CN102171546A - 测量物理参数的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量诸如在扁平、碟状且易碎物件的常规处理过程期间作用于其上的机械力的物理参数的方法和装置。该方法和装置特别用于太阳能电池或太阳能晶圆的制造。根据本发明的方法提供待施加于测试体(1)的处理，测试体(1)具有与所述物件基本相同的几何性质和/或机械性质，并包括至少一个传感器(2)，所述至少一个传感器用于测量在所述测试体的处理过程期间作用于所述测试体(1)的物理参数。优选地，传感器(2)设置在弹性夹层(9)上以放大测量的信号。

Description

测量物理参数的方法和装置

本发明涉及测量物理参数的方法和装置，具体涉及测量产生于通常的处理步骤(诸如太阳能电池的制造)期间的机械力或负荷的方法和装置。

在扁平、碟状且易碎的物件(下文称“基板”或“物件”)的处理过程(例如太阳能电池的生产和用于太阳能电池的硅片的初步生产)中，减少破裂是改善生产率必不可少的要素。这已经应用于300μm标准厚度的硅片并且还用于单晶硅。就太阳能电池制造来说，由于越来越多地使用更薄基板(例如150μm或更薄)成为一种趋势，故这一问题变得更加重要。当前越来越多地使用的材料，诸如聚乙烯或多晶硅，比单晶硅更容易破裂。因此，对于破裂，这种工艺或处理具有新的需求。

破裂也可能产生于调节操作之外，例如在新安装或改进的系统的试运行期间，或作为由必要的设备清洁和残渣移除导致的机械可用性降低的结果。在生产线过程中，破裂可以导致制造材料的4％至8％的直接损失。

由于例如不仅是太阳能电池还有其他半导体产品的工业批量生产需要高效率，故现代生产线采用用于连续处理的被称为线上系统的生产设施。具体地，应通过借助于特别平稳且振动少的操作辊传输系统将扁平基板(晶圆)从一个处理站传输至另一个处理站，避免危险的转移和排序工艺(即从一个载体转移至另一个)。然而，这种辊传输系统依然承担着破裂的风险。这还应用于仅向单个盘施加边缘力并采用机构来使系统轨道内的盘自动居中的系统。为了减少易碎基板破裂的风险，已经发明了专用的传输传输系统，诸如PCT/EP 03/03738或WO 03/086914中所公开的。

除了不完善的传输传输系统，系统中还产生对齐误差进而导致可能的破裂原因。区分到底是基板材料的上游损害导致了高破裂率还是系统的对齐误差导致了高破裂率常常是困难的。

虽然对例如集成转换电路的制造工艺进行监测的方法和装置在现有技术中是已知的，但这种技术仅涉及测量和估计直接涉及被制造产品的定性性质的具体工艺的参数的可能性。例如，US 2004/0098216 A1公开了一种测量工艺参数的传感器单元，这些工艺参数使得能够对因上游工艺步骤(诸如例如通过使用CVD(化学气相沉积))使层沉积而导致的碟状基板的改变进行定性估计。因此用于该目的的传感器测量并分析沉积层的厚度，并因此能够确定产品是否符合规范。虽然公开了机械传感器(例如压电电阻器和压电传感器)，但它们同样仅用于确保符合设定的规范(诸如符合施加至CMP处理的范围内的碟状物件以获得最佳的抛光结果所需的压力)。

目前最先进的系统(如果有的话)仅提供有限的能力来具体地测量在处理期间作用于基底在上的机械参数，诸如压力、冲击强度、加速度或弯曲力矩。具体地，不存在解决方案来测量在传感器被安装的位置(即，在设计阶段被限定的某些特定位置)之外的参数。因此，即使制造或操纵系统中集成了测量技术，也仅能探测到离散的而非连续的测量值。由于通常很难预测临界负荷的位置，因此需要大量传感器，或必须常常重新设置传感器。如果系统停机或出现相应的生产停工并导致更多的生产率损失，则结果是损耗了时间和/或成本，并且成为更严重的问题。

现有调试系统的方式基本利用允许直接动作的具有较大数据基础(归因于较多的传感器)的反复试验法。然而，执行调整的用户的经验也是重要因素。因此在这种情况下，至少暂时必须考虑较长的停机时间和/或所处理材料的破裂率。

最终，由于在处理过程中连续超负荷，可能确实会出现破裂。在首次出现增加负荷的位置进行调整可降低风险，但是未考虑到通过指示其他位置而进一步降低风险的可能性。如果多个负荷(例如压力和弯矩)并行发生，则会使上述问题更加严重。在这种情况下，几乎不可能对这种“外来”负荷进行指示，从而在常规的条件下，只是由于这些负荷是未知的，故没有为这些系统计划相应的调整。

另一方面，如果作用于基底的负荷是已知的，则可将线上单元设计得更加高效，因此消除了用于保护基底(例如，尤其是低传输速度或加速度，以及大规模的操作装置)的昂贵且不必要的措施的需求。

