WO2021032465A1 - Gegenstand zur durchführung einer elektrischen messung an einer messschicht - Google Patents

Gegenstand zur durchführung einer elektrischen messung an einer messschicht Download PDF

Info

Publication number
WO2021032465A1
WO2021032465A1 PCT/EP2020/071879 EP2020071879W WO2021032465A1 WO 2021032465 A1 WO2021032465 A1 WO 2021032465A1 EP 2020071879 W EP2020071879 W EP 2020071879W WO 2021032465 A1 WO2021032465 A1 WO 2021032465A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
measuring
layer thickness
measurement
value
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/071879
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Becker
Original Assignee
Schreiner Group Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schreiner Group Gmbh & Co. Kg filed Critical Schreiner Group Gmbh & Co. Kg
Priority to US17/636,494 priority Critical patent/US20220299380A1/en
Priority to EP20751524.8A priority patent/EP4018170A1/de
Publication of WO2021032465A1 publication Critical patent/WO2021032465A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/10—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature within piled or stacked materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/005—Calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/20—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G01K7/21—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit for modifying the output characteristic, e.g. linearising

Definitions

  • the application relates to an object which carries out an electrical measurement on at least one measuring layer or at least enables such a measurement on a measuring layer.
  • Sensors or other objects often have a layer or material layer whose ohmic resistance is measured.
  • Such a layer is referred to below as a measuring layer because its electrical resistance - for example when it is in contact with a surrounding material, medium or volume - is measured or used for some other measurement.
  • a completely different parameter can also be of interest, but one that influences the electrical resistance of the layer and is therefore indirectly measurable.
  • the measuring layer the resistance of which, in particular the specific resistance, is determined by measurement technology, can in particular be an electrical resistance layer made of a suitable material. From the ohmic resistance, if the layer dimensions are known, the specific resistance can be calculated and, from this, the parameter (and possibly also adjustable and regulable); for example the temperature.
  • a sensor or some other object has electrical connections that reach the measurement layer; in particular electrical conductor tracks.
  • the measuring layer and the electrical connections can be applied by printing or in some other way; e.g. on a circuit board.
  • the lateral dimensions in directions transverse to the layer thickness can usually be specified very precisely.
  • the control of the layer thickness is much more difficult in terms of production technology; Manufacturing tolerances or other Fluctuations in the layer thickness are therefore, although they can be more critical than the lateral contours, more difficult to avoid and control.
  • ohmic resistors for example, conventional attempts are made to reduce fluctuations in the actual resistance values compared to the desired values of the ohmic resistance by connecting several such resistors in parallel, by temperature treatments or by laser trimming, or the composition of the material to be printed for the resistors itself varies.
  • the difficulty in controlling the layer thickness of layers to be applied, in particular layers to be printed basically affects all types of materials, i.e. including printed conductor tracks.
  • the conductor track thickness is usually not critical or at least not in a critical range, for example because of the high conductivity or the overall sufficiently large conductor cross-section.
  • measuring layers Those layers or surface areas of applied materials, on the other hand, which do not or not exclusively serve as conductor tracks and / or for which the electrical resistance (the ohmic resistance, in particular the specific ohmic resistance) is to be measured and / or set, are referred to in this application as measuring layers .
  • the influence of their layer thickness is often critical, for example in the case of layer thickness fluctuations due to manufacturing tolerances, and has a detrimental effect on the accuracy and reliability of the measurement result.
  • an object of the present application to provide an object with at least one measuring layer on which electrical measurements are possible and in which measurements the accuracy of these measurements is no longer falsified by the layer thickness of the measuring layer or a fluctuation in this layer thickness.
  • an object is to be provided on whose measuring layer electrical measurements can be carried out or at least made possible in such a way that a value for the electrical resistance or for a value for the electrical resistance that is compensated for influences of the layer thickness, ie independent of the actual layer thickness, influences the parameter measurable and / or determinable.
  • the measurement usually takes place exclusively across the layer thickness, i.e. along the lateral dimensions of the measurement layer, namely in the lateral or horizontal direction between the two electrical connections that contact the measurement layer in different areas above the circuit board.
  • the target value, average value or estimated value for the layer thickness of the measuring layer aimed at in terms of manufacturing is specified, namely once during the manufacture of the object as a target value for dimensioning the measuring layer and often also as a stored numerical value in the software or Hardware of the electronic measuring circuit or the object in order to be able to calculate the electrical resistance of the layer or the other parameters from this and from the other (measurement) data. Even if the measurement and the subsequent calculation are carried out precisely, measurement errors occur in the event of deviations in the actual layer thickness from the manufacturing specification and / or from the stored numerical value.
  • the present application avoids such measurement errors and provides that the influence of the layer thickness of the measurement layer on the measurement result is compensated by carrying out a further, additional measurement in which the measurement layer is parallel to its layer thickness (i.e., for example, vertically instead of horizontally). a current flows through it (or a voltage is applied and / or tapped or measured in the direction of this layer thickness).
  • the result of this additional measurement is linked to the result of the measurement in the direction perpendicular to the layer thickness in such a way that such a value can be calculated and / or such a calculation formula can be used for the specific resistance (or for a parameter to be measured which influences this), which no longer depends on the layer thickness of the measuring layer.
  • Figure 1 is a schematic representation of an object with a measuring circuit that has a measuring strip
  • FIG. 2 shows a perspective view of a first exemplary embodiment with regard to the measuring layer geometry and its contacting
  • FIGS. 3 and 4 different subsections of the measuring layer from FIG. 2,
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram for the measuring circuit of FIGS. 2 to 4,
  • FIGS. 7A and 7B show a top view and a cross-sectional view of the measuring circuit of FIGS. 2 to 5
  • FIGS. 8A and 8B show a modified embodiment of the object or its measuring circuit with two separate measuring layers of the same thickness
  • FIG. 8C shows a modification compared to FIGS. 8A and 8B with regard to the lateral dimensions of the measurement layers
  • FIG. 9 shows a modification compared to FIG. 8C with a total of four measuring layers
  • FIGS. 10A and 10B show an alternative embodiment with regard to the geometry of the measuring layer and its connections
  • FIGS. 11 A to 1 IC show an exemplary embodiment with a non-planar measuring layer
  • FIG. 12 shows an alternative embodiment to FIG. 1 of an object with at least one measuring layer
  • FIGS. 13 shows an alternative embodiment to FIGS. 1 and 12, in which an object is provided with at least one measuring layer but without a measuring circuit and also a measuring device separate from or independent from the object, which together provide an arrangement for performing electrical measurements on the measuring layer form.
