DE102011103123A1

DE102011103123A1 - Measuring probe for measuring thickness of thin layer in stationary device, has coil unit associated with outer face of housing, which is arranged facing spherical cap and is provided with disc-shaped support arranged with Archimedean coil

Info

Publication number: DE102011103123A1
Application number: DE102011103123A
Authority: DE
Inventors: Helmut Fischer
Original assignee: Helmut Fischer GmbH and Co
Current assignee: Helmut Fischer GmbH and Co
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-11-29

Abstract

The measuring probe (11) has a housing (14) with a sensor element (17) which is provided along the longitudinal axis (16) and is movably received in the housing. A coil unit (44) is associated with the outer face of the housing, facing the spherical cap (21) arranged in the longitudinal axis. The coil unit associated with the spherical cap is provided with a disc-shaped or annular support (49) arranged with an Archimedean coil (51). Independent claims are included for the following: (1) sensor element; and (2) method for manufacturing sensor element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messsonde zur Messung der Dicke dünner Schichten sowie ein Sensorelement für die Messsonde und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a measuring probe for measuring the thickness of thin layers and to a sensor element for the measuring probe and a method for the production thereof according to the respective preamble of the independent claims.

Aus der DE 10 2005 054 593 A1 ist eine Messsonde für die Messung der Dicke dünner Schichten bekannt. Diese Messsonde umfasst ein Gehäuse, in dem zumindest ein Sensorelement vorgesehen ist, welches entlang einer Längsachse des Gehäuses zumindest geringfügig bewegbar im Gehäuse aufgenommen ist. Das Sensorelement umfasst zumindest eine erste und eine zweite Spulenvorrichtung, die von einem Topfkern aufgenommen sind. Der Topfkern umfasst einen Mittelzapfen, an dessen stirnseitig zum Gehäuse weisenden Ende eine Aufsetzkalotte vorgesehen ist. Der Topfkern mit dem daran angeordneten Sensorelement und der Aufsetzkalotte wird von einem federnd nachgiebigen Halteelement aufgenommen, welches an einem stirnseitigen Ende des Gehäuses befestigt ist.From the DE 10 2005 054 593 A1 is a measuring probe for measuring the thickness of thin layers known. This measuring probe comprises a housing in which at least one sensor element is provided which is accommodated along the longitudinal axis of the housing at least slightly movable in the housing. The sensor element comprises at least a first and a second coil device, which are received by a pot core. The pot core comprises a center pin, on whose front side facing the housing end a Aufsetzkalotte is provided. The pot core with the sensor element arranged thereon and the seating cap is received by a resilient retaining element, which is fastened to a front end of the housing.

Solche Messsonden eignen sich zur Schichtdickenmessung nach dem magnetinduktiven Verfahren, bei der die Dicke von Nicht-Eisenmetall-Schichten auf magnetisierbaren Grundwerkstoffen zerstörungsfrei ermittelt werden können. Ebenso eignet sich eine solche Messsonde zur Schichtdickenmessung nach dem Wirbelstromverfahren, bei dem die Dicke von nicht elektrisch leitenden Schichten auf Nicht-Eisenmetallen zerstörungsfrei erfassbar ist.Such probes are suitable for measuring the layer thickness according to the magnetic-inductive method, in which the thickness of non-ferrous metal layers on magnetizable base materials can be determined non-destructively. Likewise, such a probe is suitable for measuring the layer thickness according to the eddy current method, in which the thickness of non-electrically conductive layers on non-ferrous metals can be detected nondestructively.

Eine solche Messvorrichtung hat sich im Einsatz bereits bewährt. Die Anforderungen an die Messgenauigkeit solcher Messvorrichtungen steigen stetig an. Dies bedeutet, dass die Messvorrichtungen nicht nur kleiner ausgebildet sein müssen, um geometrische Störgrößen, wie beispielsweise gekrümmte Messoberflächen, zu eliminieren und einen größeren Einsatzbereich zu erzielen, sondern auch eine geringere Masse aufweisen sollten.Such a measuring device has already proven itself in use. The demands on the measuring accuracy of such measuring devices are steadily increasing. This means that the measuring devices must not only be made smaller in order to eliminate geometrical disturbances, such as curved measuring surfaces, and to achieve a larger range of use, but should also have a lower mass.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messsonde sowie ein Sensorelement für eine solche Messsonde der vorgenannten Art weiterzuentwickeln, so dass die erhöhten Anforderungen an die Messgenauigkeit erfüllt werden. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Spulenvorrichtung für eine solche Messsonde vorzuschlagen.The invention has for its object to further develop a probe and a sensor element for such a probe of the aforementioned type, so that the increased demands on the measurement accuracy can be met. Furthermore, the invention has for its object to propose a method for producing a coil device for such a probe.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Messsonde gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.The object is achieved by the features of the probe according to claim 1. Further advantageous embodiments and further developments are specified in the further claims.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Messsonde zur Messung der Dicke dünner Schichten mit zumindest einer ersten Spulenvorrichtung welche aus einem scheiben- oder ringförmigen Träger und zumindest einer darauf angeordneten archimedischen Spule besteht, weist den Vorteil auf, dass eine sehr klein bauende, insbesondere flach bauende, Messsonde geschaffen werden kann. Durch die Ausgestaltung von zumindest einer archimedischen Spule kann des Weiteren erzielt werden, dass die Kraftlinien des Magnetfeldes durch die archimedische Spule entlang der Stirnseite des Gehäuses der Messsonde geführt und somit näher an die Oberfläche der zu messenden Schicht herangeführt werden können, wodurch eine höhere Auflösung bei der Auswertung der Messergebnisse erzielbar ist. Insbesondere kann durch eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung der Messsonde eine klein bauende Messsonde geschaffen werden, welche Schichtdicken auf Nichteisenmetallen oder Nichteisensubstraten nach dem Wirbelstromverfahren erfasst. Durch diese Ausgestaltung kann das Hochfrequenzfeld quasi direkt an die Messoberfläche herangeführt werden, wodurch eine sehr hohe Empfindlichkeit der Messsonde und somit eine hohe Auflösung erzielt werden kann, wodurch auch dünnere Schichtdicken taktil erfasst werden können.The inventive design of the probe for measuring the thickness of thin layers with at least a first coil device which consists of a disc or annular support and at least one Archimedean coil disposed thereon, has the advantage that a very small, especially flat-built, probe created can be. Due to the design of at least one Archimedean coil can further be achieved that the lines of force of the magnetic field guided by the Archimedean coil along the front side of the housing of the probe and thus can be brought closer to the surface of the layer to be measured, thereby providing a higher resolution the evaluation of the measurement results can be achieved. In particular, such a configuration according to the invention of the measuring probe can be used to create a small measuring probe which detects layer thicknesses on non-ferrous metals or non-ferrous substrates according to the eddy current method. As a result of this configuration, the high-frequency field can be brought virtually directly to the measurement surface, as a result of which a very high sensitivity of the measurement probe and thus high resolution can be achieved, as a result of which thinner layer thicknesses can also be detected tactually.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Spulenvorrichtung eine einlagige archimedische Spule auf dem Träger. Diese bevorzugte Ausgestaltung ist in der Herstellung einfach und besonders flachbauend, insbesondere bei einem flach ausgebildeten Träger, wodurch ein kleiner Bauraum für die Spulenvorrichtung genügt.According to a preferred embodiment of the invention, the first coil device comprises a single-layer Archimedean coil on the carrier. This preferred embodiment is simple in manufacture and particularly flat, especially in a flat-shaped carrier, whereby a small space for the coil device is sufficient.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Messsonde umfasst das Sensorelement der Messsonde zumindest eine zweite Spulenvorrichtung, die der ersten Spulenvorrichtung zugeordnet ist. Die zweite Spulenvorrichtung ist bevorzugt in einem magnetischen Topfkern angeordnet, dessen Längsachse der Längsachse eines Gehäuses der Messsonde zugeordnet ist. Der Topfkern weist einen Mittelzapfen auf, an dessen äußeren Stirnseite eine Aufsetzkalotte vorgesehen ist. Eine solche zweite Spulenvorrichtung ist als mehrlagige Spule gewickelt. Diese Zuordnung der ersten und zweiten Spulenvorrichtung zueinander in einer Messsonde weist den Vorteil auf, dass eine sogenannte duale Messsonde geschaffen wird, welche einerseits eine Schichtdickenmessung nach dem Wirbelstromverfahren und andererseits eine Schichtdickenmessung nach dem magnetinduktiven Verfahren durch die beiden Spulenvorrichtungen ermöglicht. Aufgrund der Positionierung der ersten Spulenvorrichtung unmittelbar zur Messoberfläche kann die zweite Spulenvorrichtung gegenüber bekannten Messsonden näher an die Messoberfläche herangeführt werden, so dass bei der magnetinduktiven Schichtdickenmessung, also der niederfrequenten Schichtdickenmessung, eine erhöhte Messgenauigkeit erzielt werden kann.According to a preferred embodiment of the measuring probe, the sensor element of the measuring probe comprises at least one second coil device which is assigned to the first coil device. The second coil device is preferably arranged in a magnetic pot core whose longitudinal axis is associated with the longitudinal axis of a housing of the measuring probe. The pot core has a center pin, on the outer end side of a Aufsetzkalotte is provided. Such a second coil device is wound as a multilayer coil. This assignment of the first and second coil apparatus to one another in a measuring probe has the advantage that a so-called dual measuring probe is provided, which on the one hand enables a layer thickness measurement according to the eddy current method and, on the other hand, a layer thickness measurement by the magnetic induction method by the two coil apparatuses. Due to the positioning of the first coil device directly to the measuring surface, the second coil device can be brought closer to the measuring surface than known measuring probes, so that in the magnetic-inductive layer thickness measurement, ie low-frequency coating thickness measurement, an increased measurement accuracy can be achieved.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Messsonde sieht vor, dass die Aufsetzkalotte aus einem ferritischen Material hergestellt ist. Dadurch wird beim Aufliegen der Aufsetzkalotte aus ferritischem Material eine hohe Feldkonzentration der Kraftflusslinien bei der Niederfrequenzmessung unmittelbar an der Messoberfläche erzielt, so dass ein tiefes Eindringen in den magnetisierbaren Grundwerkstoff verhindert ist und ein enges Magnetfeld erzielt wird. Dadurch kann eine bessere Auflösung erzielt werden. Darüber hinaus können durch diese Anordnung die die Messergebnisse beeinträchtigenden Störeinflüsse, insbesondere die geometrischen Störeinflüsse, verringert oder ausgeschlossen werden.A further preferred embodiment of the measuring probe provides that the Aufsetzkalotte is made of a ferritic material. As a result, a high field concentration of the power flow lines in the low frequency measurement is achieved directly at the measuring surface when resting the Aufsetzkalotte of ferritic material, so that a deep penetration is prevented in the magnetizable base material and a narrow magnetic field is achieved. This allows a better resolution to be achieved. In addition, the disturbing influences on the measurement results, in particular the geometric interference, can be reduced or eliminated by this arrangement.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass als ferritisches Material für die Aufsetzkalotte ein Eisenoxid oder ein Eisenoxid ähnliches Material eingesetzt wird. Dieses Material kann zur Herstellung einer verrundeten Polkappe für eine erhöhte Feldkonzentration präzise rundgeschliffen werden. Alternativ kann als ferritisches Material ein Kunststoffmaterial mit darin eingebrachten Eisenpartikeln eingesetzt werden.It is preferably provided that an iron oxide or an iron oxide-like material is used as ferritic material for the Aufsetzkalotte. This material can be precisely ground to produce a rounded polar cap for increased field concentration. Alternatively, a plastic material with iron particles introduced therein can be used as the ferritic material.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aufsetzkalotte eine verrundete Polkappe als Auflagefläche aufweist und vorzugsweise einen sich daran anschließenden Kernabschnitt umfasst, der sich in Richtung des Mittelzapfens des Topfkerns erstreckt, sofern die Aufsetzkalotte einem Topfkern zugeordnet ist, wobei die Länge der ferritischen Aufsetzkalotte zumindest der Dicke der ersten Spulenvorrichtung entspricht oder geringfügig größer ist. Dadurch wird eine besonders bevorzugte Führung der Magnetfeldlinien für die zweite Spulenvorrichtung erzielt.Furthermore, it is preferably provided that the Aufsetzkalotte has a rounded pole cap as a support surface and preferably includes an adjoining core portion which extends in the direction of the center pin of the pot core, if the Aufsetzkalotte is associated with a pot core, the length of the ferrite Aufsetzkalotte at least the Thickness of the first coil device is equal to or slightly larger. As a result, a particularly preferred guidance of the magnetic field lines for the second coil device is achieved.