除了上述的高负荷之外，材料缺陷也可引起基底的破裂，因此，将通过相应的检查方法来检测或弥补这些缺陷。因为这些材料的检验措施通常非常耗时，并会导致系统停工，这也消耗了额外的时间，并造成成本劣势。

对于改进生产率，在制造工艺中有效地降低或防止破裂具有非常高的价值。破裂主要是归因于晶圆的机械处理。即使在精细调整过的系统中，机械传输或从一个站至另一个站的转移也是导致破裂的重要因素。

因此，本发明的一个方面以简单、经济且快速的方式测量在常规处理期间作用于扁平物件的物理参数，例如机械力和负荷。因此能够可靠地检测导致破裂率增加的原因并进行矫正。对期望参数的测量应在不导致有关系统停工的情况下进行。一方面由于成本的原因，仅需要少量的传感器。另一方面应从基底处理位置检测尽可能多的数据。另外，该方法应在不考虑特定用户的经验的情况下使用。

通过提供权利要求1的方法以及权利要求4的装置解决了上述问题。在从属权利要求以及后续的具体实施方式和附图中描述了优选的实施方式。

本发明涉及一种对在扁平、碟状且易碎物件的处理期间作用于所述物件的物理参数(例如机械力和负荷)进行测量的方法。这种物件例如是用作基底以供进一步处理的硅晶圆、玻璃碟或陶瓷碟。

术语“常规处理”是指应用于扁平、碟状且易碎的物件的现有技术。每次限定时，“处理”在“系统”中执行。处理可以是步进式的，即物件被传送到系统并在该系统中被处理，如果需要则随后从该系统传送到另一个系统。理论上，物件在处理期间不移动。然而，优选地，为了使处理更有效，还可以连续的形式进行，即物件被连续地传送。这种“线上单元(in-line-unit)”具有避免重复装载工艺的优点，因此可减小损坏物件的风险并节约时间。

根据本发明的方法指出，该处理应用于具有物件的基本几何和/或机械特性的测试体。术语“测试体”因此限定了这样一种物体，其在适于处理扁平物件的系统中以与处理扁平物件本身基本相同的方式被处理。然而，优选地，测试体具有这种低破裂风险，即使在非常规(极限)负荷下，测试体也不会损坏。由于相似的处理特性，测试体在处理期间承受的机械力和负荷与施加于扁平物件的机械力和负荷相似。该性能还涉及测试体施加给系统的反作用力。也就是说，在该系统中，测试体在其“处理”期间的性能基本与扁平且易碎的物件的性能相当，其中该系统专为这些扁平且易碎的物件的处理而设计。

本文描述的测试体的任何“处理”仅指测试体进入系统并在其中经受典型负荷(尤其为机械负荷)，然后以扁平物件通常被处理的方式从系统中移出。应该注意到，“处理”的目的并不是要改变测试体的特征或特性。当某些处理步骤对待测参数影响不大时可以将其省略，例如升起或烘干，优选地可以省略这些步骤以及相应的媒介、温度的增加等。一方面这将防止任何不必要的材料浪费，而另一方面，显然应该避免使测试体可能受到损坏的特定处理步骤，例如回火处理。

根据本发明的测试体包括至少一个传感器，用于测量在处理期间作用于测试体的至少一个物理参数，尤其是作用于测试体的力。应指出，该至少一个传感器还可测量多个不同的物理参数，例如力和力矩。就传感器而言，这可以同时“通过设计”并“通过定义”来实现。术语“通过定义”是指传感器的基本设计通常允许测量多个参数。术语“通过规定”是指传感器实际包括结合为一个单元的多个传感元件，例如通过将这些元件设置在一个共用的壳体中。如果壳体为结构单元，则这种壳体也应被认为是“传感器”。

优选地，待由该至少一个传感器测量的物理参数为机械参数，选自于拉力、压力、剪力、压强、弯矩、扭矩、加速力及其组合。通过定义，旋转力被认为是加速力(“角加速度”)。特别优选地，至少一个传感器可测量上述的多个参数，其中，最优选地这些参数是力和弯矩。

可选地或附加地，可由该至少一个传感器测量的参数还可是温度值、电学值或磁场力，或任何其他物理参数。

根据优选的实施方式，该至少一个传感器优选地选自力传感器、压力传感器、力矩传感器和加速度传感器。通过定义，认为加速度传感器中包括能够测量角加速力的离心力传感器。

为了确保测试体与扁平物件的操作性质在“处理”期间，并因此在穿过关于对作用力的敏感的系统期间相一致，测试体基本具有该物件的几何和/或机械性质。优选地，测试体的几何性质涉及厚度、宽度、长度和/或轮廓，而测试体的机械性质涉及弹性、弯曲刚度、扭转刚度和/或质量(mass)。更多特性可以例如包括体积模量或剪切模量。这样，当穿过该系统时，测试体的性能与所处理物件的性能基本相同。这是优选的，因为与待处理的实际物件相关的作用力和/或形变能够尽可能实际地测量。然而，在大多数情况下，测试体的过负荷不会导致破裂或破坏。因此，测试体应具有高的抗破裂能力，从而能够重复使用。根据本发明，相比于待处理物件，并不排除测试体具有相同或更弱的抗破裂能力。因此，可选地，还可以将测试体设计为一次性的。