  • FIG. 1 shows a purely schematic representation of an object 50 with a measuring circuit 30 which has a measuring layer 10; preferably a measuring layer 10 deposited on a substrate or some other background or carrier.
  • the measuring layer 10 can in particular be a printed layer 5, for example made of printing paste 7 or another printable varnish (printing varnish); alternatively also a material layer applied by another application process.
  • the material of this layer can be a material that is only present in liquid or pasty form, as an emulsion or as a suspension (in particular as a printing ink mass) and is therefore initially informal before application to the substrate or the background or other carrier is, ie is present without a solid body shape.
  • the printing process or other application process is decisive for the shape of the material layer formed from this mass, which later serves as measuring layer 10.
  • the layer thickness d which in the case of printed layers is typically significantly less than the lateral dimensions parallel to the substrate, is more difficult to control, measure and / or correct in printing and other application processes.
  • printing machines do not manage to maintain an exact layer thickness of the printing layer so well and their follow-up control with a camera is not so easy can be carried out as with the lateral length and Width dimensions of the printed layer produced on the substrate, carrier or other underground.
  • a certain tolerance in the layer thickness of measuring layers was either accepted or adjusted by means of time-consuming and labor-intensive post-processing, such as laser trimming.
  • the layer thickness d of the printed measuring layer 5 or 10 can therefore be subject to fluctuations, i.e. it can vary in size depending on the specimen of the object.
  • the object 50 or its measuring circuit 30 is designed such that the influence of the actual layer thickness d on the measurement result is taken into account and compensated for.
  • two measurements are carried out and linked to one another in order to obtain a measured value resulting from both measurements, which is independent of the size of the layer thickness d.
  • three electrical connections 1, 2 and 3 are formed on the measuring layer 10 in FIG. The specific spatial positions of these connections relative to the measurement layer emerge from the remaining figures below.
  • the measuring layer 10 and / or the plurality of electrical connections 1, 2, 3, 4 can also be (completely or partially) outside of a housing of the object 50 and / or the measuring circuit 30 instead of inside, for example to be in contact with an external environment, such as a gas or other medium, pressure, moisture or some other interaction (see above) on the measuring layer.
  • the at least one measuring layer and end areas of the electrical connections can be arranged in a housing window or on, in or on a probe, i.e. a measuring sensor, or in an otherwise exposed area of the object 50 and / or its measuring circuit 30.
  • the measuring layer is in particular a layer made of a material whose ohmic resistance stood, in particular whose specific (ohmic) resistance Rst is to be measured.
  • the exact level of the specific resistance depends on a pa- rameter T ab; mostly from the temperature t, but often also from other influencing variables to be measured instead of the temperature, for example from a pressure that is exerted on the measuring layer 10 due to the atmosphere or another surrounding medium, from the moisture (e.g. the relative humidity), the brightness or other radiation intensity, a pH value or a concentration of a certain substance, chemical or component of a material, a solution, an emulsion or suspension or a body fluid such as blood (e.g. the blood sugar concentration) when the surface of the Measuring layer comes into contact with them.
  • a pa- rameter T ab mostly from the temperature t, but often also from other influencing variables to be measured instead of the temperature, for example from a pressure that is exerted on the measuring layer 10 due to the atmosphere or another
  • any other physical quantities or parameters t can be considered which can influence the resistance of a measuring layer, but when using conventional measuring devices, due to insufficient layer thickness control of the measuring layer 10 during production, incorrect measurement results are obtained. With the help of the measuring circuit described here, it is possible to determine a significantly more precise and reliable measured value for such parameters t and / or the specific resistance of the measuring layer.
  • the term “layer” here preferably means a coating, in particular printing, applied to a substrate, sub-base or other carrier material, whose physical and spatial dimensions only come through the application or coating process (in particular the printing process), possibly also only arise through a subsequent structuring.
  • the measuring layer is a coating (in particular printing, i.e. printing layer or printed layer) on a printed circuit board or a PCB, a label or on another component of the measuring circuit.
  • a measurement layer is thus, for example, a coating or printing made of a material whose specific resistance is either itself of interest or is only used for measurement, setting and / or regulation of the further parameter t.
  • the specific resistance of solids or other material mixtures present as condensed matter depends in particular on the temperature; for many materials it increases with increasing temperature. Since to determine the specific resistance, for example, a cuboid volume of printing paste of the sen's spatial dimension, i.e.
  • the determined value for the Temperature t of the measuring layer 10 depend on the accuracy with which the intended layer thickness d of the measuring layer 10 was adhered to during its production or application, and in the event of deviations from the nominal value lead to measuring errors that no longer apply to the measuring device or other object 50 proposed here occur.
  • the specific resistance of the measuring layer (in particular the ohmic direct current resistance) is usually significantly higher than that of a metallic conductor track, on the other hand it is often lower than that of non-conductors.
  • Measurement layers with a specific resistance between 1 ohm / sq and 1000 ohm / sq are preferably considered here. Nevertheless, the concept of the measuring layer is not limited to materials with only medium or low conductivity; For example, depending on the application, metal layers can also be used due to their surface properties; for example as a result of catalytic or other surface reactions, used as a measuring layer and, if necessary, suitably dimensioned.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a first exemplary embodiment with regard to the geometry of the measuring layer 10 and the arrangement of electrical connections 1, 2 and 3 connected to it.
  • the number of three different electrical connections 1, 2, 3, which are all connected to the same measuring layer 10 differs from conventional measuring devices, where usually no third connection is provided.
  • the third connection 3 is used to carry out an additional measurement of the electrical resistance, namely in the direction parallel to the layer thickness d of the measuring layer 10, ie in the direction of the surface normal perpendicular to the top 10b and bottom 10a of the measuring layer 10.
