DE3028353C2

DE3028353C2 - Verfahren und Anordnung zur Prüfung von Isolationsschichten, insbesondere Fotoleiterschichten, auf Fehlstellen

Info

Publication number: DE3028353C2
Application number: DE19803028353
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. 8000 München Goldmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1983-01-05
Also published as: DE3028353A1

Description

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in den UnteransprücW gekennzeichnet. lektrode einen Wert zwischen 1 und 3 mm aufweisen.

Bei dem neuen Verfahren wird also mit Hilfe einer Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand

Koronaentladung die partielle Leitfähigkeit der zu eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei-

prüfenden Schicht überwacht Isolationsschichten haben Spieles näher erläutert. Die Darstellung beschränkt sich eine geringe Leitfähigkeit, so daß bei Schichten ohne s dabei auf eine Prinzipskizze, da der Einbau in einen

Fehlstellen der durch die Schicht hindurehfließende bekannten Steuerautomaten zur Abtastung der einzel-

Strom gleich Null ist. Fotoleitersrhichten haben eine nen Punkte einer Prüfschicht keine Schwierigkeiten

geringe Dunkelleitfähigkeit, so daß bei einer Schicht bereitet.

ohne Fehistellen lediglich ein Dunkelstrom fließt Als Ausführungsbeispiel wurde als zu prüfende Liegen dagegen Fehlstellen vor, so erhöht sich der 10 Schicht (1) eine Isolationsschicht gewählt, die auf einem

Schichtstrom, \vobei aus der Abweichung auf eine leitenden Substrat als Gegenelektrode (2) fest aufge-

Feh!=i2:is seschlossen werden kann. bracht ist. Das Substrat ist ilbcr einen Erdleiter, in den

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die ein Strommesser MX eingefügt ist, geerdet und im

Koronaentladung der nadeiförmigen Elektrode durch übrigen von der Umgebung isoliert
eine der Elektrodenspitze gegenüberliegende, kreisför- 15 Der eigentliche Prüfkopf zur Erzeugung der Korona-

mig durchbrochene und mit geringem Abstand vor der entladung besteht aus einem topfförmigen, hochspan-

zu prüfenden Schicht angeordnete Gitterelektrode nungsfesten Isolierstoffgehäuse 3 mit der Öffnung nach

stabilisiert Infolge der Gitterelektrode wird die unten, in dessen Bodenmitte eine nadeiförmige Elektro-

Koronaentladung weitgehend unabhängig vom Prüf- de 4 eingelassen ist Die Spitze Sdieser Elektrode 4 ragt ling, da Abstandsschwankungen und Fehlstellen der 20 in den Gehäuseraum hinein, wobei die Elektrodenachse

Schicht keinen Einfluß mehr auf die Koronaentladung und die Gehäuseachse sich decken. Die nach unten

selbst haben. Auch läßt sich der in den Außenraum gerichtete Öffnung des Gehäuses 3 is» -lit einer ebenen

tretende und zur zu prüfenden Schicht aba;eieiteie Gitterelektrode 5 abgedeckt die in der tvlii'e gegenüber

Koronateilstrom leicht durch die Größe der üitteröff- der Spitze S der Nadelelektrode 4 eine kreisförmige

nung, durch die Gitterspannung und durch den ^.bstand 25 öffnung 6 aufweist Der Durchmesser dieser öffnung

zur zu prüfenden Schicht steuern. sollte vorzugsweise zwischen 1 und 3 mm betragen, und

Wird zusätzlich zum Schichtstrom auch der über die die Spitze 5 der Nadelelektrode 4 sollte von der

Gitterelektrode abfließende Strom gemessen und Gitterelektrode 5 etwa 5 bis 10 mm entfernt sein,

werden beide Messungen zusammen gewertet so läßt Die Nadelelektrode 4 ist mit dem Spannungsabgriff

sich die Meßsicherheit in einfacher Weise erhöhen. Das 30 U 1 und die Gitterelektrode 5 mit dem Spannungsab-

gilt insbesondere für Fotoleiterschichten, die wegen des griff U 2 einer geerdeten, aber nicht gezeigten