Alternativ kann die Aufsetzkalotte mit der verrundeten Polkappe sich unmittelbar an einen Kernabschnitt des Grundkörpers der Aufsetzkalotte anschließen, der der ersten Spulenvorrichtung gegenüberliegend dem Träger zugeordnet ist und sich zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in radialer Richtung über die erste Spulenvorrichtung erstreckt. Bei dieser Ausführungsform kann auch eine zweite Spulenvorrichtung vorgesehen sein, so dass die Messsonde zur Messung nach dem Wirbelstromverfahren eingesetzt werden kann. Alternativ kann eine zweite Spulenvorrichtung an dem Träger angeordnet sein, wie dies nachfolgend noch näher ausgeführt ist.Alternatively, the Aufsetzkalotte connected with the rounded pole cap directly to a core portion of the body of the Aufsetzkalotte which is associated with the first coil device opposite the carrier and extends at least partially, preferably completely, in the radial direction over the first coil device. In this embodiment, a second coil device may also be provided, so that the measuring probe can be used for measurement according to the eddy current method. Alternatively, a second coil device may be arranged on the carrier, as will be explained in more detail below.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine, vorzugsweise einlagige, archimedische Spule der ersten Spulenvorrichtung zur Stirnseite des Gehäuses weisend angeordnet, welche bei der Messung der Schichtdicke der Messoberfläche unmittelbar gegenüberliegt. Somit wird eine besonders nahe Anordnung der Spulenvorrichtung an die Messoberfläche ermöglicht, wobei sich der Abstand von der zweiten Spulenvorrichtung zur Messoberfläche durch die Beabstandung eines Aufsetzpunktes beziehungsweise einer verrundeten Polkappe einer Aufsetzkalotte zur Spule der zweiten Spulenvorrichtung bestimmt.According to a further preferred embodiment of the invention, the at least one, preferably single-layer, Archimedean coil of the first coil device is arranged facing the front side of the housing, which is directly opposite in the measurement of the layer thickness of the measuring surface. Thus, a particularly close arrangement of the coil device is made possible to the measuring surface, wherein the distance from the second coil device to the measuring surface determined by the spacing of a Aufsetzpunktes or a rounded pole cap a Aufsetzkalotte to the coil of the second coil device.

Bei einer ersten Ausführungsform wird der Träger in oder von einem Topfkern aufgenommen, in dem die zweite Spulenvorrichtung angeordnet ist und ein stirnseitiges Ende durch den Träger mit der darauf angebrachten ersten Spulenvorrichtung bildet. Bei einer alternativen Ausführungsform, bei welcher nur eine erste Spulenvorrichtung vorgesehen ist, wird die erste Spulenvorrichtung einer Aufsetzkalotte beziehungsweise unmittelbar benachbart an eine Polkappe angrenzend zugeordnet, so dass die Aufsetzkalotte in einem Sensorgehäuse beziehungsweise der Träger in einem Sensorgehäuse des Sensorelementes durch eine Klebe-, Rast- oder Steckverbindung befestigbar ist.In a first embodiment, the carrier is received in or from a pot core in which the second coil device is arranged and forms a front end by the carrier with the first coil device mounted thereon. In an alternative embodiment, in which only a first coil device is provided, the first coil device is associated with a Aufsetzkalotte or immediately adjacent to a Polkappe adjacent, so that the Aufsetzkalotte in a sensor housing or the carrier in a sensor housing of the sensor element by an adhesive, catch - or plug connection can be fastened.

Die zweite Spulenvorrichtung ist bevorzugt mit dem Träger durch eine Klebeverbindung, Rast- oder Steckverbindung zum Topfkern befestigt.The second coil device is preferably attached to the carrier by an adhesive connection, latching or plug connection to the pot core.

Dadurch wird eine einfache Befestigungsanordnung und kostengünstige Herstellung ermöglicht.As a result, a simple fastening arrangement and cost-effective production is made possible.

Zur Herstellung der ersten Spulenvorrichtung besteht der Träger bevorzugt aus einem elektrisch nicht leitenden und nicht magnetisierbaren Material. Insbesondere ist der Träger aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Germanium oder Silicium, insbesondere Germanium- oder Siliciumscheiben, hergestellt, welche vorzugsweise eine Dicke von weniger als 300 μm oder weniger als 150 μm aufweisen. Bevorzugt wird beispielsweise eine Schichtdicke von 100 μm für eine Siliciumscheibe ausgewählt. Solche Materialien sind in der Herstellung kostengünstig und weisen neutrale Eigenschaften im Hinblick auf die hoch- und niederfrequente Messung einer solchen dualen Messsonde mit einer ersten und zweiten Spulenvorrichtung auf.To produce the first coil device, the carrier preferably consists of an electrically non-conductive and non-magnetizable material. In particular, the carrier is made of a semiconductor material, such as germanium or silicon, in particular germanium or silicon wafers, which preferably have a thickness of less than 300 microns or less than 150 microns. For example, a layer thickness of 100 μm is preferably selected for a silicon wafer. Such materials are inexpensive to manufacture and have neutral properties with respect to the high and low frequency measurement of such a dual probe having first and second coil devices.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht auf der ersten Spulenvorrichtung mit der zumindest einen archimedischen Spule eine Isolierschicht vor. Diese Isolierschicht dient als Schutzschicht vor Beschädigungen oder Korrosion.A further preferred embodiment of the invention provides an insulating layer on the first coil device with the at least one Archimedean coil. This insulating layer serves as a protective layer against damage or corrosion.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Träger zumindest eine zweite Spulenvorrichtung vorgesehen, welche die erste Spulenvorrichtung umgibt und als zumindest eine weitere archimedische Spule ausgebildet ist. Dadurch kann eine erste innere Spule und diese umgebend eine zweite äußere Spule auf derselben Seite des ring- oder scheibenförmigen Träger aufgebracht werden, so dass diese Spulen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene liegen. Dadurch wird wiederum ermöglicht, dass die jeweiligen Spulen unmittelbar der Messoberfläche des Messgegenstandes zugeordnet werden, wodurch eine verbesserte Messgenauigkeit erzielt wird. Alternativ kann die erste innere Spule zur Messoberfläche weisend an dem Träger vorgesehen und die zweite äußere Spule auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers angeordnet sein.According to a preferred embodiment of the invention, at least one second coil device is provided on the carrier, which surrounds the first coil device and is designed as at least one further Archimedean coil. Thereby, a first inner coil and surrounding a second outer coil on the same side of the annular or disc-shaped carrier applied so that these coils are preferably in a common plane. This in turn makes it possible for the respective coils to be assigned directly to the measurement surface of the measurement object, thereby achieving improved measurement accuracy. Alternatively, the first inner coil can be provided facing the measurement surface on the carrier and the second outer coil can be arranged on the opposite side of the carrier.

Eine bevorzugte Ausgestaltung dieser alternativen Ausführungsform sieht vor, dass dem Träger eine Aufsetzkalotte mit einem weiteren ferritischen Kernabschnitt zugeordnet ist, der am Träger der ersten Spule gegenüberliegend angeordnet ist und in radialer Erstreckungsrichtung die erste Spule zumindest teilweise überdeckt. Dadurch kann eine flach bauende und klein bauende Messsonde geschaffen werden, welche sowohl für die Messung nach dem Wirbelstromverfahren als auch für eine duale Messsonde eingesetzt werden kann, so dass sowohl eine Schichtdickenmessung nach dem Wirbelstromverfahren als auch nach dem magnetinduktiven Verfahren durchgeführt werden kann. Bei der Durchführung der Messung nach dem Wirbelstromverfahren sieht der Wirbelstrom quasi nur den ferritischen Kern sowie die aus ferritischem Material ausgebildete Aufsetzkalotte, so dass wiederum eine unmittelbare Heranführung der Messsonde an die Messoberfläche gegeben ist und somit eine hohe Messempfindlichkeit erzielt wird. Analoges gilt für die Messung der Schichtdicke nach dem magnetinduktiven Verfahren. Insbesondere können durch die nahe Heranführung der zweiten Spulenvorrichtung an die Messoberfläche geometrische Einflüsse eliminiert und dadurch eine Krümmungskompensation ermöglicht werden.A preferred embodiment of this alternative embodiment provides that the carrier is assigned a Aufsetzkalotte with another ferrite core portion which is arranged opposite to the carrier of the first coil and in the radial direction of extension, the first coil at least partially covered. As a result, it is possible to provide a flat-mount and small-sized measuring probe which can be used both for eddy-current measurement and for a dual measuring probe, so that both a layer thickness measurement by the eddy-current method and by the magnet-inductive method can be carried out. When carrying out the measurement according to the eddy current method, the eddy current virtually only sees the ferritic core and the loading dome formed of ferritic material, so that, in turn, an immediate approach of the measuring probe to the measuring surface is provided and thus a high measuring sensitivity is achieved. The same applies to the measurement of the layer thickness according to the magnetic induction method. In particular, the close approach of the second coil device to the measurement surface eliminates geometrical influences and thereby enables a curvature compensation.

Sei dieser alternativen Ausgestaltung ist des Weiteren bevorzugt vorgesehen, dass der Träger die zumindest eine erste und zumindest eine zweite Spulenvorrichtung als jeweilige archimedische Spule aufnimmt, und der Träger vorzugsweise an einem stirnseitigen Ende eines Gehäuses des Sensorelementes angeordnet sind. Dadurch kann eine sehr klein bauende und empfindliche Messsonde geschaffen werden, welche insbesondere bei einer Schichtdickenmessung im Bereich der Mikromechanik oder Mikroelektronik eingesetzt werden kann.If this alternative embodiment is further preferably provided that the carrier receives the at least one first and at least one second coil device as a respective Archimedean coil, and the carrier are preferably arranged at a front end of a housing of the sensor element. As a result, a very small and sensitive measuring probe can be created, which can be used in particular in a layer thickness measurement in the field of micromechanics or microelectronics.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Messsonde sieht an einem scheibenförmigen Träger aus einem Haltleitermaterial, insbesondere aus Silicium oder Germanium, eine Schaltung für die erste und vorzugsweise für die zweite Spulenvorrichtung vor, die implementiert oder aufgedruckt ist. Diese Anordnung ermöglicht wiederum eine bevorzugt kompakte und klein auszubildende Messsonde. Ein solcher scheibenförmiger Träger kann beispielsweise einen Außendurchmesser eines Topfkernes oder eines Sensorgehäuses oder einen kleineren Außendurchmesser aufweisen, so dass eine unmittelbare Anbringung und Einbindung an den Topfkern oder ein stirnseitiger Abschluss des Topfkernes oder eines Sensorelementes durch den scheibenförmigen Träger ermöglicht ist. Darüber hinaus weist diese Integration der Schaltung in den Träger den Vorteil auf, dass eine einfache schaltungstechnische Anordnung und Leitungsverbindung zu der zweiten und vorzugsweise ersten Spulenvorrichtung gegeben ist sowie unbewegte Teile vorliegen.A further preferred embodiment of a measuring probe provides on a disc-shaped carrier made of a semiconductor material, in particular silicon or germanium, a circuit for the first and preferably for the second coil device, which is implemented or printed. This arrangement in turn allows a preferably compact and small trainees probe. Such a disc-shaped support may for example have an outer diameter of a pot core or a sensor housing or a smaller outer diameter, so that an immediate attachment and integration with the pot core or an end-side termination of the pot core or a sensor element is made possible by the disc-shaped carrier. In addition, this integration of the circuit in the carrier has the advantage that a simple circuit arrangement and line connection is given to the second and preferably first coil device and there are stationary parts.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform zur Einbindung der Schaltung in die Messsonde ist der Träger an einer zum Gehäuseinneren der Messsonde weisenden Außenseite des Topfkerns oder Sensorgehäuses angeordnet. Alternativ kann der Träger auch an einer zur Außenseite des Gehäuses der Messsonde weisenden Stirnseite am Topfkern oder Sensorgehäuse angeordnet sein. Des Weiteren kann alternativ zwischen einer ersten und zweiten Spulenvorrichtung, welche im Topfkern angeordnet sind, der Träger mit der integrierten Schaltung beziehungsweise mit der darin implementierten Schaltung angeordnet sein. Dadurch kann die Kompaktheit einer solchen Messsonde weiter gesteigert werden.According to a preferred embodiment for the integration of the circuit in the measuring probe, the carrier is arranged on an outer side of the pot core or sensor housing facing the inside of the housing of the measuring probe. Alternatively, the carrier can also be arranged on a side facing the outside of the housing of the probe end face on the pot core or sensor housing. Furthermore, alternatively, between a first and a second coil device, which are arranged in the pot core, the carrier may be arranged with the integrated circuit or with the circuit implemented therein. As a result, the compactness of such a measuring probe can be further increased.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Sensorelement für eine Messsonde zur Messung der Dicke dünner Schichten gelöst, welches auf einem scheiben- oder ringförmigen Träger zumindest eine archimedische Spule einer ersten Spulenvorrichtung umfasst. Ein solcher Aufbau eines Sensorelementes weicht von den herkömmlichen, mit mehreren Drahtwindungen gewickelten Spulen vollständig ab. Dadurch kann ein sehr flaches und kleinbauendes Sensorelement geschaffen werden, welches insbesondere bei einer Messsonde eingesetzt wird, bei welcher die Spulenvorrichtung nahe an der Messoberfläche positioniert wird.The object underlying the invention is further achieved by a sensor element for a measuring probe for measuring the thickness of thin layers, which comprises on a disc or annular support at least one Archimedean coil of a first coil device. Such a structure of a sensor element deviates completely from the conventional coil wound with multiple turns of wire. Thereby, a very flat and small-sized sensor element can be provided, which is used in particular in a measuring probe, in which the coil device is positioned close to the measuring surface.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Sensorelementes sieht vor, dass auf der zumindest einen archimedischen Spule eine Isolierschicht aufgebracht ist, so dass diese zumindest eine Spule vollständig geschützt zwischen dem Träger und der Isolierschicht eingebunden ist. Dadurch kann ein Schutz vor Beschädigungen und vor Korrosion oder dergleichen geschaffen werden.A preferred embodiment of the sensor element provides that an insulating layer is applied to the at least one Archimedean coil, so that it is at least one coil fully protected between the carrier and the insulating layer is integrated. This can provide protection against damage and against corrosion or the like.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Träger des Sensorelementes aus einem Halbleiterelement, insbesondere aus Silicium oder Germanium, hergestellt ist und insbesondere eine Schaltung für zumindest eine archimedische Spule darauf angeordnet oder implementiert ist. Bevorzugt ist auch eine Schaltung für eine weitere Spule einer Spulenvorrichtung implementiert, so dass ein kleinbauender kompakter Topfkern mit einer ersten und zweiten Spulenvorrichtung und einer darin integrierten Schaltung ausgebildet werden kann.Furthermore, it is preferably provided that the carrier of the sensor element is made of a semiconductor element, in particular of silicon or germanium, and in particular a circuit for at least one Archimedean coil is arranged or implemented thereon. Preferably, a circuit for a further coil of a coil device is implemented, so that a small-sized compact pot core with a first and second Coil device and a circuit integrated therein can be formed.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Sensorelementes sieht vor, dass die Aufsetzkalotte aus einem Halbedelstein, insbesondere aus einem Saphir, ausgebildet ist, an den sich ein Kernabschnitt aus ferritischem Material anschließt. Ein solches Sensorelement mit der zumindest einen Spulenvorrichtung an dem Träger wird zur Ausbildung einer Messsonde eingesetzt, welche nach dem Wirbelstromverfahren eine Messung durchführt. Alternativ können die Aufsetzkalotte mit dessen Kernabschnitt und ein sich daran anschließender weiterer Kernabschnitt der vorzugsweise in radialer Erstreckungsrichtung größer ausgebildet ist gemeinsam aus einem ferritischen Material ausgebildet sein. Dadurch kann eine bessere Konzentration der Magnetlinien unmittelbar zur zu messenden Oberfläche erzielt werden. Bevorzugt ist an der Aufsetzkalotte eine Polkappe als Aufsetzfläche vorgesehen, welche vorzugsweise zumindest teilweise aus Hartmetall ausgebildet ist.A preferred embodiment of the sensor element provides that the Aufsetzkalotte of a semi-precious stone, in particular of a sapphire, is formed, to which a core portion of ferritic material connects. Such a sensor element with the at least one coil device on the carrier is used to form a measuring probe, which performs a measurement according to the eddy current method. Alternatively, the Aufsetzkalotte can be formed together with the core portion and an adjoining further core portion which is preferably larger in the radial direction of extension together from a ferritic material. As a result, a better concentration of the magnetic lines directly to the surface to be measured can be achieved. Preferably, a pole cap is provided as a contact surface on the Aufsetzkalotte, which is preferably at least partially made of hard metal.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung von zumindest einem Sensorelement mit zumindest einer ersten Spulenvorrichtung für eine Messsonde gelöst, bei dem auf einen ring- oder scheibenförmigen Träger mit einer zentralen Öffnung zumindest eine archimedische Spule aufgebracht ist, die vorzugsweise mit jeweils einer Anschlussstelle am Träger kontaktiert wird. Dadurch kann eine einfach in ein Sensorelement einzubauende Spulenvorrichtung geschaffen werden.The object on which the invention is based is furthermore achieved by a method for producing at least one sensor element having at least one first coil device for a measuring probe, in which at least one Archimedean coil is applied to a ring-shaped or disc-shaped carrier having a central opening each contacted with a connection point on the carrier. As a result, a coil device to be easily installed in a sensor element can be provided.