  • the measuring layer 10 is, for example, a printed one Layer 5, for example a printing paste 7 or another printed color (printing varnish) or at least another coating 6 formed by an application or deposition process.
  • the measuring layer therefore has a certain length 1 and width b parallel to the surface of the substrate 25, carrier or other subsurface.
  • the length of the measuring layer 10 not its entire length, only a portion 1 of its length, which bridges the lateral distance between a first connection 1 and a second connection 2, is denoted by 1 in FIG. 2; for the voltage between connections 1 and 2, this (partial) length 1 is decisive for further calculations.
  • connections 1, 2 are, for example, brought up on the underside of the measuring layer 10, for example arranged between the measuring layer 10 and the substrate 25 (or embedded therein) conductor tracks that each contact a surface area of the measuring layer or its underside; the distance between these surface areas corresponds to the part length 1 of the measurement layer 10 relevant for the measurement.
  • a third electrical connection Sangeord net On the upper side 10b of the measuring layer 10 is a third electrical connection Sangeord net, which for example overlaps in the lateral direction with the second connection 2, but is arranged on the opposite side 10b of the measuring layer 10 as the second connection 2.
  • the second and the third Connections 2, 3 are used to carry out a second measurement in which the electrical resistance of the measuring layer 10 is also measured in the direction of the layer thickness d or in the direction z, in addition to the conventional measurement between the connections 1 and 2.
  • This second measurement results in a link between the layer thickness d and the specific resistance (or a parameter influencing it) with a further measured value; in addition to the link that is achieved by the first measurement (between connections 1 and 2).
  • Both links are combined with one another in order to obtain a value that is actually independent of the layer thickness d, i.e. a value compensated for the influence of the layer thickness and / or fluctuations in the layer thickness d for the measured variable that is actually of interest, namely for the value of the specific resistance itself and / or for the value of the parameter t, which influences the specific resistance of the measuring layer 10.
  • FIG. 3 shows the section of the measuring layer 10 corresponding to the partial length 1, which is relevant for the first measurement in which the ohmic resistance of the measuring layer 10 is measured in the area between the first and the second connection 1, 2.
  • the respective electrical connections 1, 2, 3,... Each mean conductor tracks brought up to the at least one measuring layer 10 or, in any case, conductive structures; in particular, their contact areas, which each make direct contact with the at least one measuring layer 10.
  • the electrical resistance which is generally a complex variable, is preferably the ohmic resistance, ie the direct current resistance of the material of the measuring layer 10.
  • the measuring layer is made of an isotropic material, its specific resistance is also isotropic, ie independent of direction.
  • the electrical resistance R of the measuring layer as a whole also depends on the dimensions of the measuring layer 10.
  • the ohmic resistance of a material web such as the measuring layer 10 is the product of the specific resistance and the length of the measuring layer (in the measuring direction), divided by the cross-sectional area perpendicular to the measuring direction.
  • the measuring direction is the direction along which the current flows or at least the voltage is applied.
  • the material web or the measuring layer has a certain width and a certain thickness. Dividing the ohmic resistance by this thickness gives the sheet resistance R n , which is indicated instead of the ohmic resistance, especially in the case of thin layers of very small layer thickness.
  • FIG. 4 shows a further end section of the measuring layer 10 of length G, which adjoins the length 1 from FIG. 3 and, as can be seen in FIG. 2, between the lower end section Connection 2 and the upper connection 3 is arranged.
  • an additional current flow takes place between the connections 2, 3, namely in the direction z parallel to the layer thickness d of the measuring layer 10.
  • the resistance of the connections is much smaller than that of the measuring layer (otherwise there would be a transition zone where connection and measuring layer are adjacent, in which case there is a correction term for 11, i.e. the distance between the inner edges of the connections should be taken into account).
  • the ohmic resistance R2 results according to
  • additional reference characters used for the geometric dimensions of the measuring layer 10, whose index numbers 1 and 2 indicate the first (vertical) or second (horizontal) measurement, will be standardized in the course of the following calculation.
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram for part of the measuring circuit 30.
  • the measuring circuit 30 serves to determine the ohmic resistance of the measuring layer, specifically with the aid of voltage measurements. Alternatively, the resistance could also be determined by means of current measurements; the following arithmetic derivation with reference to FIG. 5 relates only to the case of determining resistance by means of voltage measurement.
  • the ohmic resistance RI to be determined in the direction of the layer thickness and that R2 in the direction perpendicular to the layer thickness are each connected in series with a respective reference resistor Rlref or R2ref.
  • a measurement voltage Ul or U2 is tapped, the level of which enables the specific resistance and ultimately the parameter influencing this to be determined in the further calculation, namely as a result of the implementation and linking of both measurements in order to determine the influence of the layer thickness d of the measurement layer 10 to consider.
  • a DC voltage is preferably used for both measurements. Both measurements can be carried out either one after the other or simultaneously; in the case of repeated measurements also alternately one after the other or at the same time or continuously or at certain time intervals.
  • the respective partial voltage Ul or U2 results from the relative ratio of the resistance at the current-carrying section of the first measuring layer 10 according to FIG and or FIG. 4 relative to the total resistance, which also contains the respective reference resistance according to FIG.
  • the voltages that can be tapped are calculated according to and with Rs as the specific resistance (which is often abbreviated as p) of the material of the measuring layer 10.
  • Rs RsO + at, where t is the parameter, a is a constant of proportionality that indicates the slope of this straight line, and RsO is a predetermined target value, mean value or estimated value for the specific resistance, which is determined, for example, for a specific target value of the parameter t has been.
  • This target value is also referred to below as Rs nom, since it denotes a nominal value of the specific resistance (in the case of a target or estimated value for the parameter t) which does not necessarily actually correspond to the exact value during the measurement.
  • the lateral dimensions bl, dl, b2 and 12 are now assumed to be known (and constant); also the total voltage Ub, the resistance constant Rs nom and the temperature coefficient 1 / sf.
  • the formula for tl (Ul, U2) i.e.