Dunkelstromes nur eine endliche Isolationsfähigkeit Gleichspannungsquelle verbunden. Bevorzugte Werte

aufweisen. für die Spannung UX liegen zwischen 6 und 10 kV und

Bei Überschreiten vorgegebener Stromwerte durch für die Spannung U2 zwischen 0,5 und 2,5 kV, wobei die

die gemessenen Ströme infolge einer Fehlstelle werden 35 beiden Spannungen gleiche Polarität haben und positiv

die Lagekoordinaten der ermittelten Fehlstelle festge- oder negativ gegenüber Erden sein können. Das

stellt und registriert Die Prüfung einer Schicht kann Verhältnis der Spannungen UX und V2 ist zweckmäßig

also automatisch erfolgen, wobei die Registrierung in an regelbar, so daß auch bei unterschiedlichen Prüfschich-

sich bekannter Weise die Lagekoordinaten der ermittel- ten I optimale Meßergebnisse erzielt werden können.

ten Fehlstelle sichert Das Verfahren ist darüber hinaus 40 Sobald die Spannungen UX und U2 wirksam *.ind.

zur Prüfung sowohl von auf einer leitenden Substrat- entsteht eine Koronaentladung im Inneren des Isolier-

»chicht fest aufgebrachten Schicht als auch von Folien Stoffgehäuses 3. wobei ein Teil des Koronastromes

geeignet. Im ersteren Fall wird die leitende Substrat- durcf die Öffnung 6 der Gitterelektrode 5 hindurch in

schicht als Gegenelektrode für die SchichtsJrommes- den Außenraum austreten kann und zur Messung der

sung verwendet. Im zweiten Fall wird die Isolierfolie -»5 Leitfähigkeit der zu prüfenden Schicht 1 ausgenutzt

zwischen Gitter- und einer feststehenden Gegenelek- wird.

trode hindurchbewegt und die nadeiförmige Elektrode Zu diesem Zweck werden die öfinung 6 der

quer zur Bewegungsrichtung der Folie fortlaufend hin Gitterelektrode 5 und die zu prüfende Schicht I im

und her bewegt. Abstand von vorzugsweise 1 bis 2 mm relativ gegenein-

Zweckmäßig werden während der Prüfung die 50 ander bewegt, so daß die gesamte Schichtfläche

nadeiförmige Elektrode mit einer Spannung zwischen 6 punktförmig nacheinander abgetastet wird. Dabei ist es

und 10 kV und die Gitterelektrode mit einer gleichpoli- gleichgültig, ob der Prüfkopf feststeht und die Schicht 1

gen Zwischenspannung zwischen 0,5 und 2,5 kV bewegt wird oder umgekehrt.

gegenüber aer auf Null, z. B. Erde, liegenden Gegen- Handelt es sich bei der zu prüfenden Schicht t um

elektrode gespeist 55 eine reine Isolierschicht, so ist der durch die Schicht 1

Eine Anordnung ?ur Durchführung des Verfahrens hindurehfließende und damit über den Erdleiter mit dem

gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeinet, daß die Strommesser M X abgießende Strom der Koionaentla-

nadelförmige Elektrode in einem Isolierstoffgehäuse dung gleich Null. Befindet sich dagegen an der

angebracht ist das in Richtung der Elektrodenachse an überprüften Stelle der Schicht I ein Loch /„ so erhöht

einer Seite offen ist. daß die offene Gehäuseseite von &o sich der Schichtstrom mehr oder weniger stark, was

der ebenen Gitterelektrode mit Abstand von der durch den entsprechend empfindlichen Strommesser

Nadelspitze abgeschlossen wird und daß die Gitterelek- festgestellt wurden kann. Vergleicht man den jeweils

trode gegenüber der Nadelspitze eine kreisförmige gemessenen Stromwert mit einem vorgegebenen

öffnung aufweist. Der Aufbau des Prüfkopfes ist also Schwellwert, was beim gezeigten Ausfiihrungsbeispicl

einfach. Zweckmäßig sollen der Abstand zwischen der ^b5 der Schwellwertdetektor D I übernimmt, so kann in

Nadelspitze der einen Elektrode und der Gitterelektro- einfacher Weise festgestellt werden, ob eine Fehlstelle

de einen Wert ;v/ischen 5 und 10 mm und der vorliegt, ui j gegebenenfalls ein Rcgistricrsignai RLC

Durchmesser der kreisförmigen öffnung der Gittere- für die Lagekoordinaten des augenblicklichen Prüf-

punktes abgeleitet werden.