优选地，可以执行根据本发明的方法以首先获得所谓的标准(基准)值。这些标准值用于随后与通过根据本发明的测试体测得的参数进行对比。通过使测试体至少一次或(优选地)重复通过系统，由此测得相应的参数，进而获得这些标准值。如果存在多个有效的数据记录，则可对系统中的每一个位置计算各参数的统计数据(例如平均值和标准偏差)。如果在系统中，这些扁平物件随后在它们的处理期间损坏，可利用测试体再次测量该系统。通过将新测量的数据与标准值(在这种情况下为设定值)进行比较，可以确定在处理链中哪个位置的哪个参数偏离了相应的标准值。这样能够在这个具体位置再次对系统进行调节，以避免连续处理期间出现更多的损坏。

根据本发明的方法还有利地用于当在对系统进行粗略调节之后利用根据本发明的测试体测量参数(诸如尤其是力)时，精确地试运行新安装或改进的系统。然后将这些参数分别与典型值或标准值进行对比，典型值或标准值例如可以是从待处理扁平物件的机械(和/或热、磁等)负荷的知识中获取的，或者是以被存储数据的形式检索。这些代表值或标准值可基于经验和/或计算。这些值还可从已经穿过其他系统的测试体所获得的测量结果中获取。当测试的参数超过典型(被允许)值时，可以进行重新调整。这个程序确保系统非常有效地运行，从而节约时间和成本。

另外，该方法提供特别安全且快速可能性来确定待处理物件在它们的处理期间突发损坏的原因。下面是该方法的实施例。

首先，利用根据本发明的测试体记录期望的物理参数，优选地为机械负荷，例如力、矩(moment)和加速度。随后，将被记录参数与标准值对比，标准值是早期测得或计算出的，或者是基于经验值的。优选地，标准值基于在系统中在早期借助于测试体记录的多个测量结果，并且在合适的时候，已经被统计地估计。然后判定所确定的偏差是否可被认为是所观测的损坏的原因。如果判定结果是肯定的，则可在相应位置重新调整系统。如果判定结果是否定的，则很可能是物件的材料缺陷导致的损坏。因此，应该对物件材料进行彻底检查，而不需要对系统进行不必要的重新调试。

根据本发明的方法的第一实施方式，由至少一个传感器所测量的参数可存储在测试体中，并在完成测试过程之后被读出。另一个实施方式提供被记录参数的传送，例如从设置在测试体中或配置给测试体的发射器到接收和/或估计单元，从而能够几乎实时地分析被记录的参数。这样的程序在系统包括相当长的行进距离和/或测试体的传输速度相当低时特别有用。这意味着，测试体必须仅部分地穿过系统，即直到第一错误发生，因为能够在该阶段终止参数的测量以便能够在错误位置对系统进行重新调整。

最优选地，根据本发明的方法用于制造或生产太阳能电池或太阳能晶圆。无论在处理中是否使用单晶硅或多晶硅，或者是否使用具有例如玻璃基底的薄层太阳能电池都无关紧要。

另外，根据本发明的方法可有利地用于开发传输系统或处理系统，因为测试体能够确定待处理扁平物件的传输或处理方案的机械效果的比较。

本发明还涉及用于测量物理参数(诸如在扁平、碟状且易碎物件的常规处理过程中作用于其上的非具体的机械力和负荷)的装置。对于术语“参数”、“常规处理”以及“扁平、碟状以及易碎的物件”的解释参照以上的描述。术语“系统”和“基底”同上。

根据本发明，该装置包括测试体，测试体基本上具有物件的几何和/或机械性质。根据第一实施方式，测试体被设计为至少一个传感器，用于测量在测试体的处理过程期间作用于其上的至少一个物理参数(例如特别是机械负荷)。在该实施方式中，测试体和传感器基本相同，其中本发明还考虑到，多个传感器可集合在一起形成测试体。

根据另一实施方式，测试体包括至少一个传感器。根据该优选实施方式的该至少一个传感器设置在基体上或基体中，基体为测试体的一个部件。在基体上的结构因此构成附加设计，而在基体中的结构相当于完全或部分集成或者类似三明治的结构。

因为本发明提供的该至少一个传感器优选地仅对测试体的几何和/或机械特性具有较小影响，所以根据本发明的基体确定测试体的几何和/或机械性质。基体可以被设计为实心体或空心体。优选地，基体包括嵌入式部件，诸如以化学耐腐蚀方式嵌入的电子设备，从而即使出现腐蚀介质也能够对测量数据进行测量。为此，基体可在至少一侧或者优选地在所有侧面设置有保护层。可选地，如果各应用范围允许，可以不保护电子设备。优选地，基体由金属或金属性材料制成；但是也可以使用其他材料。