  • t (Ul, U2) the solution formula only depends on given, uncritical influencing variables and the measured partial voltages U1, U2, but no longer on the metrologically critical layer thickness d of measuring layer 10.
  • the synonymous abbreviations 11 or d2 also no longer appear.
  • Figure 6 gives a qualitative idea of the solution formula for t or tl, in which, in arbitrary units, parameter curves for the level of the parameter value for t (on the vertical axis) as a function of the magnitude of the partial voltage U1 measured in the direction of the layer thickness ( in the range from 0.5 to 4.5 V) in the form of several curves for different values of U2.
  • the dashed curve for negative parameter values corresponds to the unphysical solution t2, which is of no significance.
  • FIGS. 7A and 7B show the exemplary embodiment explained with reference to FIGS. 1 to 6 once again in a top view and cross-sectional view with respect to the substrate 25 or other carrier or background below the layer structure formed from the at least one measuring layer 10 and the electrical connections.
  • FIG. 7A and 7B show the exemplary embodiment explained with reference to FIGS. 1 to 6 once again in a top view and cross-sectional view with respect to the substrate 25 or other carrier or background below the layer structure formed from the at least one measuring layer 10 and the electrical connections.
  • the area in which the measuring layer 10 is arranged can be configured, for example, as a probe 16 or measuring sensor 17 (not shown in detail); however, this is optional.
  • the electrical connections 1, 2 and 3 have, apart from a web-shaped area designed as a supply line, laterally outside the dimensions of the measuring layer 10, an area that overlaps with this measuring layer in a surface area, which could also be referred to as a contact surface or contact surface area;
  • the respective electrical connection 1, 2, 3 or its respective conductor track makes contact with the measuring layer 10.
  • the voltage that can be detected between the connections 2, 3 is Ul and that between the connections 1, 2 is U2.
  • FIG. 7B A cross-sectional view running along the main direction of extent of the measuring layer 10 is shown in FIG. 7B.
  • the connections 1 and 2 are arranged, for example, on the underside 10a of the measuring layer 10 between the latter and the substrate 25.
  • the area between them, delimited by dashed lines, can be filled with an electrically insulating filler layer 13, for example; alternatively, the measuring layer 10 can be deposited conformally, as a result of which it lowers slightly between the two connections 1, 2 and touches the substrate 25 directly.
  • the third connection 3 which is shown on the top 10b of the measurement layer opposite the second connection 2, the lead area of the conductor track 3 can optionally run in contact with the substrate upper surface 25 or an insulation layer 14 located thereon.
  • the at least one measuring layer 10 is a layer applied to the substrate 25 or the other substrate and the two connections 1, 2; in particular a printed layer 5 made of, for example, printing paste 7 or some other printable varnish (printing varnish).
  • the at least one measuring layer 10 is, in particular, a coating 6 which has only received its dimensional stability through the deposition or coating and, in particular, printing of the respective substrate. Your layer thickness d shown in FIG. 7B is neither estimated nor precisely calculated according to this application; instead, their influence is tapped by the additional measurement between the connections 2, 3 with the aid of the Measurement voltage Ul measured and mathematically taken into account when determining the correct parameter value for t.
  • the outlines of the connections 1, 2 and 3 were selected to be different in some cases in order to better distinguish them from the outlines of the measuring layer 10; in practice, however, the lateral dimensions are ideally identical at least at the common edges; this is also preferably the case in FIGS. 7A and 7B. Furthermore, as already explained with reference to FIG. 4, the resistance of the connections is ideally also significantly smaller than that of the measuring layer.
  • FIGS. 8A and 8B show an exemplary embodiment (and FIG. 8C a slight modification thereof) in which two separate measuring layers 10, namely 11 and 12, are used for the two measurements with the aid of the measuring voltages U1, U2.
  • Their layer thicknesses d correspond to one another and are therefore in particular the same size.
  • partial layers or layer regions 10; 11, 12, which were produced not only by the same type of printing or other deposition process, but also by the same Execution or execution of this printing or other deposition process have arisen, ie by one and the same run of the process (the same experimental execution or execution of the process).
  • the partial layers or layer areas 10; 11, 12 are thus jointly produced partial layers or layer areas, in particular partial layers or layer areas produced simultaneously.
  • an initially uninterrupted layer can also be deposited and then the layer material can be removed again, for example etched back, on surrounding surface areas around the final layer areas 11, 12.
  • the layer thickness d of the printed layer 5 is; 11, 12 independent of the lateral position of the printed surface area; e.g. from printing ink, printing varnish or printing paste 7.
  • the measurements with the measuring circuit 30 from FIGS. 8A, 8B are carried out analogously to FIGS. 2 to 7B, except that two separate measuring layers 11, 12 and a total of four electrical connections 1, 2, 3, 4 are used, of which the connections 3 and 4 for the resistance measurement on the first measuring layer 10; 11 in the direction of its layer thickness d and the connections 3, 4 for the resistance measurement on the second measuring layer 10; 12 can be used in the main direction of extent or at least perpendicular to their layer thickness.
  • a first measurement layer 11 with smaller lateral dimensions is required than for the measurement with the second measurement layer 12 transverse to the layer thickness and thus in the lateral direction.
  • Both measurement layers 11, 12 can be dimensioned as desired, in particular designed to be of the same size in terms of area; the size of the contact surfaces of the connections can be adjusted accordingly.
  • the surface dimensions of the connections 3, 4 are, for example, selected to be the same size as the outlines of the first measuring layer 11.
  • the contact surfaces of the connections 1, 2 are chosen to be at most half as large as the surface of the second measuring layer, for example to leave a sufficient distance between the two connections 1, 2 (distance 1 between the connections in FIGS. 2 and 3).
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment in which several (first) measuring layers 10; 11, namely 11a and 1 lb for the “vertical” resistance measurement (respective measurement voltage Ul) as well as several (second) measurement layers 10; 12, namely 12a and 12b for "lateral” resistance measurement (measurement voltage U2) are provided.
  • the measuring unit 30 or the object 50 equipped with it can, for example, have a plurality of measuring layers 10 on the same substrate 25, carrier or other substrate, which can be arranged thereon in any number and / or in any arrangement relative to one another.