Analoges gilt im Prinzip auch für Fotoleiterschichten. Bei diesen bereitet jedoch die Dunkelleitfähigkeit und damit der permanent fließende Dunkelstrom zusätzliche Probleme, weil die Werte der Schichtströme zu dicht > beieinander liegen und die wenn auch geringen Restschwankungen der Koronaentladung daher häufig keine sichere Aussage über das tatsächliche Vorliegen von Fehlstellen zulassen. Zur Erhöhung der Meßsicherheit, insbesondere bei der Prüfung von Fotoleiterschich- m ten, ist daher in die Speiseleitung für die Gitterelektrode 5 ebenfalls ein Strommesser M2 eingefügt, mit dem der Gitterstrom gemessen und in Verbindung mit einem weiteren Schwellwendetektor D2 ausgewertet wird.

Unter der Voraussetzung nämlich, daß der Korona- i> strom konstant ist. erniedrigt sich der Gitterstrom bei Vorliegen einer Fehlstelle, so daß hiermit ein weiteres Kriterium zur Erkennung einer Fehlstelle gegeben ist. das zusammen mit der Schichtstromänderung eine pinrtpiiticrp ΛHCSa(Jp 7iiläftt 7nr kombinatorischen Auswertung beider Stromänderungen sind beim gewählten Ausführungsbeispiel die Ausgänge der Schwelluertdetektoren D\ und D2 durch ein UND-Gatter K miteinander verknüpft, dessen Ausgang dann das Registriersignal REG für die Aufzeichnung der Lagekoordinaten einer Fehlstelle liefert.

F.ine andere Möglichkeit zur koinzidenten Auswertung beider Stromänderungen im Falle einer Fehlstelle besteht in der Differenzbildung der jeweils gemessenen beiden Stromwerte mit Hilfe eines an sich bekannten Operationsverstärkers in Verbindung mit einem Schwellwertdetektor, der bei Unterschreiten eines vorgegebenen Differenzwertes anspricht und damit das Registriersignal REG auslöst.

Anstelle von auf einem leitenden Substrat fest aufgebrachten Schichten können in gleicher Weise auch Folien überprüft werden. In diesem Falle ist das Substrat beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine feststehende Elektrode zu ersetzen und die Folie zwischen dieser Elektrode und der Gitterelektrode 5 hindurchzubewegen. Der Prüfkopf mit der Koronaanordnung braucht dann lediglich quer zur Bewegungsrichtung der Folie hin und her bewegt zu werden. In gleicher Weise kann natürlich auch eine Subsuat/Schichtanordnung abgetastet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Prüfung von flächenhaften Isolationsschichten, insbesondere Fotoleiterschichten, auf Fehlstellen, z. B. Poren oder Löchern, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Punkte der zu prüfenden Schicht (1) nacheinander mit einer an Hochspannung (UX) liegenden nadeiförmigen Elektrode (4) abgetastet werden, daß der während der Abtastung durch die zu prüfende Schicht (1) infolge der Koronaentladung über eine Gegenelektrode (2) abfließende Schichtstrom gemessen wird, und daß bei einem Stromanstieg über einen vorgegebenen Wert eine Fehlstellenanzeige erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Schichtstrom auch der über eine der Elektrodenspitze (S) gegenüberliegende, kreisförmig durchbrochene und mit geringem Abstand ve· der zu prüfenden Schicht (1) angeordnete Gitterelektrode (5) abfließende Strom gemessen wird, und daß beide Strommessungen zusammen gewertet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei Oberschreiten vorgegebener Stromwerte durch die gemessenen Ströme infolge einer Fehlstelle die Lagekoordinaten der ermittelten Fehlstelle festgestellt und registriert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, tür Prüfung von auf einer leitenden Substratschicht aufgebrachten Isolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß als Geget.elektrc λ (2) die leitende Substratschicht für die Schichtstrommessung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3. lur Prüfung von Isolierfolien, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierfolie /wischen Gitter und einer feststehenden Gegenelektrode fortlaufend hindurchbewegt wird und daß die nadeiförmige ·*° Elektrode (4) quer zur Bewegungsrichtung der Folie fortlaufend hin und herbewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 0, dadurch gekennzeichnet, daß während der Prüfung die nadeiförmige Elektrode (4) mit einer Spannung *5 !wischen 6 und 10 kV und die Gitterelektrode (5) mit tiner gleichpoligen Zwischenspannung zwischen 0,5 und 2.5 kV gegenüber der auf Null (z. B. Erde) legenden Gegenelektrode (2) gespeist werden.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ⁵<? •ach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nadeiförmige Elektrode (4) in einem Isolierstoffgehäuse (3) angebracht ist, das in Richtung der Elektrodenachse an einer Seite offen ist, daß die offene Gehäuseseite von der ebenen Gitterelektrode (5) mit Abstand von der Nadelspitze (S) abgeschlossen wird und daß die Gitterelektrode ß) gegenüber der Nadelspitze (S) eine kreisrunde Öffnung (6) aufweist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn· *° zeichnet, daß der Abstand zwischen der Nadelspitze (S) der einen Elektrode (4) und der Gitterelektrode (5) einen Wert zwischen 5 und 10 mm und daß der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung (6) der Gitterelektrode (5) eine Wert zwischen I und 3 mm aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2.

