieben worden sind, ist zu bemerken, daß andere Techni
ken und Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, in ähnlicher Weise in Überein
stimmung mit den Prinzipien der vorliegende Erfindung eingesetzt werden können,
um eine zuverlässige Untersuchung der Verbindungszwischenfläche bzw. Haft
grenzfläche zu erzielen. Die Erfindung in ihrem breitesten Aspekt ist daher nicht auf
spezifische Details, repräsentative Geräte und Verfahren sowie illustrative Beispiele
begrenzt, die gezeigt und beschrieben worden sind. Demzufolge kann von der
artigen Details abgewichen werden, ohne daß sich von dem Umfang oder Geist
des allgemeinen erfinderischen Konzepts des Anmelders entfernt wird.
Claims (28)
1. Verfahren zum Testen der Festigkeit der Verbindung zwischen den Schich
ten eines Verbundwerkstoffes, der einen ersten Metallbestandteil sowie
einen zweiten Metallbestandteil enthält, wobei eine Oberfläche des ersten
Metallbestandteiles an eine Oberfläche des zweiten Metallbestandteiles
angeklebt ist, um eine Verbindungszwischenfläche zu bilden, und wobei das
Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Entfernen eines Materialvolumens, welches die Verbindungszwischenfläche enthält, von einem Ende des Verbundwerkstoffes, um einen Schlitz zu bilden, der den ersten Metallbestandteil von dem zweiten Metallbestandteil trennt, so daß ein nicht verbundener Abschnitt an diesem Ende gebildet wird,
Erfassen des ersten Metallbestandteils in dem nicht verbundenen Abschnitt, Erfassen des zweiten Metallbestandteils in dem nicht verbundenen Ab schnitt,
Aufbringen einer Kraft auf den ersten und den zweiten erfassten Metall bestandteil, welche den ersten Metallbestandteil in eine Richtung weg von dem zweiten Metallbestandteil zieht, bis die Verbindung versagt, und Mes sen der Kraft bis zum Versagen.
Entfernen eines Materialvolumens, welches die Verbindungszwischenfläche enthält, von einem Ende des Verbundwerkstoffes, um einen Schlitz zu bilden, der den ersten Metallbestandteil von dem zweiten Metallbestandteil trennt, so daß ein nicht verbundener Abschnitt an diesem Ende gebildet wird,
Erfassen des ersten Metallbestandteils in dem nicht verbundenen Abschnitt, Erfassen des zweiten Metallbestandteils in dem nicht verbundenen Ab schnitt,
Aufbringen einer Kraft auf den ersten und den zweiten erfassten Metall bestandteil, welche den ersten Metallbestandteil in eine Richtung weg von dem zweiten Metallbestandteil zieht, bis die Verbindung versagt, und Mes sen der Kraft bis zum Versagen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
weiterhin enthaltend den Schritt des Bildens eines ersten Loches in dem
ersten Metallbestandteil in dem nicht verbundenen Abschnitt sowie eines
zweiten Loches in dem zweiten Metallbestandteil in dem nicht verbundenen
Abschnitt, wobei die Schritte des Erfassens des ersten und des zweiten
Metallbestandteiles den Schritt des Ineingriffbringens jedes Loches, des
ersten und des zweiten Loches, mit einem Befestigungselement enthalten
und wobei der Schritt des Aufbringens einer Kraft den Schritt des Auf
bringens einer Kraft auf die Befestigungselemente enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die Schritte des Erfassens des ersten und des zweiten Metallbe
standteiles das Klemmen jedes der Bestandteile in dem nicht verbundenen
Abschnitt enthält.