  • a plurality of measuring layers according to FIGS. 1 to 6, on which the resistance can be measured both vertically and laterally, can also be arranged jointly on a substrate.
  • FIGS. 1 to 6 on which the resistance can be measured both vertically and laterally
  • the lateral distances s (FIG. 8C) or s1 and s2 (FIG. 9) between adjacent measuring layers 10 can be smaller, just as large as the lateral dimensions of the respective measuring layers or also larger than these; It is only essential that the layer thickness d of all respective measurement layers or printing layer surface areas is the same or (in the case of systematic deviations, e.g. as a result of decreasing or increasing layer thickness along a lateral direction) at least the same size on a statistical average. Incidentally, if there are several pairs of resistors R1 and R2, the thickness d need only be locally constant in the extension of a pair.
  • the thickness d is sufficiently accurate over a larger area, the number of vertical resistors can be reduced to a single one; then fewer resistances need to be printed and fewer calculation equations have to be taken into account).
  • the same mathematical calculation of the correct value of the desired parameter t corrected for the influence of the layer thickness can then be carried out in a manner similar to that explained with reference to FIGS. 1 to 6. If the layer thicknesses of the several measuring layers should differ from one another, this layer thickness difference can be leveled by the resistance measurements on a plurality of respective first and second measuring layers 11, 12 (as in FIG. 9), since the layer thickness deviations Gen due to the areal distribution of the respective measurement layers over the sub stratamide 25, the respective calculation errors largely compensate for each other.
  • the measurement result for the parameter t to be calculated is thus significantly more precise than with conventional measurements, for example if in FIG. 9 (or in an embodiment modified in some other way with a plurality of respective first / second measurement layers or with several combined for both measurement directions used measurement layers) only a mean, average layer thickness, ie a mean value d (averaged for all measurement layers involved) exists.
  • layers can be produced with a layer thickness that is constant in terms of area, ie with a layer thickness that is uniform over the area to be printed and thus spatially more homogeneous; only the absolute value of these (always spatially homogeneous) layer thicknesses cannot conventionally be reliably predicted.
  • the measuring circuit 30 proposed here eliminates the additional effort that is conventionally required to determine the exact size of the (possibly uniform, but still unknown or still to be measured) layer thickness of one or more measuring layers in order to obtain a correct value for to calculate the parameter t.
  • the measuring layers described in this application can, for example, be printing layers made of low-conductivity material, for example carbon, or low-conductivity foils; in the latter case, prefabricated material webs such as foils can also be applied as measuring layers, in particular glued on. It is therefore not absolutely necessary that the measuring layer always has to be a printed or deposited layer. On the other hand, in the case of foils or other material webs with their own dimensional stability, the layer thickness is often already known, so that the layer thickness measurement is no longer necessary.
  • Platinum resistors for example, can be used as measuring layers, in particular for the purpose of temperature measurement, with the temperature as the parameter t;
  • the formula given above for Rst (t) represents the temperature dependence of the specific resistance of the material of the measuring layer, in particular of platinum, the characteristic curve of which is largely linear.
  • Suitable materials for the electrical keys 2, 3, 4 are, for example, silver pastes or silver conductive foils or other pastes or foils made of conductive material; in particular made of metals or metal alloys or other material mixtures.
  • the measuring layers the number of possible materials and material combinations is even more diverse; it is essentially determined by the intended use of the object and the desired The size of the specific resistance or electrical conductivity of this material is determined. All information on the materials and with regard to the use of a plurality of measurement layers can be transferred in an analogous manner to the exemplary embodiments explained below.
  • FIGS. 10A and 10B show a further exemplary embodiment from which it can be seen by way of example that the lateral dimensions of the measurement layer do not necessarily have to be rectangular.
  • FIG. 10A shows the top view of the substrate 25 and
  • FIG. 10B shows a cross-sectional view along a sectional plane along the direction y from FIG. 10A; a line bridge 31 to the first connection 1, which runs vertically in FIG. 10A, appears in FIG. 10B on the left-hand side.
  • the measuring layer 10 is circular here and enables a radial current flow or voltage drop of the second measuring voltage U2 (according to the lateral resistance R2) between the first connection 1, which is located on the underside 10a of the measuring layer 10 in the center under the measuring layer 10 is located, and the second connection 2, which is also located on the underside, but in a circular shape below the outer edge region of the measuring layer 10.
  • the second measuring voltage U2 runs in this ring-shaped surface area (however in the measuring layer 10 located above it itself, i.e. above the insulating filler layer 14, if present).
  • the filling layer 14 can also be omitted; the conformally deposited or printed measuring layer 10 then automatically fills the gap at the same height as the two connections 1 and 2.
  • the measurement of the resistance in the direction of the layer thickness d is carried out with the aid of the first measurement voltage Ul (according to the "vertically" measured resistance RI) between the terminals 2 and 3, both of which are ring-shaped (and preferably with the same area). chen dimensions; in particular the same inner and outer radius), but on opposite sides 10a; 10b of the measuring layer 10 are formed.
  • the outer, ring-shaped measuring layer area between the two connections 2, 3 is therefore relevant for the measuring voltage U1 and an inner or at least middle measuring layer area between the two connections 1, 2 is relevant for the measuring voltage U2.
  • a recess is provided in the center of the measuring layer 10, which is filled with a contact hole filling 21; this is connected to a jumper 31, via which the voltage U2 between the first 1 and the second connection 2 can be tapped, because the first connection, which is arranged in the middle under the measuring layer, is normally not accessible from the outside.
  • the areas 1, 21 and 31 thus together form the first electrical connection 1, the circular structure 1 below the contact hole filling 21 being able to be referred to as the first connection 1 in the narrow sense (or its contact or contact surface area).
  • the line bridge 31 is insulated by an insulation layer 41 from the third connection 3 and also from the measurement layer itself; Furthermore, the third connection 3 is insulated by an insulation layer 13 (FIG. 10A) at least with respect to an outer area of the second connection 2 on the outer circumference of the measuring layer 10.
  • a geometry of the measuring layer 10 according to FIGS. 10A and 10B can be selected for the most varied of reasons.
  • This exemplary embodiment can be selected, for example, in order to obtain a value for the parameter t to be calculated in the case of a not entirely homogeneous course of the layer thickness d over the lateral dimensions of the measuring layer 10, which corresponds to an average value of the layer thickness d which is as accurate as possible over the surface area of the measuring layer 10 corresponds.
  • a layer thickness profile for d in which d becomes larger and larger in direction x, automatically leveled, since the first connection is located exactly in the middle of the x-dimension and since the distance between the connections 2, 3 determined by the layer thickness d cannot assume a strongly deviating value, as would be conceivable with a geometry according to FIG. 7A or 8A.
  • one or more measurement slices according to FIG. 10A and / or 10B can also be used be provided in pairs or in even greater numbers together on a substrate 25 and / or combined with measuring layers of the other embodiments.
  • FIGS. 11 A to 1 IC A further exemplary embodiment is shown in FIGS. 11 A to 1 IC, namely in FIG. 11 A as a cross-sectional view along a (rotational) axis of symmetry z and as two cross-sectional views perpendicular to it, namely once at the level of the first connection 1 (FIG. 1 IC) and once at the level of the second and third connections 2, 3 (FIG. 11B).
  • a measuring layer 10 does not necessarily have to be planar, but can also be curved and, for example, cylindrical, for example hollow-cylindrical.
  • the measurement layer 10, as shown in FIG. 11A is formed as a hollow cylinder with a larger length dimension in the direction of the axis of symmetry z; perpendicular to this, the layer thickness d extends along the radial direction r.
  • the measuring layer 10 surrounds a cylindrical core which corresponds to the substrate 25 and here, for example, can be in the form of a rod, in particular as a (e.g. rod of a) probe 16 or a measuring sensor 17.
  • the measuring layer 10 was, for example, after the connections 1, 2 were applied to the outer radius of the rod 16, 17 around different length sections in the axial direction, deposited conformally on the connections 1, 2 and the rod section between them.
  • the third connection 3 can then be applied to an outer radius or an outer surface 10d of a measuring layer area which surrounds the second connection 2.
  • the inner surface 10c of the measuring layer has a smaller radius and contacts the outer radius of the second connection 2 and the first connection 1, which is spaced apart in the axial direction z.
  • a planarizing insulating filler layer 14 can be provided below the measuring layer 10.
  • the supply lines to the connections 1, 2, 3 are not specifically shown in FIGS. 11A to 1IC.
  • FIGS. 11A to 1IC thus exemplarily illustrate a conceivable non-planar geometry of the measuring layer 10;
  • both a resistance RI in the direction of the layer thickness d of the (here hollow-cylindrical) measuring layer 10 namely in the radial direction r; by means of the first voltage Ul between the connections 2, 3) and a resistance R2 in the direction perpendicular to the layer thickness d (in the axial direction z; by means of the second voltage U2 between the terminals 1, 2) can be measured and by combining the two measurements a value corrected for the influence of the layer thickness d for the specific resistance or for the parameter t influencing this can be calculated.
  • the calculation formulas for this are of course different from those explained with reference to FIGS. 2 to 6 for the case of a rectangular measuring layer.
  • the object 50 proposed in this application and its measurement circuit 30 make it possible to compensate for the influence of the measurement layer thickness d on the measurement result.
  • the subject matter of this application can be used in all areas of application in which the determination of the layer thickness of the measuring layer and / or a correction or readjustment of the layer thickness is associated with technical difficulties or involves disproportionate additional expenditure.
  • Figure 12 shows an alternative to Figure 1 embodiment of an object with at least one measuring layer.
  • the measuring layer 10 is not necessarily part of the measuring circuit 30; Much more, the measuring circuit 30 can be an independent but integrated part of the object, in particular evaluation electronics which include the reference resistors shown in FIG.
  • the electrical connections 1, 2, 3, ... can include, for example, conductor tracks 51, 52, 53, ... or connecting lines (or vice versa); In particular, the connections 1, 2, 3,... directly adjoining the measuring layer can be connected to the measuring circuit 30 by means of the conductor tracks 51, 52, 53,.
  • the object 50 of Figure 1 or 12 can be designed according to any of claims 1 to 13; in particular also with regard to its measuring circuit 30.
  • FIG. 13 shows an alternative embodiment to FIGS. 1 and 12, in which the object 50 includes the measuring layer 10 (or a number of measuring layers 10, symbolized by a dashed border) and the electrical connections 1, 2, 3, ... (preferably including electrical conductor tracks 51, 52, 53, ... and / or preferably including external connections V, 2 ', 3', ...), but does not have its own measuring circuit. Instead, an independent measuring device 60 is provided which has the measuring circuit 30.
  • the terms “measuring device 60” and “measuring circuit 30” are conceptually different from one another, in the embodiments of this application they can also be viewed as synonyms for one and the same unit; especially since the measuring device 60 is ultimately nothing other than the measuring circuit 30; possibly plus a housing.
  • Such a housing of the measuring device 60 or the measuring circuit 30 can have its own external connections 1 ′′, 2 ′′, 3 ′′, ...) which can be connected to the external connections V, 2 ′, 3 ′, ...) of the object 50 are.
  • these external connections 1 ′′, 2 ′′, 3 ′′, ...) through respective conductor tracks 61, 62, 63, ... or connection lines to corresponding connection points, contact points or nodes etc. of the measuring circuit 30 (or a subunit 30a of it, for example a chip or a circuit board etc.).
  • FIG. 13 provides an object 50 which does not require its own measuring circuit, but nevertheless enables electrical resistance measurements on its measuring layer 10 (both parallel and transversely to its layer thickness).
  • FIG. 13 provides a measuring device 60 which has the measuring circuit 30 for initiating, performing and / or evaluating electrical resistance measurements on at least one measuring layer 10 (any object 50 which has such a measuring layer 10).
  • This measuring device 60 or independent, external measuring circuit 30 can also be used to carry out electrical resistance measurements on measuring layers both in the direction parallel to as well as transversely to their layer thickness and to link the measurement results with one another as described above.
  • FIG. 13 provides an arrangement 100 (for carrying out electrical measurements on at least one measuring layer), the arrangement comprising the object 50 and the measuring device 60 according to both sub-figures of FIG.
  • the measuring device 60 or its measuring circuit 30 only needs to be connected temporarily, in the extreme case only once, to the object 50 in order to initiate, carry out and / or evaluate the measurements on its measuring slice (s) 10.
  • the object 50 from FIG. 13 can be designed according to any one of claims 1 to 8 (ie without measuring circuit 30).
  • the measuring device 60 which is only shown schematically in the figures as a unit (without showing its structure or its circuit diagram), can be designed according to any one of claims 14 to 16.
  • the object 50 according to any one of claims 1 to 8 can be combined with a measuring device 60 according to one of claims 14 to 16; be it only assigned to one another (e.g. the object is permanently or temporarily in use and the measuring device is normally separate from it, stored separately for only occasional measurements) or alternatively (be it permanently or only temporarily) connected to one another.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Gegenstand (50) zur Durchführung oder zumindest zur Ermöglichung einer elektrischen Messung an einer Messschicht bereitgestellt, wobei der Gegenstand (50) zumindest Folgendes aufweist: - mindestens eine Messschicht (10; 11, 12), die eine Schichtdicke (d) besitzt, und - eine Mehrzahl elektrischer Anschlüsse (1, 2, 3, 4; 51, 52, 53, 54), die an die mindestens eine Messschicht (10; 11, 12) angeschlossen und/oder der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) benachbart sind und die zur Ermittlung des elektrischen Widerstands der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) dienen, wobei zumindest einige der elektrischen Anschlüsse (1, 2, 3, 4; 51, 52, 53, 54) an unterschiedliche Längenabschnitte der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) angeschlossen oder diesen benachbart sind, wodurch eine Messung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) in Richtung ihrer Schichtdicke (d) durchgeführt oder zumindest ermöglicht wird, und - wobei zumindest einige der elektrischen Anschlüsse (1, 2, 3, 4; 51, 52, 53, 54) an unterschiedliche, vorzugsweise zueinander entgegengesetzte Oberflächen der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) angeschlossen oder diesen benachbart sind, wodurch eine Messung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) in Richtung quer zu ihrer Schichtdicke (d) durchgeführt oder zumindest ermöglicht wird.

Description

Beschreibung
Gegenstand zur Durchführung einer elektrischen Messung an einer Messschicht
Die Anmeldung betrifft einen Gegenstand, der eine elektrische Messung an zumindest ei ner Messschicht durchführt oder eine solche Messung an einer Messschicht zumindest er möglicht.
Sensoren oder andere Gegenstände besitzen häufig eine Schicht bzw. Material Schicht, de ren ohmscher Widerstand gemessen wird.
Eine solche Schicht wird nachstehend Messschicht genannt, da ihr elektrischer Widerstand - beispielsweise dann, wenn sie mit einem umgebenden Material, Medium oder Volumen in Kontakt steht - gemessen wird oder für eine sonstige Messung herangezogen wird. Letztlich von Interesse kann auch ein ganz anderer Parameter sein, der jedoch den elektri schen Widerstand der Schicht beeinflusst und dadurch indirekt messbar ist.
Die Messschicht, deren Widerstand, insbesondere spezifischer Widerstand messtechnisch ermittelt wird, kann insbesondere eine elektrische Widerstandsschicht aus einem geeigne ten Material sein. Aus dem ohmschem Widerstand ist bei Kenntnis der Schichtabmessun gen der spezifische Widerstand errechenbar und daraus wiederum der Parameter (und ggfs auch einstellbar und regulierbar); beispielsweise die Temperatur.
Ferner besitzt ein Sensor oder ein sonstiger Gegenstand elektrische Anschlüsse, die an die Messschicht heranreichen; insbesondere elektrische Leiterbahnen. Die Messschicht und die elektrischen Anschlüsse können drucktechnisch oder auf sonstige Weise aufgetragen sein; z.B. auf eine Leiterplatte.
Bei der Dimensionierung drucktechnisch oder in sonstiger Weise aufgetragener Schichten, insbesondere von strukturierten Schichten lassen sich die lateralen Abmessungen in Rich tungen quer zur Schichtdicke meist sehr präzise vorgeben. Die Kontrolle der Schichtdicke hingegen ist fertigungstechnisch viel schwieriger; Herstellungstoleranzen oder sonstige Schwankungen der Schichtdicke sind daher, obwohl sie kritischer sein können als die seit lichen Konturen, schwieriger vermeidbar und kontrollierbar. Bei ohmschen Widerständen beispielsweise wird herkömmlich versucht, Schwankungen der tatsächlichen Widerstands werte gegenüber den gewünschten Werten des ohmschen Widerstands durch Parallelschal tungen mehrerer solcher Widerstände, durch Temperaturbehandlungen oder durch Laser trimmen zu verringern, oder es wird die Zusammensetzung des für die Widerstände zu ver druckenden Materials selbst variiert.
Die Schwierigkeit bei der Steuerung der Schichtdicke aufzutragender Schichten, insbeson dere aufzudruckender Schichten betrifft zwar grundsätzlich alle Arten von Materialien, d.h. auch gedruckte Leiterbahnen. Jedoch ist bei als Leiterbahnen dienenden Strukturen die Leiterbahndicke meist nicht kritisch oder jedenfalls nicht in einem kritischen Bereich, etwa wegen der hohen Leitfähigkeit oder des insgesamt genügend großen Leiterquerschnitts.