可选地，基体因此还可由合成材料、印刷电路板材料或环氧树脂类材料制成。

优选地，基体可弯曲到一定程度，因而整个测试体也能够弯曲到一定程度。

优选地，待测的物理参数为机械参数并选自拉力、压力、剪力、压强、弯曲力矩、扭矩、加速力以及上述的结合，其中加速力还包括旋转加速力。

优选地，根据本发明提供的该至少一个传感器选自力传感器、压强传感器、力矩传感器以及加速度传感器。加速度传感器还包括能够测量角加速力的传感器。可以使用与机械负荷有关的任何现有公知技术的传感器，特别优选地使用基于压电塑料膜的传感器。可选地，可以使用压电陶瓷或涂有压电陶瓷的压电膜。

可选地或附加地，该至少一个传感器适于测量温度、电场、磁场或其他物理参数。

根据优选的实施方式，测试体的几何特性涉及其厚度、宽度、长度，和/或轮廓。根据另一实施方式，测试体的机械性质涉及其弹性、弯曲刚度、扭转刚度，和/或质量。与这些性质相关的描述参照对根据本发明的方法的描述。

根据另一优选实施方式，本发明的装置还包括存储单元和/或发射单元，存储单元用于存储至少一个所测得的物理参数，发射单元用于所测得的物理参数的无线传送。优选地，存储单元安装在基体的腔中，或者以其他方式配置在基体中。可选地或附加地，由该至少一个传感器记录的全部或部分数据可以被无线地传送至接收器。关于数据的存储和/或发送的进一步解释，可参照上述根据本发明的方法的描述。

为了分析被记录的数据(具体是测量到的力)，根据本发明的装置还可以包括估计单元，用于对测量到的至少一个物理参数(具体是机械力)进行进一步的处理。优选地，该估计单元设置在测试体的本体外部，并仅配置给测试体和/或配置给根据本发明的装置。优选地，设置有显示单元(诸如监视器)，该显示单元允许显示所记录的数据。

优选地，本发明的装置还包括输出单元，输出单元用于输出监测状态的光信号、声信号和/或电信号。这些信号可以例如是超出特定阈值或标准值时发出的告警信号，以使用户能即时获得特定信息，而不需要附加的、可能设置或配置在外部的显示装置。这些信号可以是声信号、光信号和/或电信号，其中电信号主要适于通过设置在系统处的或被系统包括的相应接收器进行测量。通过这种方法，可以将系统例如设计为：如果接收到相应的信号，则该系统可以从制造模式自动切换至适于测试操作的记录模式。因此能够轻松地对在运行操作期间进入系统的测试体进行分类。

最后，优选地，本发明的装置包括能量供给单元。能量供给单元可专门地设置在测试体处或设置在测试体中(例如电池、电容器)，或者能量供给单元可包括附加的外部部件(例如依靠线圈的电感式能量转移器)。特别优选地，能量供给单元是可充电或可更换的。

优选地，测试体具有矩形形状。根据特别优选的实施方式，测试体被设计为正方形。

为了测量该至少一个物理参数，现有技术提供大量不同的传感器类型。一个可能的选择标准是传感器将物理参数转换为测量信号所采用的转换类型。根据优选的实施方式，该至少一个传感器被设计为：该传感器承受由作用于测试体的该至少一个参数引起的传感器的形状变化，并且该变化用于测量该至少一个物理参数。

根据简化的实施方式，传感器包括或者被设计为可塑性变形层。该层以永久形变的方式反映作用于其上的机械负荷，其中形变的程度近似地对应于机械负荷的大小。最优选的是能够在测量之后(例如，在暂时的温度升高之后)恢复其初始状态的材料。

具体地，这样的传感器的类型是优选的：当形变时生成电信号和/或能够改变它们的电性质。根据特别优选的实施方式，电信号由传感器主动生成。可选地，参数可由传感器被动地测量。一个示例为仅能通过连接外部施加的电压和/或电流供给来进行测量的电性质引发的形变的改变。最后，所有这些基本以二维平面形状为特征的传感器类型是优选的。

特别优选地还有测量信号和/或与传感器的形变近似成比例的电性质的变化的传感器类型。

根据优选的实施方式，该至少一个传感器包括或被设计为至少一个压电塑料膜。这种膜包括例如聚偏二氟乙烯(PVDF)，或包括至少一层这种材料，这种材料具有通过电荷运动来对机械形变作出反应的性质。

从DE-OS 31 26 340 A1中可知，由PVDF制成的膜用于制造用作按钮的机电转换器。其中描述的转换器包括扁平压电基体，该扁平压电基体能够在其扁平表面上自由地运动。弹性体安装至至少一个扁平表面。弹性体面对基体的面具有间隙，从而使弹性体能够在基体增强信号的扁平表面方向上生成分力。专家知晓在这种构造中，信号将在作用压力负荷时通过非固定的基体在其扁平表面上的扩展而生成。此外，还指出，负荷不会直接和即刻地施加于压电膜，而是通过弹性体间接地施加于压电膜。在基体扁平表面的方向上通过弹性体作用的该间接力会导致分力增加，并使基体在其扁平表面的方向上膨胀。然而，不发生显著的弯曲，从而使负荷基本上被转化为基体的扩展力。

可选地或附加地，该至少一个传感器包括至少一个应变计(DMS)或该传感器本身被设计为应变计。其他相似的传感器类型例如被设计为导电通路，导电通路还可以由除应变计之外的其他材料制成。导电通路可压印在柔性膜上，如果发生形变则柔性膜通过抵抗变化来做出反应，或者作为最低要求，导电通路可以通过暂停来指示机械超负荷。

这种传感器能够具有非常扁平且重载的设计，并能够基于该设计提供非常宽广的测量范围。而且，可利用这种传感器非常精准地测量力、压强和力矩。另外，这种传感器满足形状变化与测试信号的变化近似成比例的要求。

特别优选地的是基于扁平压电塑料膜的传感器，这些传感器或机械地安装或以其他方式安装，从而在发生机械负荷并且该膜在机械负荷的方向上弯曲时能够生成信号。而且，优选地，该负荷直接且即刻作用于传感器膜并基本被转化为弯曲力。因此，这种膜通过相应的形变(弯曲)对各负荷或负荷变化做出反应。由于内部电荷的运动，生成了可测量的电压，使得在理想状态下不需要运行功率来操作传感器并生成电测量信号。因此可以设想，这种传感器生成的电压可用于其他部件(诸如可选择性设置的存储单元或发射器单元)的能量供给。

根据特别优选的实施方式，该至少一个传感器平行于测试体的边缘设置，或者与测试体的缘边成对角的设置。在多个这种传感器的情况下，最优选平行于测试体的边缘设置，或者与测试体的边缘成对角的设置。更优选地，该至少一个传感器为矩形并被设置为这种构造：使得待测试的机械负荷同时作用于最大的传感器表面以生成相应大的测量信号。在具有垂直于传输方向设置的辊的辊送装置的情况下，将一个或多个传感器与辊轴平行设置的构造因此是优选。这能够使负荷同时作用于各矩形传感器的最大表面积，从而产生相应大的测试信号。

根据本发明的另一优选实施方式指出，该装置包括至少两个传感器，这两个传感器设置在测试体的上面和下面。

根据进一步的实施方式，该装置包括至少一个传感器，该至少一个传感器设置在测试体的一个或多个边缘处。

此外，优选地，该装置包括至少一个能够进行高帧频和/或高测试频率的传感器，以测试例如可能发生于测试体边缘的短的和类似脉冲的冲击。为此，最低测量频率必须为5Hz。优选地，测量频率的范围从20赫兹至1kHz，甚至更高。特别优选地，测量频率在1kHz以上。

根据本发明的装置的优选实施方式，基体的表面上设置有弹性夹层。该至少一个传感器功能性地并因此至少部分地设置在该层顶部，从而使负荷或力仍然能够即刻并直接地作用于传感器。在本文中，术语“弹性”基本上用于区别术语“塑性”。这意味着在传感器传递(mediate)机械负荷之后夹层将再次回到静止位置。不期望(永久)塑性形变。由于该夹层，到达特定程度的该至少一个传感器可与基体和/或经验形变、升压(boost)机械地分开，后者的性质能够放大测量信号。在示例性情况下，传感器包括压电塑料膜，该放大基于压电塑膜能够行进的形变路径在机械负荷的方向上的延伸。如果没有弹性夹层，由于塑料膜较低的形变能力，该膜直接设置并固定在一般十分坚硬的基体上，因此形变路径是受限的。因为弹性夹层的低刚度和/或高弹性和/或可压缩性，因此，塑料膜与弹性夹层一起能够更大程度地改变其形状。

如果夹层没有自动地保持在其位置，则将该至少一个传感器设置以使其固定夹层是有利的。如果传感器在夹层上向侧面突出并在传感器的自由边缘与基体结合(例如粘合)，则这可以例如被实现。可选地或附加地，夹层可被设计为具有一个或多个通路，该一个或多个通路例如填充有粘性物质，以便能够将传感器和夹层固定至基体。

如上所述，在适于与夹层一起的情况下，可将该至少一个传感器设置在基体上，或者完全或部分地集成在基体中。如果需要，后者会使基体具有平坦的外表面。

在本发明范围内，弹性夹层可实现多个任务，其中特别优选地，同时满足后面描述的多个要求。

夹层的第一任务是允许根据本发明的该至少一个传感器的形变路径延伸。为此，根据本发明，弹性夹层可具有一定的刚度和/或可压缩性，该刚度和/或可压缩性在两种情况下都低于基体和该至少一个传感器的刚度和/或可压缩性。