4. Verfahren zum Untersuchen der Festigkeit der Verbindung zwischen den
Schichten eines Verbundwerkstoffes, welcher einen ersten Metallbestand
teil sowie einen zweiten Metallbestandteil enthält, der einen verbundenen
Abschnitt, wo ein Oberfläche des ersten Metallbestandteiles mit einer
Oberfläche des zweiten Metallbestandteiles verbunden ist, und einen nicht
verbundenen Abschnitt aufweist, wo die Oberfläche des ersten Metall
bestandteiles durch einen Schlitz von der Oberfläche des zweiten Metall
bestandteiles getrennt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
enthält:
Bilden eines ersten Loches zumindest durch einen Abschnitt des ersten Metallbestandteiles sowie dem nicht verbundenen Abschnitt und Erzeugen eines zweiten Loches zumindest durch einen Abschnitt des zweiten Metall bestandteiles in dem nicht verbundenen Abschnitt,
Erfassen des ersten Loches,
Erfassen des zweiten Loches, und
Aufbringen einer Kraft auf die erfassten Löcher, das erste Loch und das zweite Loch, die den ersten Metallbestandteil eine Richtung weg von dem zweiten Metallbestandteil bis zum Versagen der Verbindung zieht und Messen der Kraft bis zum Versagen.
Bilden eines ersten Loches zumindest durch einen Abschnitt des ersten Metallbestandteiles sowie dem nicht verbundenen Abschnitt und Erzeugen eines zweiten Loches zumindest durch einen Abschnitt des zweiten Metall bestandteiles in dem nicht verbundenen Abschnitt,
Erfassen des ersten Loches,
Erfassen des zweiten Loches, und
Aufbringen einer Kraft auf die erfassten Löcher, das erste Loch und das zweite Loch, die den ersten Metallbestandteil eine Richtung weg von dem zweiten Metallbestandteil bis zum Versagen der Verbindung zieht und Messen der Kraft bis zum Versagen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
weiterhin enthaltend den Schritt des Einbringens eines Gewindes in das
erste Loch und Einschrauben einer Gewindestange in das erste Loch, um
dieses dadurch zu erfassen, wobei der Schritt des Aufbringens einer Kraft
den Schritt des Aufbringens einer Kraft auf die Gewindestange in einer
Richtung weg von dem zweiten Loch enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
weiterhin enthaltend das Wiedererfassen des ersten Loches durch Sichern
der Stange innerhalb des Schlitzes, nachdem das Gewinde im ersten Loch
durch Aufbringen der Kraft abgeschert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4,
weiterhin enthaltend das Einbringen eines Gewindes in das zweite Loch und
Einschrauben einer Gewindestange in das zweite Loch, um dieses dadurch
zu erfassen, wobei der Schritt des Aufbringens einer Kraft den Schritt des
Aufbringens einer Kraft auf die Gewindestange in einer Richtung weg von
dem ersten Loch enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem die nicht verbundenen Abschnitte des ersten und des zweiten
Bestandteils durch Eingriff des ersten und des zweiten Bolzens in das erste
und zweite Loch erfaßt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 4,
weiterhin enthaltend das Bilden des nicht verbundenen Abschnitts durch
Entfernen eines Volumens des Materials aus dem Verbundwerkstoff, wel
cher eine Verbindungszwischenfläche zwischen dem ersten und dem zwei
ten Metallbestandteilen enthält, um einen Schlitz dazwischen auszubilden,
so daß der nicht verbundene Abschnitt erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem das erste und das zweite Loch durch Bilden eines einzelnen Loches
durch den ersten und den zweiten Metallbestandteil und anschließendes
Bilden des nicht verbundenen Abschnitts durch Entfernen eines Volumens
des Materials aus dem Verbundwerkstoff erzeugt werden, welches eine
Verbindungszwischenfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Metall
bestandteil enthält, um einen Schlitz dazwischen auszubilden, wodurch der
nicht verbundene Abschnitt erzeugt wird, so daß das einzelne Loch in das
erste und das zweite Loch getrennt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem der verbundene Abschnitt eine Länge größer als die Länge des
nicht verbundenen Abschnitts aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
bei dem das Verhältnis der Länge des verbundenen Abschnitts zu der Länge
des nicht verbundenen Abschnitts ca. 3 : 1 beträgt.
13. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem der Verbundwerkstoff eine Breite von ca. 1,27 cm bis 2,81 cm,
der Verbindungsabschnitt eine Länge von ca. 6,35 cm bis 8,89 cm und der
nicht verbundene Abschnitt eine Länge von ca. 1,27 cm bis 3,81 cm auf
weist.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
bei dem das erste und das zweite Loch im wesentlichen mittig in dem nicht
verbundenen Abschnitt ausgerichtet sind.
15. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem der Verbundwerkstoff zumindest einen Abschnitt einer Sputtertar
get-/Sputterträgerplattenanordnung ist und bei dem der erste Metallbe
standteil zumindest einen Abschnitt eines Sputtertargets und der zweite
Metallbestandteil zumindest einen Abschnitt der Trägerplatte enthält.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
bei dem die Dicke des Verbundwerkstoffes gleich der Dicke des Sputtertar
get-/Sputterträgerplattenanordnung ist.
17. Verfahren zum Untersuchen der Festigkeit der Verbindung zwischen einer
Sputtertarget und einer Trägerplatte, welches die folgenden Schritte ent
hält:
Bereitstellen einer Verbindungszwischenfläche-Untersuchungsprobe durch Bearbeiten einer Probe aus einer Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanord nung, Einbringen eines Loches in ein erstes Ende der Probe durch die Dicke der Probe und Entfernen eines Abschnittes der Verbindungszwischenfläche über die Breite der Probe an dem ersten Ende, um einen Schlitz zum Tren nen des Sputtertargets von der Trägerplatte und dadurch zum Aufteilen des Loches in ein oberes Loch und ein unteres Loch zu erzeugen, Anbringen einer ersten Stange in dem oberen Loch und einer zweiten Stange in dem unteren Loch, und
Ergreifen der ersten und der zweiten Stange und Aufbringen einer Kraft, die das Sputtertarget und die Trägerplatte bis zum Versagen der Verbindung voneinander wegzieht und Messen der Kraft bis zum Versagen.
Bereitstellen einer Verbindungszwischenfläche-Untersuchungsprobe durch Bearbeiten einer Probe aus einer Sputtertarget-/Sputterträgerplattenanord nung, Einbringen eines Loches in ein erstes Ende der Probe durch die Dicke der Probe und Entfernen eines Abschnittes der Verbindungszwischenfläche über die Breite der Probe an dem ersten Ende, um einen Schlitz zum Tren nen des Sputtertargets von der Trägerplatte und dadurch zum Aufteilen des Loches in ein oberes Loch und ein unteres Loch zu erzeugen, Anbringen einer ersten Stange in dem oberen Loch und einer zweiten Stange in dem unteren Loch, und
Ergreifen der ersten und der zweiten Stange und Aufbringen einer Kraft, die das Sputtertarget und die Trägerplatte bis zum Versagen der Verbindung voneinander wegzieht und Messen der Kraft bis zum Versagen.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
bei dem die Länge der Probe ca. 7,62 cm bis 12,70 cm und die Breite ca.
1,27 cm bis 3,81 cm beträgt.
19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schlitz mit einer Länge von ca.
1,27 cm bis 3,81 cm ausgebildet ist.
20. Verfahren nach Anspruch 17,
bei dem das obere und das untere Loch im wesentlichen mittig relativ zu
dem Schlitz ausgerichtet sind.
21. Verfahren nach Anspruch 17,
weiterhin enthaltend das Einbringen eines Gewindes in das Loch, wobei die
erste und die zweite Stange mit einem Gewinde versehen sind und durch
Einschrauben in das obere und das unter Loch angebracht werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21,
weiterhin enthaltend das Sichern der ersten Stange innerhalb des Schlitzes,
nachdem das Gewinde in dem oberen Loch abgeschert ist.
23. Verfahren nach Anspruch 17,
bei dem der Abschnitt der Verbindungszwischenfläche durch Sägen entfernt
wird.
24. Verfahren zum Untersuchen der Festigkeit der Verbindung zwischen den
Schichten eines Verbundwerkstoffes, dereinen ersten Metallbestandteil und
einen zweiten Metallbestandteil enthält und der einen verbundenen Ab
schnitt, wo eine Oberfläche des ersten Metallbestandteiles mit einer Ober
fläche des zweiten Bestandteiles verbunden ist, und einen nicht verbunde
nen Abschnitt aufweist, wo die Oberfläche des ersten Metallbestandteiles
durch einen Schlitz von der Oberfläche des zweiten Metallbestandteiles
getrennt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Bilden eines ersten Loches durch den ersten Metallbestandteil in dem nicht verbundenen Abschnitt,
Aufbringen einer Kraft durch das erste Loch, welches den zweiten Metall bestandteil in eine Richtung weg von dem ersten Metallbestandteil bis zum Versagen der Verbindung drückt und Messen der Kraft bis zum Versagen.