Isolationsschichten weisen häufig Fehlstellen in Form von kleinen Löchern oder Poren auf, die sich bei einigen Anwendungsfällen sehr störend auswirken können. So führen solche Fehlstellen z. B. bei Verwendung von Fotoleiterschichten als Informationsträger für elektrofotografische Zwecke zu Kopien oder Drucken, die je nach Art des angewandten Entwicklungsverfahrens schwarze oder weiße Recken mit Ausdehnungen bis zu mehreren Millimetern aufweisen.

Zur Vermeidung derartiger Flecken müssen die Fehlstellen der Fotoleiterschicht rechtzeitig erkannt werden. Dazu mußten bisher Testkopien oder -drucke angefertigt und durch Auszählen der Druckflecken überprüft werden. Da bei diesem Verfahren das Testergebnis sehr stark von den Einstellwerten des Testgerätes abhängig ist und Fehlstellen durch Zuschmieren mit dem Toner während des Abbildungsvorganges leicht überdeckt werden können, ist die Fehlstellenerkennung sehr erschwert Bei komplizierten Testgeräten, wie etwa beim Laserdruck. kommt noch der Aufwand für die Erstellung der Testdrucke hinzu.

Aus der österreichischen Patentschrift 2 81 191 ist eine Schaltungsanordnung zum Prüfen von Lackdrähten auf Spannungsfestigkeit während des Herstellungsverfahrens bekannt Dazu wird der Lackdraht durch eine besonders ausgebildete Elektrodenanordnung auf Fehlstellen abgetastet, welche durch eine Fehleranzeigeeinrichtung angezeigt werden. Die Fehleranzeigeeinrichtung reagiert dabei auf die beim Spannungsdurchschlag über eine Fehlstelle auftretenden Änderungen des Stromes durch die Isolationsschicht bzw. die Änderungen des Entladestromes eines Kondensators. Bei dem Auftreten eines Fehlers in der Isolationsschicht des Lackdrahtes tritt zwischen der Elektrodenanordnung und der Fehlstelle auf dem Lackdrahi eine Koronaentladung auf.

Da die Koronawirkung erst bfi den Fehlstellen auftritt, unterliegt die gesamte Anordnung starken Umwelteinflüssen, die eine Anpassung der Priifspannung an unterschiedliche geometrische Ausmaße des Prüflings erfordert. Eine Untersuchung von flächigen Prüflingen ist nur bedingt möglich.

Es ist weiter aus der Zeitschrift »Review of Scientific Instruments« Feb. 1975, No. 2, Vol. 46. S. 201 -203 eine Anordnung zur Messung des elektrischen Verhaltens von Isolationsschichten bekannt, die aus einer F.lektrodenanordnung mit einer nadeiförmigen PrUfelcktrode und einer breiten Gegenelektrode sowie einem Meßgerät zur Messung des Schichtstromes besteht. In einem Vergleichsverfahren erfolgt eine flächige Untersuchung der Schicht, wobei lokale Fehlerquellen die Prüfanordnung nicht beeinflussen und deswegen nicht entdeckt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Prüfung von flächenhaften Isolationsschichten, insbesondere Fotoleiterschichten, auf Fehlstellen, z. B. Poren oder Löcher, bereitzustellen, das allgemein anwendbar und mit größerer Sicherheit einfach durchzuführen ist, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch I gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind