DE2115437A1

DE2115437A1 - Verfahren zur berührungslosen Leitfähigkeitsmessung

Info

Publication number: DE2115437A1
Application number: DE19712115437
Authority: DE
Inventors: Anselm Dipl.-Phys. 8403 Bad Abbach; Preininger Johann Dipl.-Ing. 8401 Graßlfing; Keßler Hartmut Dipl.-Ing. 8400 Regensburg Neuwald
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1972-10-12
Also published as: DE2115437C3; DE2115437B2

Description

Verfahren zur berührungslosen eitfahigkeismessung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der i,eitfähigkeit einer elektrisch leitenden Schicht, insbesondere einer Metallbelegung von Kondensatorfolien.
Bekannt sind Verfahren zur Leitfähigkeitsmessung, die eine mechanische Kontaktierung verwenden. Die Nachteile solcher Verfahren liegen in den Kontaktschwierigkeiten und in der Ge.fSlr der Beschädigung insbesonders von dünnen Folien.
Auch die automatische und seirnelle Kontaktierung macht hierbei Schwierigkeiten.
Die Aufgabe, die dieser Erfindung zugrundeliegt, ist eine berührungslose Beitwertmessung, die zur Überwachun.g des Leitwertes insbesondere bei der Fertigung einer elektrisch leitenden Schicht, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrisch leitende Schicht in das Magnetfeld der Induktivität eines Schwingkreises so eingebracht wird, daß sie von den magnetischen Kraftlinien in mindestens zwei räumlich begrenzten uchtrittsbereichen, die eine definierte Lage zueinander einnehmen, in einander entgegengesetzten Richtungen durchdrungen wird, und daß eine durch die Wirbelströme in der elektrisch leitenden Schicht hervorgerufene Verkleinerung der Sch.wingungsamplitude als Maß für di,e e].ektrische Leitfähigkeit ausgewertet wird, Die Wirbel ströme nehmen bei diesem Meßverfahren auch in einer elektrisch leitenden Schicht großer Ausdehnung mit gleichzeitig wachsenden Entfernungen von zwei Durchtrittsbereichen gleicher magnetischer Feldstärke mit entgegengesetzte Durchtrittsrichtung schneller als mit dem Quadrat des Abstandes vom Mittelpunkt des näheren Lurchtrittsbereiches ab. Aus der Maxwell'schen Gleichung ergibt sich, daß auf einem Weg um zwei derartige Durchtrittsbereiche kein Wirbelstrom entsteht. Abgesehen davon läßt sich die Verteilung der Wirbelströme in Abhängigkeit von den Abmessungen und der gegenseitigen Lage der Durchtrittsbereiche berechnen.
Mit diesem Verfahren werden die Vorteile erzielt, daß die Leitwertsmessung ohne Beschädigung der elektrisch leitenden Schicht erfolgt, daß Fehler durch Kontaktwiderstände vermieden werden, daß auch die Leitfähigkeit von beiseitig mit elektrisch nichtleitenden Schichten überzogenen elektrisch leitenden Schichten ohne Beschädigung der elektrisch nichtleitenden Schicht gemessen werden kann, daß das Verfahren nur einen beschrankten Bereich einer Folie erfaßt und sich daher zur laufenden Überwachung der Leitfähigkeit einer elektrisch leitenden Schicht, z.B. in einer Fertigungsstraße, und zur automatischen Steuerung von Fertigungsschritten eignet.
Eine genauere Begrenzung des vom Wirbelstrom umfaßten Bereiches der elektrisch leitenden Schicht'auf den Zwischenraum zwischen den Durchtrittsbereichen erreicht man dadurch, daß ein erster Durchtrittsbereich von einem zweiten umschlossen wird bzw. dadurch, aaß ein erster Durchtrittsbereich von einer Gruppe weiterer Durchtrittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen Kraftlinien den ersten Durchtrittsbereich in einer und die Gruppe weiterer Durchtrittsbereiche in der entgegengesetzten Richtung durchdringen, oder daß eine erste Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche von einer zweiten Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen Kræftlinien die erste Gruppe von Durchtrittsbereichen in einer und die zweite Gruppe in der entgegengesetzten Richtung durchdringen.
Eie besonders gleichmäßige Verteilung der Wirbelströme erreicht man dadurch, daß ein erster Durchtrittsbereich im wesentlichen die Form einer kreisrunden Scheibe oder eines Ringes und der zweite im wesentlichen die Form eines konzentrisch den ersten Bereich umschließenden Ringes besitzt. Diese Formen der Durchtrittsbereiche werden dadurch erreicht, daß die magnetische Schicht zwischen zwei Halbschlen einer Schalenkernspule hindurchgeführt wird und die Halbschalen so gewählt und angeordnet werden, daß der magnetische Weg über die zum Hindurchführen der elektrisch leitenden Schicht erforderlichen Luft-.spalte einen deutlich größeren magnetischen Leitwert aufv.teist als die Summe aller anderen für die magnetischen Kraftlinien denkbaren Wege Diese Gestaltung des Verfahrens erlaubt aufgrund ihrer genauen Begrenzung des von den Wirbelströmen erfaßten Bereiches die Messung des spezifischen Leitwertes und seiner Verteilung über eine elektrisch leitende Schicht Eine besonders günstige, weitere Ausbildung des Verfahrens ist es, daß ei konstanter spezifischer Le;-tfäligkeit des r.5aterial der elektrisch leitenden Schicht die Leitfähigkeit als Maß für die Schichtdicke ausgewertet wird.
Linse rationelle Durchführung von Serienessung folgt daraus, daß die elektrisch leitende Schicht in einer Richtung bewegt wird, die eine zu den magnetischen Kraftlinien senkrecht stehende Komponente enthält, und daß dabei laufend Messungen durchgeführt werden.
Die Änderung der Leitfähigkeit in einer ausgewählten Richtung auf der zu messenden Schicht läßt einfach registrieren, indem die Meßwerte von einem Koordinatenschreiber in Abhängigkeit von der Bewegung in der ausgewählten Richtung aufgezeichnet werden Ei.ne derartige Aufzeichnung läßt sich dahingehend auswerten, daß aus örtlich begrenzten Einbrüchen in der Leitfähigkeitskurve Kratzer oder Risse in der elektrisch leitenden Schicht lokalisiert und bewertet werden.
Eine Messung der für selbstheilende Kondensatoren erwünschten Mikrorißstruktur ermöglicht das Verfahren, indem bei der Herstellung einer beiseitig lackierten Metallfolie durch Vergleich der Meßwerte einer elektrisch leitenden Schicht vor und nach dem Lackauftrag auf der zweiten Seite der Metallfolie die durch das Lackieren entstandene Mikrorißstruktur bewertet wird.
Zur rationellen Steuerung der Aufdampfungsrate bei der Bedampfung von Kondensatorfolien ist es zweckmäßig, daß durch laufende Messungen an einer metallbedampften Kondensatorfilis die Aufdampfrate im Bedampfen automatisch geregelt wird.
Eine typische Vcrrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist dadurch gegeben, daß der Schwingkreis über einen elektrisc.hen Widerstand mit einem auf Resonanzfrequenz eingestellten Wechselspannungsgenerator verbunden ist und daß der elektrische Widerstand in der Größenordnung des Resonanz-Niderstandes des Schwingkreises liegt. Die genannte Bemessung des Vorweiderstandes ergibt einen besonders großen Meßbereich.
Für die relativ dünnen Belegzlgen von Kondensatorfolien empfiehlt es sich, daß der Schwingkreis als Parallelresonanzkreis ausbildet ist.
Die Erfindung viird im folgenden anhand eines Beispiels naher erläutert, Figur 1 zeigt eine Schalenkernspule, durch die eine Polie erfindungsgemäß hindurchgeführt wird, in geschnittener und teilweise gebrochener Ansicht.
Figur 2 zeigt die Draufsicht auf die Folie ohne die obere Schalenkernhälfte, wobei die Stromlinien der Wirbelströme eingezeichnet sind.
Zwischen die Schalenkernhälften 1 und 2 mit den Schwingkreispulen 3 und 4 ist eine elektrisch leitende Polie 5, die mit zwei nichtleitenden Schichten 6 und 7..bedeckt ist, eingelegt und wird in Richtung A bewegt. Durch einen Strom in den Spulen 3 und 4 werden magnetische Kraftlinien erzeugt, die gleichzeitig in den Zapfen 8, 9 die den Durchtrittsbereich 14 bestimmen, der Schalenkernhälften 1 und 2 in Richtung B und in den Außenwänden 10, 11, die den Durchtrittsbereich 16 bestimmen, in Richtung C verlaufen, Diese magnetischen Kraftlinien rufen in der elektrisch leitenden Schicht 5 Wirbelströme hervor, deren Stromlinien in Richtung D verlaufen. Die elektrisch leitenden Schicht 5 weist eine Stufe 12 auf, die beim Durchlaufen des Magnetfeldes der Schwingkreisspule 15 einen Sprung der Leitfähigkeit hervorrufen wird.
Ein Riß 13, der einen vom Wirbelstrom durchflossenen Bereich aufbennt, ergibt eine Einengung und/oder Aufteilung des Wirbelstroms und vermindert dadurch während seines Durchlaufs die Anzeige für den Leitwert, bis der Wirbeletrom wieder in Richtung der Stromlinien D fließen kann.
14 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche (2 Verfahren zur Messung der Leitfähigkeit einer elektrisch v ' leitenden Schicht, insbesondere einer Metallbelegung von Kondensatorfolien, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die elektrisch leitende Schicht (5) in das Magnetfeld der Induktivität eines Schwingkreies so eingebracht -wird, daß sie von den magnetischen Kraftlinien in mindestens zwei räumlich begrenzten Durchtrittsbereichen (14,16), die eine definierte Lage zueinander einnehmen, in einander entgegengesetzten Richtungen (B,C) durchdrmlgen wird, und daß eine durch die Wirbelströme in der elektrisch leitenden Schicht (5) hervorgerufene Verkleinerung der Schvwinggungsamplitude als Maß für die elektrische Leitfähigkeit ausgewertet wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein erster Durctitrittsbereich (14) von einem zweiten (16) umschlossen wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c-h n e t , daß ein erster Durchtrittsbereich von einer Gruppe weiterer Durchtittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen KraftJinien den ersten Durchtrittsbereich in einer und die Gruppe weiterer Durchtrittsbereiche in der entgegengesetzten Richtung durchdringen.
4o) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine weste Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche von einer zweiten Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen Kraftlinien die erste Gruppe von Durchtrittsbereichen in ender und die zweite Gruppe in der entgegengesetzten Richtung durchdringen.
SO) Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein erster Durchtrittsbereich (14) t im wesentlichen die Form einer kreisrunden Scheibe oder eines Ringes und der zweite (16) in wesentlichen die Form eines den ersten Bereich konzentriseh umschließenden Ringes besitzt.
6.) Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die magnetische Schicht (5) zwischen zwei Halbschalen (1,2) einer Schalenkernspule hindurchgeführt wird und die Halbschalen (1,2) so gewählt und angeordnet werden, daß der magnetische Weg über die zum Hinduchführen der elektrisch leitenden Schicht erforderlichen Luftspalte einen deutlich größeren magnetischen Leitwert aufweist, als die Summe aller anderen für die magnetischen Kraftlinien denkbaren Wege.
7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei konstanter spezifischer Leitfäh@gkeit des Materials der elektrisch leitenden Schicht die Leitfähigkeit als Maß für di.e chichtdicke ausgewertet wird.
8.) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n II z e i c h n e t , daß die elektrisch. leitende Schicht in einer Richtung (A) bewegt wjrd,die eine zu den magnetischen Kraftlinien senkrecht stehende Komponente enthält, und daß dabei laufend Messimgen durchgeführt werden.
9.) Verfahren nacli Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Meßwerte von einem hoordinatenschreiber in Abhängigkeit von der Bewegung in einer ausgewäblten Richtung (h) aufgezeichnet werden.
10.)Yerfthren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß aus örtlich begrenzten Einbrüchen in der Leitfähgkeitskurve Kratzer oder Risse (13) in der elektrisch leitenden Schicht lokalisiert und bewertet werden.
11,).Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß bei der Herstellung einer beidseitig lackierten Metallfolie durch Vergleich der Meßwerte einer elektrisch leitenden Schicht (15) vor und nach dem Lackauftrag auf der zweiten Seite der Metallfolie die durch das Lackieren entstandene Mikrorißstruktur bewertet wird.
12.) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch laufende Messungen an einer metallbed.mpften Kondensatorfolie die Aufdampfrate im Bedampfer automatisch geregelt wird.
13.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingkreis über einen elektrischen Widerstand mit einem auf Resonanzfrequenz eingestellten Wechselsnannungsge1lerator verbunden ist und daß der elektrische Widerstand in der Größenordnung des Resonanzwiderstandes des Schwingkreises liegt.
14.) Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e -k e n n 5 e i c h n e t , daß der Schwingkreis als Parallelresonanzkreis ausgebildet ist.