Zur Herstellung der zumindest einen ersten Spulenvorrichtung ist gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass auf dem Träger eine metallisch leitende Schicht aufgebracht wird, welche anschließend durch einen Materialabtrag, mechanisch oder chemisch, oder eine Materialbearbeitung in eine archimedische Spule übergeführt wird. Bei diesem Herstellungsverfahren ist beispielsweise vorgesehen, dass der Träger vollständig mit einer metallisch leitfähigen Schicht, insbesondere einer Kupferschicht, beschichtet wird. Anschließend kann beispielsweise durch eine Laserbearbeitung ein Materialabtrag erfolgen. Ebenso kann durch eine Lithographie beziehungsweise durch Ätzen ein entsprechender Abtrag geschaffen werden, so dass zumindest eine einlagige Spule auf dem Träger aufgebracht wird.To produce the at least one first coil device, it is provided according to a first embodiment of the method that a metallically conductive layer is applied to the carrier, which is then transferred by a material removal, mechanical or chemical, or a material processing in an Archimedean coil. In this production method, it is provided, for example, that the carrier is completely coated with a metallically conductive layer, in particular a copper layer. Subsequently, a material removal can take place, for example, by laser processing. Likewise, a corresponding removal can be created by lithography or by etching, so that at least one single-layer coil is applied to the carrier.

Eine alternative Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von der zumindest einen ersten Spulenvorrichtung mit zumindest einer archimedischen Spule auf einem Träger sieht vor, dass die zumindest eine archimedische Spule durch einen Aufdampfprozess auf dem Träger aufgebracht wird. Dabei können verschiedene Aufdampfverfahren vorgesehen sein, welche insbesondere eine hohe Aufdampfrate von metallisch leitenden Schichten umfassen.An alternative embodiment of the method for producing the at least one first coil device with at least one Archimedean coil on a carrier provides that the at least one Archimedean coil is applied to the carrier by a vapor deposition process. In this case, various vapor deposition methods can be provided which in particular comprise a high vapor deposition rate of metallically conductive layers.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass über einen Wickelprozess mit einem Wickeldraht zumindest eine archimedische Spule auf den Träger aufgebracht wird. Dabei wird während des Wickelprozesses ein Abstand der benachbarten Windungen eingestellt.A further embodiment of the method provides that at least one Archimedean coil is applied to the carrier via a winding process with a winding wire. In this case, a distance of the adjacent turns is set during the winding process.

Bei dem Wickelprozess wird der Wickeldraht bevorzugt auf den Träger aufgeklebt und insbesondere mit einer Andruckfolie daran befestigt. Dabei können selbst sehr feine Strukturen mechanisch sicher hergestellt werden.In the winding process, the winding wire is preferably adhered to the carrier and in particular attached thereto with a pressure film. Even very fine structures can be manufactured mechanically safely.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The invention and further advantageous embodiments and developments thereof are described in more detail below with reference to the examples shown in the drawings and explained. The features to be taken from the description and the drawings can be applied individually according to the invention individually or in combination in any combination. Show it:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messsonde, 1 FIG. 2 a schematic sectional view of a first embodiment of the measuring probe according to the invention, FIG.

2a eine schematisch vergrößerte Schnittansicht eines Sensorelementes mit einem Topfkern der Messsonde gemäß 1, 2a a schematically enlarged sectional view of a sensor element with a pot core of the probe according to 1 .

2b eine schematische Ansicht von oben auf den Topfkern gemäß 2a, 2 B a schematic top view of the pot core according to 2a .

3 eine schematisch vergrößerte Schnittansicht der zweiten Spulenvorrichtung, 3 a schematically enlarged sectional view of the second coil device,

4 und 5 schematische Seitenansichten für einen Wickelprozess zur Herstellung der zweiten Spulenvorrichtung, 4 and 5 schematic side views for a winding process for producing the second coil device,

6 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform des Sensorelements der Messsonde gemäß 1 und 6 a schematic sectional view of an alternative embodiment of the sensor element of the measuring probe according to 1 and

7 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform des Sensorelementes der Messsonde gemäß 1. 7 a schematic sectional view of another alternative embodiment of the sensor element of the measuring probe according to 1 ,

In 1 ist schematisch eine Schnittansicht einer Messsonde 11 für eine nicht näher gezeigte Vorrichtung zur Messung der Dicke dünner Schichten dargestellt. Diese Messsonde 11 wird zur zerstörungsfreien Schichtdickenmessung eingesetzt. Diese Messsonde 11 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel getrennt zur Datenverarbeitungseinrichtung der Vorrichtung zur Messung der Dicke dünner Schichten vorgesehen sein und die erfassten Messwerte über eine Verbindungsleitung 12 oder drahtlos übermitteln. Alternativ kann diese Messsonde 11 Teil der Vorrichtung zur Messung der Dicke dünner Schichten in Form eines stationären Gerätes oder eines Handgerätes sein.In 1 is a schematic sectional view of a measuring probe 11 shown for a device not shown in detail for measuring the thickness of thin layers. This probe 11 is used for non-destructive coating thickness measurement. This probe 11 According to the embodiment, it can be thinned separately from the data processing device of the thickness measuring device Layers be provided and the acquired measured values via a connecting line 12 or wirelessly. Alternatively, this probe can 11 Part of the device for measuring the thickness of thin layers in the form of a stationary device or a hand-held device.

Die Messsonde 11 weist ein Gehäuse 14 auf, welches insbesondere zylindrisch ausgebildet ist. In einer Längsachse 16 des Gehäuses 14 ist bevorzugt zumindest ein Sensorelement 17 angeordnet. Dieses Sensorelement 17 wird von einem Halteelement 18 getragen, welches an einem Endabschnitt 19 des Gehäuses 14 aufgenommen ist. An dem zumindest einen Sensorelement 17 ist in der Längsachse 16 des Gehäuses 14 eine Aufsetzkalotte 21 vorgesehen, welche beim Aufsetzen der Messsonde 11 auf einer Messoberfläche eines nicht näher dargestellten Messgegenstandes positionierbar ist, um eine Schichtdicke auf einem Grund- oder Trägermaterial zu ermitteln.The measuring probe 11 has a housing 14 on, which is in particular cylindrical. In a longitudinal axis 16 of the housing 14 is preferably at least one sensor element 17 arranged. This sensor element 17 is from a holding element 18 worn, which at one end portion 19 of the housing 14 is included. On the at least one sensor element 17 is in the longitudinal axis 16 of the housing 14 a Aufsetzkalotte 21 provided, which when placing the probe 11 can be positioned on a measuring surface of a measuring object, not shown, in order to determine a layer thickness on a base or carrier material.

Das zumindest eine Sensorelement 17 weist beispielsweise eine erste und eine zweite Spulenvorrichtung 44, 48 mit zumindest einer Spule 45 und zumindest einer Spule 71 auf. Ein solches Sensorelement 17 ermöglicht eine Messung nach dem magnetinduktiven Verfahren. Das magnetinduktive Messverfahren eignet sich zur Messung der Dicke von Nichteisenmetallschichten, wie beispielsweise Chrom, Kupfer, Zink oder dergleichen, auf magnetisierbaren Grundwerkstoffen, wie beispielsweise Stahl und Eisen, als auch für Farb-, Lack- und Kunststoffschichten auf magnetisierbaren Grundwerkstoffen, wie beispielsweise Stahl und Eisen. Der Messbereich liegt beispielsweise bei einer Schichtdicke bis zu 1800 μm, bevorzugt wird eine Frequenz von weniger als 300 Herz verwendet. Durch ein solches Sensorelement 17 ist auch die Durchführung einer Messung nach dem Wirbelstromverfahren möglich, das heißt, dass die Messung der Dicke von elektrisch nicht leitenden Schichten auf Nichteisenmetallen, zum Beispiel von Farben, Lacken, Kunststoffen auf Aluminium, Kupfer, Messing, Edelstahl oder anderen anodisierten Schichten, auf Aluminium in einem hochfrequenten Wechselfeld ermöglicht ist. Somit handelt es sich bei einer solchen Messsonde 11 um eine duale Messsonde.The at least one sensor element 17 has, for example, a first and a second coil device 44 . 48 with at least one coil 45 and at least one coil 71 on. Such a sensor element 17 allows a measurement according to the magnetic inductive method. The magnet-inductive measuring method is suitable for measuring the thickness of non-ferrous metal layers, such as chromium, copper, zinc or the like, on magnetizable base materials, such as steel and iron, as well as for color, paint and plastic layers on magnetizable base materials, such as steel and Iron. The measuring range is for example at a layer thickness up to 1800 microns, preferably a frequency of less than 300 heart is used. By such a sensor element 17 it is also possible to carry out a measurement according to the eddy current method, that is to say to measure the thickness of electrically non-conductive layers on non-ferrous metals, for example paints, lacquers, plastics on aluminum, copper, brass, stainless steel or other anodized layers, on aluminum in a high-frequency alternating field is possible. Thus, it is in such a probe 11 a dual probe.

Das zumindest eine Sensorelement 17 weist beispielsweise ein koaxial zur Längsachse 16 angeordnetes Führungselement 23 auf, welches in einem gehäusefesten Lager 24 verschiebbar aufgenommen ist. Dadurch wird die Präzision für eine verkippungsfreie Aufsetzbewegung der Messsonde 11 auf der Messoberfläche des Messgegenstandes erhöht. Das Lager 24 kann als Luftlager oder reibungsarmes Gleitlager ausgebildet sein. Dieses gehäusefeste Lager 24 ist bevorzugt auf einer Schulter 26 des Gehäuses 14 angeordnet, wodurch wiederum eine einfache und schnelle Positionierung des Lagers 24 in radialer und axialer Richtung ermöglicht ist. Das Lager 24 umfasst des Weiteren einen Anschluss 28, der zum Anschluss der Verbindungsleitung 12 vorgesehen ist. In Abhängigkeit des Einsatzzweckes kann das Gehäuse 14 entsprechend komplettiert werden. Zur Ausgestaltung einer eigenständigen Sonde gemäß dem Ausführungsbeispiel wird das Gehäuse 14 beispielsweise nach dem Anschließen der Verbindungsleitung 12 mit einem Deckel 29 oder Verschluss geschlossen, so dass eine handgeführte Messsonde über eine Verbindungsleitung 12 mit einem stationären Gerät verbunden ist. Beim Einsetzen in eine Handmesssonde oder in ein stationäres Gerät kann der Deckel 29 entfallen.The at least one sensor element 17 For example, has a coaxial with the longitudinal axis 16 arranged guide element 23 on which is in a housing fixed bearing 24 slidably received. This gives the precision for a tilt-free Aufsetzbewegung the probe 11 increased on the measuring surface of the measuring object. The warehouse 24 can be designed as an air bearing or friction bearing plain bearings. This housing fixed bearing 24 is preferably on a shoulder 26 of the housing 14 arranged, which in turn allows easy and quick positioning of the bearing 24 is made possible in the radial and axial directions. The warehouse 24 further includes a connector 28 , to the connection of the connecting line 12 is provided. Depending on the intended use, the housing 14 be completed accordingly. To design a separate probe according to the embodiment, the housing 14 For example, after connecting the connecting line 12 with a lid 29 or closure closed, leaving a hand-held probe over a connection line 12 connected to a stationary device. When inserted in a hand-held probe or in a stationary device, the lid 29 omitted.

Zwischen dem Sensorelement 17 und beispielsweise dem Anschluss 28 am Lager 24 ist eine flexible Leitung 31 oder ein flexibles Leitungsband vorgesehen, welches einer Biegebeanspruchung standhält. Eine solche Biegebeanspruchung wird durch die Hubbewegung des zumindest einen Sensorelementes 17 während dem Aufsetzen der Sonde auf der Oberfläche eines Messgegenstandes bewirkt. Dabei taucht das Sensorelement 17 zumindest geringfügig in das Gehäuse 14 ein.Between the sensor element 17 and for example the connection 28 in stock 24 is a flexible cable 31 or a flexible conduction band is provided, which withstands a bending stress. Such a bending stress is caused by the lifting movement of the at least one sensor element 17 during placement of the probe on the surface of a measurement object causes. At the same time, the sensor element emerges 17 at least slightly into the housing 14 one.

Das scheibenförmig ausgebildete Halteelement 18 ist bevorzugt an einer gehäuseendseitigen Vertiefung 33 am Endabschnitt 19 befestigt. Dadurch wird wiederum in einfacher Weise eine radiale und axiale Ausrichtung sichergestellt. In einer ersten Ausführungsform ist das Halteelement 18 mediendicht in der Vertiefung 33 befestigt. Gleichzeitig ist die Aufsetzkalotte 21 und/oder das Sensorelement 17 mit seinem Gehäuse mediendicht in einer Bohrung 35 des Halteelementes 18 vorgesehen. Somit ist das Gehäuse 14 nach außen hermetisch dicht abgeschlossen, so dass eine Beeinträchtigung der Aufsetzbewegung und somit des Eintauchens des zumindest einen Sensorelementes 17 in das Gehäuse 14 durch Verschmutzungen nicht gegeben ist.The disk-shaped holding element 18 is preferred at a housing end side recess 33 at the end section 19 attached. This in turn ensures a radial and axial alignment in a simple manner. In a first embodiment, the retaining element 18 Media-tight in the depression 33 attached. At the same time is the Aufsetzkalotte 21 and / or the sensor element 17 with its housing media-tight in a hole 35 of the holding element 18 intended. Thus, the housing 14 hermetically sealed to the outside, so that an impairment of the placement movement and thus the immersion of the at least one sensor element 17 in the case 14 due to contamination is not given.

Die Anordnung und Lagerung des zumindest einen Sensorelements 17 in der Messsonde 11 ist nur beispielhaft. Es können auch andere Ausführungsformen einer Messsonde 11 zur längsverschieblichen Lagerung des zumindest einen Sensorelements 17 im Gehäuse 14 vorgesehen sein.The arrangement and storage of the at least one sensor element 17 in the probe 11 is only an example. Other embodiments of a measuring probe may also be used 11 for the longitudinally displaceable mounting of the at least one sensor element 17 in the case 14 be provided.

Eine erste Ausführungsform des zumindest einen Sensorelements 17 für eine Messsonde 11 ist in den 2a und 2b vergrößert dargestellt und umfasst einen Topfkern 41 mit einem Mittelzapfen 42, wodurch ein ringförmiger Aufnahmeraum gebildet ist, in welcher die zweite Spulenvorrichtung 48 angeordnet ist. Bei dieser zweiten Spulenvorrichtung 48 handelt es sich um eine mehrlagig gewickelte Spule 71, welche zur Durchführung der Messung der Dicke nach dem magnetinduktiven Verfahren zusammen mit einer ersten Spulenvorrichtung 44 ausgelegt ist. An einem stirnseitigen Endabschnitt 46 des Topfkerns 41, der zur äußeren Stirnseite des Gehäuses 14 weist, ist die erste Spulenvorrichtung 44 angeordnet. Diese erste Spulenvorrichtung 44 umfasst einen scheibenförmigen Träger 49, auf welchem einlagig die Spule 51 archimedisch vorgesehen ist. Die Spule 51 ist zur äußeren Stirnseite des Gehäuses 14 weisend angeordnet. Der Träger 49 liegt bevorzugt an einer inneren umlaufenden Schulter 52 des Topfkerns 41 beziehungsweise einer durch die Stirnfläche 53 gebildeten Ebene an, so dass der Gesamtaufbau der ersten Spulenvorrichtung 44 gleich oder zumindest geringfügig hinter einer Stirnfläche 53 des Topfkerns 41 legt. Die erste Spulenvorrichtung 44 weist eine zentrale Öffnung 54 auf, durch welche sich die Aufsetzkalotte 21 erstreckt, die an dem Mittelzapfen 42 befestigt ist. Diese Aufsetzkalotte 21 umfasst einen mittleren Kernabschnitt 57, der sich bevorzugt bis zur Ebene der Stirnfläche 53 des Topfkerns 41 erstreckt und insbesondere zylindrisch ausgebildet ist. Daran anschließend ist eine verrundete Polkappe 58 ausgebildet, welche als Auflagefläche auf einem beschichteten Gegenstand zur Messung der Dicke dünner Schichten vorgesehen ist.A first embodiment of the at least one sensor element 17 for a measuring probe 11 is in the 2a and 2 B shown enlarged and includes a pot core 41 with a center pivot 42 , whereby an annular receiving space is formed, in which the second coil device 48 is arranged. In this second coil device 48 it is a multi-layer wound coil 71 for measuring the thickness by the magnetic induction method together with a first coil device 44 is designed. At a front end portion 46 of the pot core 41 leading to the outer face of the housing 14 indicates is the first coil device 44 arranged. This first coil device 44 comprises a disk-shaped carrier 49 on which single layer the coil 51 Archimedean is provided. The sink 51 is to the outer end of the housing 14 arranged pointing. The carrier 49 is preferably located on an inner circumferential shoulder 52 of the pot core 41 or one through the end face 53 formed level, so that the overall structure of the first coil device 44 equal or at least slightly behind a face 53 of the pot core 41 sets. The first coil device 44 has a central opening 54 on, through which the Aufsetzkalotte 21 extends to the center pin 42 is attached. This Aufsetzkalotte 21 includes a central core section 57 which prefers to the plane of the face 53 of the pot core 41 extends and in particular is cylindrical. After that is a rounded polar cap 58 formed, which is provided as a bearing surface on a coated article for measuring the thickness of thin layers.

Alternativ kann der Übergangsbereich von dem vorzugsweise zylindrischen Kernabschnitt 57 der Aufsetzkalotte 21 und der verrundeten Polkappe 58 gegenüber der durch die Stirnfläche 53 gebildeten Ebene zurück versetzt oder auch hervorspringend angeordnet sein.Alternatively, the transition region of the preferably cylindrical core portion 57 the Aufsetzkalotte 21 and the rounded polar cap 58 opposite to the end face 53 level formed back or also be arranged protruding.

Die Aufsetzkalotte 21 mit dem Kernabschnitt 57 besteht bevorzugt aus einem ferritischen Material, insbesondere Ferrit, und wird auch als Ferritpol bezeichnet. Dieses ferritsche Material umfasst auch die Gruppe der oxidkeramischen Werkstoffe, die permanent magnetische Bipole enthalten. Die Polkappe 58, die zumindest teilweise über eine verrundete Auflagefläche als Stirnseite der Aufsetzkalotte 21 erstreckt, besteht bspw. aus einer Hartmetallbeschichtung oder aus einem Hartmetalleinsatz, bspw. aus TiC, TiN oder Ti(c, n). Als Hartmetalleinsatz kann ein Hartmetallkern in Form eines Stiftes vorgesehen sein, der die Aufsetzkalotte 21 durchdringt. Alternativ kann auch eine Hartmetallvollkugel oder Hartmetallhalbkugel vorgesehen sein, die in der Aufsetzkalotte 21 eingesetzt ist und die Polkappe 58 bildet. Durch die in 2a dargestellte Ausführungsform des Topfkernes 41, welche einem Maßstab M = 20:1 entspricht, beträgt der Abstand der Spule 51 zum äußersten Punkt der Polkappe 58 beispielsweise 0,15 mm, wodurch diese erste Spule 51 in diesem Abstand an die Messoberfläche herangeführt werden kann.The Aufsetzkalotte 21 with the core section 57 is preferably made of a ferritic material, in particular ferrite, and is also referred to as Ferritpol. This ferrite material also includes the group of oxide ceramic materials that permanently contain magnetic bipoles. The polar cap 58 at least partially over a rounded bearing surface as the front side of the Aufsetzkalotte 21 consists, for example, of a hard metal coating or of a cemented carbide insert, for example of TiC, TiN or Ti (c, n). As carbide insert a hard metal core may be provided in the form of a pin, the Aufsetzkalotte 21 penetrates. Alternatively, it is also possible to provide a solid carbide solid or hard metal hemisphere which is in the seating dome 21 is inserted and the polar cap 58 forms. By the in 2a illustrated embodiment of the pot core 41 , which corresponds to a scale M = 20: 1, is the distance of the coil 51 to the extreme point of the polar cap 58 for example, 0.15 mm, which makes this first coil 51 can be brought to the measuring surface at this distance.