根据可选的实施方式，因为夹层具有凹槽和/或腔，因此还可设置有延伸的形变路径，通过充填这些凹槽和/或腔，传感器可以在凹槽和/或腔中自己形变，而不会遭受任何明显的抵抗，因为当在凹槽和/或腔中形变时，没有固体材料必须被推开或挤压。根据该实施方式，夹层还可包括基本无弹性的或固体的材料并设置有充分数量的凹槽和/或腔。根据该实施方式，夹层还可包括多个柔性材料并具有同质或异质结构，其中术语“异质结构”指存在柔性和非柔性成分。通过弹性膜的相应设计，至少一个传感器的敏感性在大范围上适于即将发生的各个任务。

夹层的第二任务是将基体与传感器的负荷机械地分开。由于夹层部分地吸收了负荷和弹性形变，诸如压电塑料膜或应变计，因此基于刚度的该负荷仅部分地传递至基体，从而基体(特别是其集成的电子部件)可受到保护以防过载过高。

第三任务涉及通过设置弹性夹层而将因基体和/或该至少一个传感器的条件而产生的测试体的刚度调整为适当的值。通过这种方法，即使给定基体具有偏离扁平物件的刚度，测试体也可通过与适合的夹层(例如与扁平物件的刚度基本相当)结合而获得的特定刚性。

弹性夹层的第四任务是通过从产生的信号中尽可能地过滤由系统产生的或与待测参数无关的任何机械负荷来改进该至少一个传感器的性噪比。如果存在能够改变其形态的传感器类型，则还可减弱热噪声，因为基体的任何温度变化对传感器造成的冲击要小得多。因此，弹性夹层确实影响传感器的信噪比。

基于即将发生的任务或具体的应用，根据本发明的夹层能够以不同的方式实现。根据第一实施方式，夹层被设计为同质(例如橡胶类)层。这种层具有柔性，仅具有较小程度的可压缩性。因此特别适于缓冲和/或分散点负荷。根据另一实施方式，夹层可设置为海绵状泡沫材料层，泡沫材料具有开放和/或闭合的腔(孔)，腔中充满气体，诸如，特别是空气。这种泡沫材料的优势在于泊松比(张力下的弹性模量，收缩系数)接近于零，相当于当单轴形变(例如压缩力)时在其他轴向上表现出基本无形变的性质。因此这种材料制成的层压缩性很好，并因此传感器在负荷下的形变路径得到延伸。将弹性夹层设计为密封闭合的气体容积(“气压弹簧”)也是有利的，如果未施加负荷，则气压弹簧使可延展的传感器与基体保持一定的距离，从而在施加负荷的情况下，不需显著的负荷增加也能产生相应的形变。根据另一实施方式，弹性夹层被设计为几何形状。在这种情况下，弹性夹层在一侧或两侧上可具有二维或三维波浪图案，或者具有蜂巢或网状的结构，或者被设计为支承结构。多孔箔片的设计也是可以的。根据层结构的期望性能，主要利用具有较小间隙的固体来设计构造，或主要利用较大间隙以及较小的固体材料部分来设计构造可能是有用的。如果施加机械负荷，则上述设计中的弹性夹层主要为传感器提供的额外的形变路径。如上所述，弹性夹层还可主要由刚性支承元件(诸如具有多个和/或大间隙的金属网)构造。还能够部分地或完全地对上述间隙提供填充材料。如果填充物表现出比环境材料更低的刚度，则夹层刚度的增加将不显著。反过来，还可设想环境材料具有比填充材料更低的刚度，例如，用环氧树脂填充由硅制成的多孔箔片。

最后，在传感器下方设置多个不同的夹层区域是有利的。如果具有大表面积的传感器应具有高负荷面积和具有高敏感性的面积，这样做是适合的。

根据特别优选的实施方式，弹性夹层被设计为网状硅膜。为了夹层一方面与基体、另一方面与塑膜的非刚性(nonpositive)连接，可采用适当的粘结剂，优选地，粘结剂具有与硅膜相同的机械性质。特别优选地，完全排除气泡或仅允许具有规则形状的气泡来确保弹性夹层的性质保持同质。

根据本发明适合的夹层因此同时涉及同质结构和异质结构，其可包括相同弹性材料或不同弹性材料。

根据另一实施方式，根据本发明的优选具有不同尺寸的多个传感器可以相互层叠设置。最优选地，例如测量作用于整个测试体的压力的第一传感器直接设置在基体上。在这种情况下，优选地，传感器的表面积尽可能地与测试体的表面积相同。在该第一传感器上，可以设置一个或多个其他传感器，该一个或多个其它传感器最好具有较小尺寸并可进行“局部”测量。通过这种方法，可以通过空间分解的方式测量点作用力。