Bilden eines ersten Loches durch den ersten Metallbestandteil in dem nicht verbundenen Abschnitt,
Aufbringen einer Kraft durch das erste Loch, welches den zweiten Metall bestandteil in eine Richtung weg von dem ersten Metallbestandteil bis zum Versagen der Verbindung drückt und Messen der Kraft bis zum Versagen.
25. Verbindungszwischenflächen-Untersuchungsprobe zum Testen der Festig
keit der Verbindung zwischen einem Sputtertarget und einer Trägerplatte,
enthaltend:
einen Sputtertargetbestandteil und einen Trägerplattenbestandteil,
einen verbundenen Bereich, wo eine Oberfläche des Sputtertargetbestand teiles mit einer Oberfläche des Trägerplattenbestandteiles verbunden ist, um eine Verbindungszwischenfläche zu bilden,
einen nicht verbundenen Bereich, wo die Oberfläche des Sputtertargetbe standteiles durch einen Schlitz von der Oberfläche des Trägerplattenbe standteiles getrennt ist,
ein erstes Loch in dem nicht verbundenen Bereich, welches sich durch den Sputtertargetbestandteil erstreckt, und
ein zweites Loch in dem nicht verbundenen Bereich, welches sich durch den Trägerplattenbestandteil erstreckt,
wobei das erste und das zweite Loch zur Aufnahme einer Gewindestange vorgesehen sind, die bei Aufbringen einer Kraft in entgegengesetzte Rich tungen in der Lage ist, den Sputtertargetbestandteil und den Trägerplatten bestandteil in entgegengesetzte Richtungen zu ziehen, um den Sputter targetbestandteil und den Trägerplattenbestandteil voneinander an der verbundenen Grenzfläche zu trennen.
einen Sputtertargetbestandteil und einen Trägerplattenbestandteil,
einen verbundenen Bereich, wo eine Oberfläche des Sputtertargetbestand teiles mit einer Oberfläche des Trägerplattenbestandteiles verbunden ist, um eine Verbindungszwischenfläche zu bilden,
einen nicht verbundenen Bereich, wo die Oberfläche des Sputtertargetbe standteiles durch einen Schlitz von der Oberfläche des Trägerplattenbe standteiles getrennt ist,
ein erstes Loch in dem nicht verbundenen Bereich, welches sich durch den Sputtertargetbestandteil erstreckt, und
ein zweites Loch in dem nicht verbundenen Bereich, welches sich durch den Trägerplattenbestandteil erstreckt,
wobei das erste und das zweite Loch zur Aufnahme einer Gewindestange vorgesehen sind, die bei Aufbringen einer Kraft in entgegengesetzte Rich tungen in der Lage ist, den Sputtertargetbestandteil und den Trägerplatten bestandteil in entgegengesetzte Richtungen zu ziehen, um den Sputter targetbestandteil und den Trägerplattenbestandteil voneinander an der verbundenen Grenzfläche zu trennen.
26. Probe nach Anspruch 25,
bei der die Länge des verbundenen Bereiches ca. 6,35 cm bis 8,89 cm, die
Länge des nicht verbundenen Bereiches ca. 1,27 cm bis 3,81 cm, die Breite
der Probe ca. 1,27 cm bis 3,81 cm beträgt und das erste sowie das zweite
Loch im wesentlichen mittig in dem nicht verbundenen Bereich angeordnet
sind.
27. Probe nach Anspruch. 25,
bei der die Länge des verbundenen Bereiches ca. 7,62 cm, die Länge des
nicht verbundenen Bereiches ca. 2,54 cm und die Breite der Probe ca. 2,54 cm
beträgt, wobei das erste und das zweite Loch im wesentlichen mittig in
dem nicht verbundenen Bereich angeordnet sind.
28. Probe nach Anspruch 25,
bei der das erste und das zweite Loch zur Aufnahme von Gewindestangen
mit einem Gewinde versehen sind.
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