Die Aufsetzkalotte 21 ist bevorzugt aus einem Ferrit beziehungsweise aus einem ferritischen Material hergestellt. Der Topfkern 41 mit dem Mittelzapfen 42 ist bevorzugt aus einem Weicheisenmaterial hergestellt. Dabei kann der Mittelzapfen 42 als separates Bauteil hergestellt und in eine zentrale Durchgangsöffnung im Boden 43 des Topfkerns 41 eingesteckt und befestigt werden. Die aus Ferrit bestehende Aufsetzkalotte 21 kann in den Mittelzapfen 46 eingeklebt, eingepresst oder verrastet darin gehalten werden. In Anpassung der Messaufgabe kann auch der Radius der Verrundung der Polkappe 58 angepasst werden. Gleichzeitig kann eine Anpassung an den Durchmesser der ersten Spulenvorrichtung 44 ermöglicht sein.The Aufsetzkalotte 21 is preferably made of a ferrite or of a ferritic material. The pot core 41 with the center pivot 42 is preferably made of a soft iron material. Here, the center pin 42 manufactured as a separate component and in a central through hole in the ground 43 of the pot core 41 be plugged in and attached. The existing ferrite Aufsetzkalotte 21 can in the center pivot 46 glued, pressed or latched into it. In adaptation of the measuring task, the radius of the rounding of the polar cap can also be determined 58 be adjusted. At the same time, an adaptation to the diameter of the first coil device 44 be possible.

2b zeigt eine schematische Draufsicht auf den Topfkern 41 gemäß 2a. Am Außenumfang des Topfkerns 41 ist eine Nut 61 vorgesehen, durch welche Anschlussleitungen in das Gehäuseinnere der Messsonde 11 geführt werden. Des Weiteren kann im Mittelzapfen 42 eine Nut 62 vorgesehen sein, welche ebenfalls einen Freiraum zur Führung von Anschlussleitungen für die erste Spulenvorrichtung 44 ermöglicht. Über die Öffnungen 47 im Boden 43 des Topfkerns 41 können die Leitungen 31 aus dem Topfkern 41 herausgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform kann zwischen dem Träger 49 und der zweiten Spulenvorrichtung 48 eine Schaltung 76 angeordnet sein. Dadurch kann diese wiederum vollständig in das Sensorelement 17 integriert werden. Alternativ kann die Schaltung 76 auch zwischen der zweiten Spulenvorrichtung 48 und dem Boden 43 des Topfkernes 41 vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, die Schaltung 76 in den Träger 49 zu implementieren. Eine weitere alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Schaltung 76 auf einer Außenseite des Bodens 43 des Topfkerns 41 angeordnet ist. 2 B shows a schematic plan view of the pot core 41 according to 2a , On the outer circumference of the pot core 41 is a groove 61 provided, through which connection lines into the housing interior of the measuring probe 11 be guided. Furthermore, in the middle journal 42 a groove 62 be provided, which also has a free space for guiding connection lines for the first coil device 44 allows. About the openings 47 in the ground 43 of the pot core 41 can the wires 31 from the pot core 41 be led out. In this embodiment, between the carrier 49 and the second coil device 48 a circuit 76 be arranged. As a result, this in turn completely in the sensor element 17 to get integrated. Alternatively, the circuit 76 also between the second coil device 48 and the floor 43 of the pot core 41 be provided. Likewise it is possible the circuit 76 in the carrier 49 to implement. Another alternative embodiment provides that the circuit 76 on an outside of the ground 43 of the pot core 41 is arranged.

In 3 ist schematisch vergrößert die erste Spulenvorrichtung 44 im Schnitt dargestellt. Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht der Träger 49 aus Germanium oder insbesondere aus Silicium und weist beispielsweise eine Schichtdicke vom 100 μm auf. Auf diesem Träger 49 ist eine einlagige Spule als archimedische Spule 51 aufgebracht.In 3 is schematically enlarged, the first coil device 44 shown in section. According to a first embodiment, the carrier 49 from germanium or in particular from silicon and has for example a layer thickness of 100 microns. On this carrier 49 is a single-layer coil as an Archimedean coil 51 applied.

Bei der ersten Ausführungsform gemäß 3 wird zur Herstellung dieser archimedischen Spule 51 zunächst der Träger 49 mit einer metallisch leitenden Schicht, insbesondere einer Kupferschicht, versehen. Diese kann beispielsweise eine Dicke von weniger als 0,1 mm betragen. Insbesondere liegt die Dicke in einem Bereich von circa 0,01 mm. Im Anschluss daran wird mittels Laserabtrag die archimedische Spule 51 hergestellt, wobei bevorzugt eine Leitungsbreite von beispielsweise 0,019 mm bei einer Dicke von 0,01 mm verbleibt und zwischen den einzelnen Windungen ein Abstand in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,05 mm, insbesondere von 0,01 mm, verbleibt. Auf diese Spule 51 kann eine nicht näher dargestellte Isolierschicht oder Schutzschicht aufgebracht werden, beispielsweise in Form eines Lackes oder dergleichen.In the first embodiment according to 3 becomes the manufacture of this Archimedean spool 51 first the carrier 49 provided with a metallically conductive layer, in particular a copper layer. This may for example be a thickness of less than 0.1 mm. In particular, the thickness is in a range of about 0.01 mm. Following this, the Archimedean coil is laser ablated 51 produced, wherein preferably a line width of, for example, 0.019 mm at a thickness of 0.01 mm remains and between the individual turns a distance in a range of 0.1 mm to 0.05 mm, in particular 0.01 mm remains. On this coil 51 can be applied to an insulating layer or protective layer, not shown, for example in the form of a paint or the like.

Bei dem aus bspw. Silizium ausgebildeten Träger 49 kann eine Scheibe mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Dicke von 0,2 mm eine einlagige archimedische Spule 51 aufbringen. In ein konzentrisches Innenloch 54 des Trägers 49 wird bevorzugt eine Aufsetzkalotte 21 mit einem Kern 57 aus ferritschem Material eingesetzt. Im Zusammenspiel mit vorzugsweise einer einlagigen archimedischen Spule 51 auf dem Träger 49 mit hinreichenden Windungszahlen ist ermöglicht, dass die Sonde 17 zur Wirbelstrommessung verwendet wird. Durch die Polkappe 58 konzentriert sich das Feld der einlagigen Spule 51 der Gestalt, dass die räumliche Ausdehnung des Feldes äußerst gering ist. Es genügt im Moment dass die Länge des ferritschen Pols 58 etwa dem mittleren Durchmesser einer einlagigen archimedischen Spule 51 entspricht. Verlängert man den zylindrischen ferritschen Pol 58 am Ende mit einem Mittelzapfen 42 oder einem Kern aus Weicheisen, wird die Permeabilität einer derartigen Anordnung nur unwesentlich verändert. Dies ermöglicht, dass bei Einbringung einer zweiten Spulenanordnung 48, die bei Niederfrequenz betrieben wird, die Wirkungsweise der einlagigen archimedischen Spule 51 im Wirbelstrombetrieb nicht beeinflusst. In the example formed from silicon carrier 49 For example, a disc with a diameter of 3 mm and a thickness of 0.2 mm may be a single-layer Archimedean coil 51 muster. In a concentric inner hole 54 of the carrier 49 is preferably a Aufsetzkalotte 21 with a core 57 used from ferrite material. In interaction with preferably a single-layer Archimedean coil 51 on the carrier 49 With sufficient numbers of turns this allows the probe 17 is used for eddy current measurement. Through the polar cap 58 the field concentrates the single-layer coil 51 the shape that the spatial extent of the field is extremely small. It is sufficient at the moment that the length of the ferrite pole 58 about the mean diameter of a single-layered Archimedean coil 51 equivalent. Extend the cylindrical ferrite pole 58 at the end with a center pivot 42 or a core of soft iron, the permeability of such an arrangement is only slightly changed. This allows that when introducing a second coil assembly 48 operated at low frequency, the operation of the single-layer Archimedean coil 51 not affected in eddy current operation.

Als weitere Alternative zur Herstellung der Spule 51 auf dem Träger 49 wird ein Ätzverfahren eingesetzt, um die archimedische Spule 51 auszubilden. Des Weiteren kann alternativ ein Aufdampfverfahren von metallischen Schichten auf dem Träger 49 eingesetzt werden.As another alternative to making the coil 51 on the carrier 49 An etching process is used to create the Archimedean coil 51 train. Furthermore, alternatively, a vapor deposition of metallic layers on the carrier 49 be used.

Eine weitere alternative Ausführungsform zur Herstellung der ersten Spulenvorrichtung 44 ist in den 4 und 5 dargestellt. Beispielsweise wird der Träger 49 auf einer Wickelachse 66 aufgebracht, welcher an einer Grundplatte 67 anliegt. Über ein Andruckelement 68, insbesondere eine Andruckfolie, wird eine Spaltbreite zum Träger 49 gebildet, wobei durch eine entsprechende Zuführung der Abstand zur benachbarten Windung eingestellt wird und über das Andruckelement 68 ein Verkleben der jeweils zugeführten Windung erfolgt. Eine solche Wickeltechnik ist selbst bei filigranen Strukturen wie der vorliegenden Erfindung möglich, bei welcher der Gesamtdurchmesser des Trägers 49 weniger als beispielsweise 3 mm beträgt.A further alternative embodiment for producing the first coil device 44 is in the 4 and 5 shown. For example, the carrier becomes 49 on a winding axis 66 applied, which on a base plate 67 is applied. Via a pressure element 68 , In particular a pressure film, a gap width to the carrier 49 formed, being set by a corresponding feed the distance to the adjacent turn and the pressure element 68 a bonding of each supplied turn is done. Such a winding technique is possible even with filigree structures such as the present invention in which the overall diameter of the carrier 49 less than, for example, 3 mm.

Die erste Spulenvorrichtung 44 ist bevorzugt einlagig ausgebildet. Alternativ kann eine einlagige Anordnung gewählt werden, jedoch zwei oder mehrere Spulen 51 vorgesehen sein, die jeweils ebenfalls eine archimedische Anordnung aufweisen und hintereinander beziehungsweise nebeneinander liegen. Des Weiteren können alternativ mehrere Lagen von Spulen 51 übereinander angeordnet sein, welche jedoch durch eine elektrische Isolierung oder eine Isolierschicht voneinander getrennt werden. Ebenso kann eine Kombination von übereinander und nebeneinander beziehungsweise hintereinander liegenden Spulen 51 ermöglicht sein.The first coil device 44 is preferably formed in one layer. Alternatively, a single-layer arrangement can be selected, but two or more coils 51 be provided, each also having an Archimedean arrangement and are behind each other or next to each other. Furthermore, alternatively, multiple layers of coils 51 be arranged one above the other, which, however, are separated by an electrical insulation or an insulating layer. Likewise, a combination of superposed and juxtaposed or successive coils 51 be possible.

Beim Aufbau des Sensorelementes 17 kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der Träger 49 aus einer Siliciumscheibe besteht und in dieses Material eine Schaltung der ersten und/oder der zweiten Spulenvorrichtung 44, 48 integriert beziehungsweise implementiert ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Träger 49 aus einem anderweitigen, nicht magnetisierbaren und nicht elektrisch leitenden Material besteht und ergänzend eine Siliciumscheibe diesem Träger 49 zugeordnet wird, in dem die zumindest eine Schaltung enthalten ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Flexibilität zur Positionierung der Schaltung 76 im Sensorelement 17, insbesondere zum Topfkern 41, erhöht. Bei der Integration der Schaltung 76 in dem Träger 49, der die zumindest eine archimedische Spule 51 aufnimmt, ist eine weitere Minimierung der Baugröße möglich. Je kleiner solche Sensorelemente 17 ausgebildet sind, desto unabhängiger ist die Messung der Dicke dünner Schichten von Störgrößen, insbesondere ein Krümmungsradius von zu prüfenden Oberflächen. Des Weiteren wird dadurch der Vorteil erzielt, dass kurze und einfache Leitungsanbindungen von der Schaltung 76 zur ersten und zweiten Spulenvorrichtung 44, 48 gegeben sind und eine zentrale Leitung entweder entlang des Mittelzapfens 42 in der Nut 62 oder beispielsweise entlang der Nut 61 am Außenumfang des Topfkernes 41 geführt und aus dem Gehäuse 14 herausgeführt werden kann.When building the sensor element 17 may further be provided that the carrier 49 consists of a silicon wafer and in this material a circuit of the first and / or the second coil device 44 . 48 integrated or implemented. Alternatively, it can also be provided that the carrier 49 consists of another, non-magnetizable and non-electrically conductive material and in addition a silicon wafer this carrier 49 is assigned, in which the at least one circuit is included. In this embodiment, the flexibility for positioning the circuit 76 in the sensor element 17 , in particular to the pot core 41 , elevated. When integrating the circuit 76 in the carrier 49 that is the at least one Archimedean coil 51 A further minimization of the size is possible. The smaller such sensor elements 17 are formed, the more independent is the measurement of the thickness of thin layers of disturbances, in particular a radius of curvature of surfaces to be tested. Furthermore, this provides the advantage that short and simple line connections from the circuit 76 to the first and second coil device 44 . 48 are given and a central line either along the center pin 42 in the groove 62 or for example along the groove 61 on the outer circumference of the pot core 41 guided and out of the case 14 can be led out.

Bei der Dimensionierung des Durchmessers eines Kernabschnittes 57 der aus Ferrit hergestellten Aufsetzkalotte 21 ist bevorzugt vorgesehen, dass diese dem halben Durchmesser des mittleren Durchmessers der Spule 51 der zweiten Spulenvorrichtung 48 entspricht. Ebenso kann der Durchmesser des Kernabschnitts 57 der Aufsetzkalotte 21 größer ausgebildet sein.When dimensioning the diameter of a core section 57 the ferrule made of ferrite 21 is preferably provided that this half the diameter of the mean diameter of the coil 51 the second coil device 48 equivalent. Likewise, the diameter of the core section 57 the Aufsetzkalotte 21 be formed larger.

In 6 ist eine alternative Ausführungsform eines Sensorelements 17 zu den 2a und b dargestellt. Bei diesem Sensorelement 17 sind sowohl die erste Spulenvorrichtung 47 als auch die zweite Spulenvorrichtung 48 als archimedische Spule 51, 71 ausgebildet. In einer Durchgangsöffnung 54 des Trägers 49 ist eine Aufsetzkalotte 21 hindurchgeführt, welche vorzugsweise aus einem ferritischen Material wie ein auf der Rückseite des Trägers 49 angeordneter weiterer Kernabschnitt 72 ausgebildet ist. Dieser Kern 72 erstreckt sich vorzugsweise der Spule 51 gegenüberliegend in einer radialen Erstreckungsrichtung, vorzugsweise entsprechend dem Durchmesser der Spule 51. Der Träger 49 wird von einem Sensorgehäuse 73 aufgenommen. Diese Anordnung und Fixierung des Trägers 49 zum Sensorgehäuse 73 kann in Analogie zum Topfkern 41 gemäß dem Sensorelement 17 erfolgen. In einem zwischen dem Träger 49 und dem Sensorelement 73 gebildeten Freiraum 74 kann eine Gussmasse eingebracht werden. Alternativ kann dieser auch als Luftraum ausgebildet sein.In 6 is an alternative embodiment of a sensor element 17 to the 2a and b. In this sensor element 17 Both are the first coil device 47 as well as the second coil device 48 as an Archimedean spool 51 . 71 educated. In a through hole 54 of the carrier 49 is a Aufsetzkalotte 21 passed, which is preferably made of a ferritic material such as one on the back of the carrier 49 arranged another core section 72 is trained. This core 72 preferably extends the coil 51 opposite in a radial extension direction, preferably according to the diameter of the coil 51 , The carrier 49 is from a sensor housing 73 added. This arrangement and fixation of the carrier 49 to the sensor housing 73 can be analogous to the pot core 41 according to the sensor element 17 respectively. In one between the carrier 49 and the sensor element 73 formed free space 74 a casting compound can be introduced. Alternatively, this can also be designed as airspace.

Bei dieser Ausführungsform gemäß 6 ist vorgesehen, dass die zweite Spulenvorrichtung 48 in Analogie zur ersten Spulenvorrichtung 44 ausgebildet ist und diese umgibt sowie ebenfalls auf dem Träger 49 aufliegt. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die zweite Spule 71 der ersten Spule 51 gegenüberliegend angeordnet, wie dies in 6 dargestellt ist. Alternativ können auch beide Spulen 51, 71 auf derselben Seite des Trägers 49 angeordnet sein. Bevorzugt sind beide Spulen 51, 71 einlagig als archimedische Spule ausgebildet. Dadurch werden diese Spulenvorrichtung 44, 48 während der Messung quasi unmittelbar zur Messoberfläche positioniert, so dass die Messempfindlichkeit erhöht ist. Durch ein solches Sensorelement 17 kann sowohl eine Messung nach dem Wirbelstromverfahren als auch nach dem magnetinduktiven Verfahren durchgeführt werden.According to this embodiment 6 is provided that the second coil device 48 in analogy to the first coil device 44 is formed and surrounds and also on the support 49 rests. According to a first embodiment, the second coil 71 the first coil 51 arranged opposite, as in 6 is shown. Alternatively, both coils can be used 51 . 71 on the same side of the carrier 49 be arranged. Both coils are preferred 51 . 71 single layer formed as Archimedean coil. This will make this coil device 44 . 48 positioned during the measurement almost directly to the measurement surface, so that the measurement sensitivity is increased. By such a sensor element 17 Both a measurement by the eddy current method and by the magnetic inductive method can be performed.

Dieses Sensorelement 17 kann des Weiteren eine Schaltung 76 umfassen, welche beispielsweise auf einer Innenseite eines Bodens des Sensorgehäuses 73 angeordnet ist. Dadurch kann eine einfache innenliegende Kontaktierung der Spulen 51, 71 mit den Anschlussleitungen 77, 78 erfolgen. Bevorzugt sind an dem Träger 49 Anschlussstellen oder Kontaktstellen vorgesehen, so dass eine einfache Anbindung der Anschlussleitungen 77, 78 ermöglicht ist. Alternativ kann die Schaltung 76 auch auf einer Außenseite des Sensorgehäuses 73 vorgesehen sein. Ebenso kann die Schaltung 76 in dem Träger 49 implementiert werden. Über Anschlussleitungen 31, die aus dem Sensorgehäuse 73 herausführen, werden die ermittelten Daten über die Verbindungsleitung 12 an die Datenverarbeitungseinrichtung weitergeleitet.This sensor element 17 Furthermore, a circuit 76 which, for example, on an inner side of a bottom of the sensor housing 73 is arranged. This allows a simple internal contacting of the coils 51 . 71 with the connecting cables 77 . 78 respectively. Preference is given to the carrier 49 Provided connection points or contact points, so that a simple connection of the connecting cables 77 . 78 is possible. Alternatively, the circuit 76 also on an outside of the sensor housing 73 be provided. Likewise, the circuit 76 in the carrier 49 be implemented. Via connecting cables 31 coming from the sensor housing 73 lead the data obtained through the connection line 12 forwarded to the data processing device.

Die Aufsetzkalotte 21 kann bei dieser Ausführungsform eine Polkappe 58 aufweisen, welche als Einsatz oder Stift ausgebildet ist. Dafür ist insbesondere ein Hartmetall vorgesehen, so dass die Polkappe 58 verschleißfester als das Material des Kernabschnitts 57 ist. Die Polkappe 58 kann auch nur als Beschichtung aus Hartmetall ausgebildet sein. Diese kann gegenüber der verrundeten Aufstandsfläche in einem kleineren Durchmesser ausgebildet sein oder die gesamte verrundete Auflagefläche überdecken.The Aufsetzkalotte 21 can in this embodiment a polar cap 58 have, which is designed as an insert or pen. For a hard metal is provided in particular, so that the polar cap 58 more wear resistant than the material of the core section 57 is. The polar cap 58 may also be formed only as a coating of hard metal. This can be formed with respect to the rounded footprint in a smaller diameter or cover the entire rounded support surface.