对于多个形变传感器(例如压电塑料膜)，单个弹性夹层可能就足够了，例如，如果多个传感器设置在连续的带上并在共用的弹性夹层上相互平行。

将根据本发明的该至少一个传感器设计为与测试体或基体可分离(例如通过粘接、螺纹连接或夹接)也是有利的。通过这种方法，可以在测试体或基体上改变该至少一个传感器的位置。传感器还可快速且经济地更换，或更换为具有其他灵敏度的类型，或由于缺陷而需要更换。优选地，测试体或基体配备有许多电连接，这些电连接被设计为由可分离的传感器覆盖，从而通过这些连接传送待传送的测量信号，而不需要提供额外的线缆等。

根据另一优选实施方式，测试体被设计为层状结构，包括抗化学腐蚀的外层和一个内层。内层包括至少一个传感器以及其他电子部件(如果需要)。

如上所述，所涉及部件各自的刚度显著影响传感器和弹性夹层的性能。在许多情况下，夹层优选地具有比基体和该至少一个传感器的刚度更低的刚度。根据本申请，与标准的偏差是可能的且适合的。特别优选地，基体的刚度高于夹层刚度100至1,000倍，优选地约为250倍。可选地或附加地，基体的刚性具有100至3,000,000MPa(N/mm²)的值，优选地约为500MPa(N/mm²)，并且/或者夹层的刚性具有1至30MPa(N/mm²)的值，优选地约为2MPa(N/mm²)。

根据上述描述，专家应该理解，本发明的方法和装置尤其适于测量在处理易碎扁平物件期间发生的负荷。具体地，本发明的方法和装置适于在操作和处理期间的任何位置和/或任何时间连续测量负荷，而不需要很多传感器。对于每个待测参数(特别是机械负荷)，本发明能够使用单个传感器。通过使用高扫描率，还可测量短期负荷，诸如对根据本发明的测试体的撞击。可以减小过载后排除故障或新试运行或改进的系统的初始调整的时间消耗和成本。此外，本发明适于减小用户对测量过程的结果的影响。还可减小生产停止和停机的时间。最后，本发明还可用于防止过大的效果以避免大程度的过载。本方法还便于单独地、可靠地并可重复地测量负荷，该负荷包括多个单独负荷。本发明还可用于有效地澄清，在扁平物件的处理期间突然发生的损坏是由系统错误导致还是由物件的材料缺陷导致。由于假如弹性夹层的设计和/或与传感器和基体相比更低的刚度和/或更高的可压缩性，故通过使用根据本发明的具有弹性夹层的装置，优选被设计为压电塑料膜的传感器的灵敏度得到显著提高，从而基体有助于使传感器获得比不使用该夹层更高的形变度。此外，夹层对基体和/或基体中包含的部件具有保护功能，能够调节测试体的刚度，并提高性噪比。

附图描述

图1示出根据本发明的装置的优选实施方式。图1示出的装置包括测试体1，测试体1包括基体3和传感器2。基体3被设计为空心主体。传感器2位于基体顶部。根据上述实施方式，传感器可以例如被设计为由粗实线指示的压电塑膜。借助传感器2可记录感兴趣的物理参数，例如机械力。夹层9位于传感器2和基体3之间。该夹层吸收在常规处理中作用于测试体1进而作用于传感器2的某些机械负荷和/或热负荷。而且，如果施加机械负荷时，则夹层可允许变形路径延伸。优选地，与传感器2和基体3相比，夹层9具有较低的刚度。因此，传感器2的变形和重新设置被传递到基体3，但是延伸的变形路径使传感器2或基体3同时缓和以及更强。根据所示出的实施方式，夹层9完全置于基体3上。根据可选的实施方式(图中未示出)，夹层9可部分或完全地平镶在基体3的壁中，而且在适当的情况下，传感器2也可部分或完全地平镶在基体3的壁中。这种部分和/或完全集成的构造尽可能地实现了基体3的平坦的外表面，进而实现了测试体1的平坦的外表面。毫无疑义地，该壁必须设计有相应的最小厚度，优选地稍厚于夹层9的厚度。可选地，该壁随后应具有用于夹层9的相应的凹槽，在适当的情况下，该壁具有用于传感器2的相应的凹槽(图中未示出)。

其它元件设置在基体3中。这些元件包括电源8、用于保存所记录参数的存储单元4、以及发射器单元5，发射器单元5能够将所记录参数无线传送至估计单元6，根据所示出的实施方式，估计单元6设置在测试体1的外面。基体3还包括输出单元7，根据所示出的实施方式，输出单元7能够生成声信号。例如，该信号可向用户指示测试体1的具体状态，而不需要其它显示设备。

为简明起见，根据本发明的装置的操作所需要的电连接等没有示出。附图也不是按照比例绘出，尤其是测试体1的厚度和宽度之间的关系。

图2A-D示出根据本发明的装置以及弹性夹层9的多个实施方式的横截面示意图。图中包括：基体3的一部分(由折线显示)、弹性夹层9(由虚线示出的面)、以及被设计为压电塑料膜的传感器2(阴影示出的面)。

图2A示出的弹性夹层9是同质、均匀厚度的层，在其上设置有传感器2。如截面图中所示，夹层9设置在基体3的一部分上。因为冲击更大表面的力仅导致夹层9的均匀压缩而不是显著地延伸传感器2的变形路径，因此所示的实施方式适于在不同位置处具有斑状冲击的一个或多个力。

图2B示出作为被几何设计的形状的弹性夹层9，该形式的特征在于在二维截面图中具有一侧为波浪状的轮廓。如果施加负荷(箭头F所示的力)，传感器2改变形状并变形至弹性夹层9的波浪状间隙内。传感器将弯曲并沿着长度方向L扩张，与弹性夹层9不具有相应间隙情况相比，传感器弯曲的程度明显更为剧烈。虚线粗略地指示了传感器2的止动位置，其中弹性夹层9表现出较高的刚度。与图2A所示的实施方式不同，图2B示出的实施方式特别适于冲击大面积的力或适于压力。

图2C示出的结构中弹性夹层为气压弹簧。在这种情况下，传感器必须连续且密闭地焊接至基体3，或者弹性夹层9应该具有如虚线所指示的气泡的形式。

最后，图2D示出作为具有孔的均匀厚度层的弹性夹层9。通过改变尺寸，可以在整个表面上或仅在特定部位容易地调整刚度以及孔的位置和数量。可选地，可以设置间隙，例如在俯视图(图中未示出)中呈现为槽或螺旋轮廓的间隙。如果需要，可以降低或增加弹性夹层9的刚度。在这种情况下，弹性夹层9和/或其间隙的设计将确保当负荷被施加时(图中未示出)，传感器2具有足够的潜力在基体3的方向上形变。

附图标记列表

1 测试体

2 传感器

3 基体

4 存储单元

5 发射器单元

6 估计单元

7 输出单元

8 能量供给单元

9 弹性夹层

F 力的箭头

L 长度方向

Claims (9)

1.一种测量在常规处理过程期间作用于扁平、碟状且易碎物件的负荷或负荷变化的方法，通过将所述处理应用于测试体(1)，所述测试体具有与所述物件基本相同的几何性质和/或机械性质并且包括至少一个传感器(2)，所述至少一个传感器用于测量在所述测试体的处理过程期间作用于所述测试体的至少一个物理参数，所述至少一个物理参数选自拉力、压力、剪力、压强、弯矩、扭矩、加速力及其组合，其中所述至少一个传感器(2)包括或者被设计为压电塑料膜，并能够将直接且即刻作用于所述传感器上的负荷转换为弯曲力。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述测试体(1)的所述几何性质涉及所述测试体的厚度、宽度、长度和/或轮廓，所述测试体(1)的所述机械性质涉及所述测试体的弹性、弯曲刚度、扭转刚度和/或质量。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述处理用于制造或生产太阳能电池或太阳能晶圆。

4.一种测量在常规处理过程期间作用于扁平、碟状且易碎物件的负荷或负荷变化的装置，包括测试体(1)，所述测试体具有与所述物件基本相同的几何性质和/或机械性质并且被设计为至少一个传感器(2)或包括所述至少一个传感器(2)，所述至少一个传感器用于测量在所述测试体的处理过程期间作用于所述测试体的至少一个物理参数，所述至少一个物理参数选自拉力、压力、剪力、压强、弯矩、扭矩、加速力及其组合，其中所述至少一个传感器(2)包括或者被设计为压电塑料膜，并能够将直接且即刻作用于所述传感器上的负荷转换为弯曲力。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述测试体(1)包括基体(3)作为部件，在所述基体(3)上或基体(3)中设置有所述至少一个传感器。

6.如权利要求4或5所述的装置，其中，所述测试体(1)的所述几何性质涉及所述测试体的厚度、宽度、长度和/或轮廓，并且其中所述测试体(1)的所述机械性质涉及所述测试体的弹性、弯曲刚度、扭转刚度和/或质量。

7.如权利要求4至6中任一项所述的装置，还包括：

-存储单元(4)和/或发射器单元(5)，所述存储单元(4)用于存储测量到的至少一个物理参数，所述发射器单元(5)用于所述测量到的至少一个物理参数的无线传输；

-估计单元(6)，进一步处理所述测量到的至少一个物理参数；

-输出单元(7)，输出用于监测状态的光信号、声信号和/或电信号；

-能量供给单元(8)。

8.如权利要求5至7中任一项所述的装置，其中，在所述基体(3)的表面上设置有弹性夹层(9)，并且所述至少一个传感器(2)至少部分地设置在所述弹性夹层上。

9.如权利要求4至8中任一项所述的装置，其中，所述测试体(1)被设计为层状结构，其中所述层状结构包括抗化学腐蚀的外层和具有所述至少一个传感器(2)的内层，当需要时，所述层状结构还包括其他电子部件。

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