In 7 ist eine weitere alternative Ausgestaltung eines Sensorelementes 17 dargestellt. Bei diesem Sensorelement 17 ist vorgesehen, dass dieses nur zur Messung nach dem Wirbelstromverfahren einsetzbar ist. Dieses Sensorelement 17 entspricht quasi der Ausführungsform gemäß 6, wobei eine zweite Spulenvorrichtung 48 nicht vorgesehen ist.In 7 is a further alternative embodiment of a sensor element 17 shown. In this sensor element 17 It is envisaged that this can only be used for measuring according to the eddy current method. This sensor element 17 corresponds more or less to the embodiment according to 6 wherein a second coil device 48 is not provided.

Dieses Sensorelement 17 umfasst eine erste Spulenvorrichtung 44 mit einer archimedischen Spule 51, welche auf dem Träger 49 bevorzugt einlagig aufgebracht ist. Der Träger 49 ist an dem Kernabschnitt 72 befestigt. Der Kernabschnitt 72 besteht bevorzugt aus ferritischem Material. Ebenso ist die Aufsetzkalotte 21 aus ferritischem Material ausgebildet und vorzugsweise einstückig mit dem Kernabschnitt 72 verbunden. Dieser Träger 49 mit dem daran angeordneten Kernabschnitt 72 und der ersten Spulenvorrichtung 44 kann von einem Sensorgehäuse 73 aufgenommen werden, welches in ein Gehäuse 14 gemäß 1 oder einem weiteren Gehäuse von Messsonden einsetzbar ist. Der Träger 49 gemäß den 6 und 7 kann entsprechend den vorbeschriebenen Alternativen ausgebildet sein. Gleiches gilt für die darauf angebrachte erste und zweite Spulenvorrichtung 44, 48.This sensor element 17 comprises a first coil device 44 with an Archimedean spool 51 which on the carrier 49 preferably applied in one layer. The carrier 49 is at the core section 72 attached. The core section 72 is preferably made of ferritic material. Likewise, the Aufsetzkalotte 21 formed of ferritic material and preferably in one piece with the core portion 72 connected. This carrier 49 with the core section arranged thereon 72 and the first coil device 44 can from a sensor housing 73 be taken, which in a housing 14 according to 1 or another housing of probes can be used. The carrier 49 according to the 6 and 7 can be designed according to the alternatives described above. The same applies to the attached first and second coil device 44 . 48 ,

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung des Sensorelementes 17 mit der ersten und zweiten Spulenvorrichtung 44, 48 wird somit die Messempfindlichkeit für dünne Schichten erhöht, indem durch die Ausgestaltung des Ferritkerns zur zweiten Spulenvorrichtung 48 eine höhere Feldkonzentration erzielt wird. Dadurch erfolgt eine bessere Auflösung. Darüber hinaus kann insbesondere für die zweite Spulenvorrichtung 48, welche für die magnetinduktive Messmethode im niederfrequenten Bereich eingesetzt wird, eine nähere Positionierung zum Messgegenstand erzielt werden.Due to the inventive design and arrangement of the sensor element 17 with the first and second coil devices 44 . 48 Thus, the measurement sensitivity for thin layers is increased by the design of the ferrite core to the second coil device 48 a higher field concentration is achieved. This results in a better resolution. In addition, in particular for the second coil device 48 , which is used for the magnetic-inductive measurement method in the low-frequency range, a closer positioning to the measurement object can be achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005054593 A1 [0002]

Claims

Measuring probe for measuring the thickness of thin layers with a housing ( 14 ), with at least one sensor element ( 17 ), which along a longitudinal axis ( 16 ) in the housing ( 14 ) is received at least slightly movable and which at least a first coil device ( 44 ), which the longitudinal axis ( 16 ) is assigned, with a to the outer end side of the housing ( 14 ) pointing calotte ( 21 ), which in the longitudinal axis ( 16 ), characterized in that the Aufsetzkalotte ( 21 ) the first coil device ( 44 ), which consists of a disk-shaped or annular support ( 49 ) with at least one Archimedean coil ( 51 ) is trained.

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the first coil device ( 44 ) a single-layer Archimedean coil ( 51 ) on the support ( 49 ).

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the at least one sensor element ( 17 ) at least one second coil device ( 48 ), which the longitudinal axis ( 16 ) in the housing ( 14 ) and in a magnetic pot core ( 51 ) is arranged, at whose center pin ( 42 ) to the outer face of the housing ( 14 ) pointing a Aufsetzkalotte ( 21 ) is provided, wherein the second coil device ( 48 ) as a multi-layer wound coil ( 45 ) is trained.

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the Aufsetzkalotte ( 21 ) is made of a ferritic material and in particular consists of iron oxide or of a plastic material with iron particles and preferably a rounded polar cap ( 58 ) as a bearing surface.

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the Aufsetzkalotte ( 21 ) a rounded polar cap ( 58 ) as a bearing surface to which a core portion ( 57 ), with which the Aufsetzkalotte ( 21 ) to the pot core ( 51 ). is fixed, in particular the length of the core portion ( 57 ) of the Aufsetzkalotte ( 21 ) is equal to or slightly larger than the thickness of the first coil device ( 46 ) is formed, to which a core section ( 57 ).

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the Archimedean coil ( 51 ) of the first coil device ( 44 ) to the front of the housing ( 14 ) is positioned facing outward.

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the carrier ( 49 ) of the first coil device ( 44 ) at the frontal portion of the Aufsetzkalotte ( 21 ) adjacent to the polar cap ( 58 ) or at a front end portion ( 46 ) of the pot core ( 51 ) is attached by an adhesive, latching or plug connection.

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the carrier ( 49 ) consists of an electrically non-conductive and non-magnetizable material, which is preferably flat disc or annular,

Measuring probe according to claim 1, characterized in that the carrier ( 49 ) is formed of a semiconductor material, in particular germanium or silicon, which preferably has a thickness of less than 300 microns or more preferably less than 150 microns.

Measuring probe according to claim 1, characterized in that on the at least one Archimedean coil ( 51 ) of the first coil device ( 44 ) An insulating layer is applied.

Measuring probe according to claim 1, characterized in that on the support ( 49 ) at least one second coil device ( 48 ) is provided, which the first coil device ( 44 ) and as at least one other Archimedean coil ( 71 ) is formed and preferably on the same or an opposite side of the carrier ( 49 ) is arranged.

Measuring probe according to claim 11, characterized in that the carrier ( 49 ) another ferritic core section ( 72 ) with a Aufsetzkalotte ( 21 ) associated with the carrier ( 49 ) of the first coil ( 51 ) is arranged opposite and in the radial direction of extension, the first coil ( 51 ) covered.

Measuring probe according to claim 11, characterized in that the carrier ( 49 ) the at least one first and at least one second coil device ( 44 . 48 ) as respective Archimedean coil ( 51 . 71 ) and the carrier ( 49 ) preferably at a front end of a sensor housing ( 73 ) of the sensor element ( 17 ) is arranged.

Measuring probe according to claim 7, characterized in that the carrier ( 49 ) of a semiconductor material an implemented or impressed circuit at least for the first coil device ( 44 ).

Measuring probe according to claim 14, characterized in that the carrier ( 49 ) with an imprinted or imprinted circuit ( 76 ) on an outer side of the pot core ( 41 ) or the sensor housing ( 73 ), in the pot core ( 41 ) or the sensor housing ( 73 ), or at one to Outside of the housing ( 14 ) facing end side of the pot core ( 41 ) or the sensor housing ( 73 ) is arranged.

Measuring probe according to claim 14 or 15, characterized in that the carrier ( 49 ) with the implemented circuit between the first and the pot core ( 41 ) arranged second coil device ( 44 . 48 ) is arranged.

Sensor element for a measuring probe for measuring the thickness of thin layers, in particular according to the preamble of claim 1, characterized in that on a disk or annular support ( 49 ) at least one Archimedean coil ( 51 ) as the first coil device ( 44 ) is arranged.

Sensor element according to claim 17, characterized in that the at least one Archimedean coil ( 51 ) in one layer on the support ( 49 ) is applied.

Sensor element according to claim 17 or 18, characterized in that on the at least one Archimedean coil ( 51 ) An insulating layer is applied.

Sensor element according to claim 17 to 19, characterized in that the carrier ( 49 ) consists of a semiconductor material, in particular of germanium or silicon, and preferably has a thickness of less than 300 .mu.m, in particular less than 150 .mu.m.

Sensor element according to claim 17, characterized in that in the carrier ( 49 ) a circuit for at least one coil ( 51 ) is implemented or printed.

Sensor element according to claim 17, characterized in that a pole cap ( 58 ) of the Aufsetzkalotte ( 21 ) is formed of a semi-precious stone, in particular of sapphire, to which a core section ( 72 ) made of ferritic material or that the Aufsetzkalotte ( 21 ) with the core section ( 57 ) and the further core section ( 72 ) are formed from a ferritic material, which preferably has a polar cap ( 58 ) made of hard metal.

Method for producing at least one sensor element ( 17 ) with at least one coil device ( 44 ) for a measuring probe ( 11 ), in particular according to one of claims 1 or 16, characterized in that on an annular or disc-shaped carrier ( 49 ) at least one Archimedean coil ( 51 ) with connection contacts to the carrier ( 49 ) is applied.

Method according to claim 23, characterized in that - on the support ( 49 ) applied a metallically conductive layer and by a material removal the at least one Archimedean coil ( 51 ) or - that on the carrier ( 49 ) by a vapor deposition at least one Archimedean coil ( 51 ) is applied or - that on the carrier by a winding process at least one Archimedean coil ( 51 ) is applied.

A method according to claim 23, characterized in that a winding wire on the carrier ( 49 ) and in particular with a pressure element ( 68 ) on the support ( 49 ) is secured during and / or after the winding process.