Solche Schichten oder Flächenbereiche aufgetragener Materialien hingegen, die nicht oder nicht ausschließlich als Leiterbahn dienen und/oder bei denen der elektrische Widerstand (der ohmsche Widerstand, insbesondere der spezifische ohmsche Widerstand) zu messen und/oder einzustellen ist, wird in dieser Anmeldung als Messschichten bezeichnet. Bei sol chen zu Messzwecken dienenden Schichten ist der Einfluss ihrer Schichtdicke oft kritisch, beispielsweise bei Schichtdickenschwankungen infolge von Herstellungstoleranzen, und wirkt sich nachteilig auf die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Messergebnisses aus.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Gegenstand mit mindestens einer Messschicht bereitzustellen, an dem elektrische Messungen möglich sind und bei welchen Messungen die Genauigkeit dieser Messungen nicht mehr durch die Schichtdicke der Messschicht oder eine Schwankung dieser Schichtdicke verfälscht wird. Insbesondere soll ein Gegenstand bereitgestellt werden, an dessen Messschicht elektrische Messungen in der Weise durchgeführt oder zumindest ermöglicht werden können, dass ein um Einflüsse der Schichtdicke kompensierter, d.h. von der tatsächlichen Schichtdicke unabhängiger Wert für den elektrischen Widerstand oder für einen den elektrischen Widerstand beeinflussen den Parameter messbar und/oder ermittelbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1, 14 und 18 gelöst. Gemäß dieser Anmeldung ist vorgesehen, dass an der Messschicht zwei Messungen vorge nommen und miteinander verknüpft werden, nämlich eine Messung des elektrischen Wi derstands (oder einer daraus abgeleiteten, zumeist ebenfalls elektrischen Eigenschaft) in Richtung der Schichtdicke selbst und eine zweite Messung derselben Eigenschaft, aber in Richtung quer zur Schichtdicke, d.h. in lateraler Richtung.
Herkömmlich erfolgt die Messung üblicherweise ausschließlich quer zur Schichtdicke, d.h. entlang der lateralen Abmessungen der Messschicht, nämlich in lateraler bzw. horizontaler Richtung zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen, die auf unterschiedlichen Flä chenbereichen über der Leiterplatte die Messschicht kontaktieren. Bei solch einer her kömmlichen Messung wird der herstellungstechnisch angestrebte Sollwert, Durchschnitts wert oder Schätzwert für die Schichtdicke der Messschicht zwar vorgegeben, und zwar einmal während der Herstellung des Gegenstandes als Sollwert zur Dimensionierung der Messschicht und oft auch zusätzlich als gespeicherter Zahlenwert in der Soft- oder Hard ware der elektronischen Messschaltung bzw. des Gegenstands, um daraus und aus den üb rigen (Mess-)Daten den elektrischen Widerstand der Schicht oder den sonstigen Parameter errechnen zu können. Selbst wenn die Messung und die anschließende Berechnung genau durchgeführt werden, entstehen im Falle von Abweichungen der tatsächlichen Schichtdi cke von der herstellungstechnischen Vorgabe und/oder von dem gespeicherten Zahlenwert Messfehler.
Die vorliegende Anmeldung vermeidet solche Messfehler und sieht vor, dass der Einfluss der Schichtdicke der Messschicht auf das Messergebnis kompensiert wird, indem eine wei tere, zusätzliche Messung durchgeführt wird, bei der die Messschicht in Richtung parallel zur ihrer Schichtdicke (d.h. beispielsweise vertikal statt horizontal) von einem Strom durchflossen (bzw. in Richtung dieser Schichtdicke eine Spannung angelegt und/oder ab gegriffen bzw. gemessen) wird. Das Ergebnis dieser zusätzlichen Messung wird mit dem Ergebnis der Messung in Richtung quer zur Schichtdicke so verknüpft, dass für den spezi fischen Widerstand (oder für einen den diesen beeinflussenden, zu messenden Parameter) ein solcher Wert errechenbar und/oder eine solche Berechnungsformel anwendbar ist, der bzw. die nicht mehr von der Schichtdicke der Messschicht abhängt. Dadurch wird der er mittelte Wert (für den spezifischen Widerstand oder den sonstigen Parameter) unabhängig von dem Einfluss der Schichtdicke, d.h. es wird ein fehlerfreier, objektiverer Wert für den spezifischen Widerstand oder für den mithilfe des spezifischen Widerstandes zu messen den Parameter (wie beispielsweise der Temperatur) erzielt.
Einige exemplarische Ausführungsformen werden nachstehend in Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Gegenstandes mit einer Messschaltung, die ei nen Messstreifen aufweist,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten exemplarischen Ausführungsform hin sichtlich der Messschichtgeometrie und deren Kontaktierung, die Figuren 3 und 4 verschiedene Teilabschnitte der Messschicht aus Figur 2,
Figur 5 ein Ersatzschaltbild für die Messschaltung der Figuren 2 bis 4,
Figur 6 die Abhängigkeit eines vom spezifischen Widerstand der Messschicht abhängigen Parameters von zwei Messspannungen aus Figur 5, die Figuren 7A und 7B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht der Messschaltung der Figuren 2 bis 5, die Figuren 8Aund 8B eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes bzw. seiner Messschaltung mit zwei separaten Messschichten gleicher Dicke,
Figur 8C eine Abwandlung gegenüber den Figuren 8A und 8B hinsichtlich der lateralen Abmessungen der Messschichten,
Figur 9 eine Abwandlung gegenüber Figur 8C mit insgesamt vier Messschichten, die Figuren 10A und 10B eine alternative Ausführungsform hinsichtlich der Geometrie der Messschicht und ihrer Anschlüsse, die Figuren 11 A bis 1 IC eine exemplarische Ausführungsform mit einer nicht-planaren Messschicht,
Figur 12 eine zu Figur 1 alternative Ausführungsform eines Gegenstandes mit mindestens einer Messschicht und
Figur 13 eine zu den Figuren 1 und 12 alternative Ausführungsform, bei der ein Gegen stand mit zumindest einer Messschicht, aber ohne Messschaltung und ferner eine vom Ge genstand separate bzw. eigenständige Messvorrichtung vorgesehen sind, die gemeinsam eine Anordnung zur Durchführung elektrischer Messungen an der Messschicht bilden.
Figur 1 zeigt eine rein schematische Darstellung eines Gegenstandes 50 mit einer Mess schaltung 30, die eine Messschicht 10 aufweist; vorzugsweise eine auf ein Substrat oder einen sonstigen Untergrund oder Träger abgeschiedene Messschicht 10. Die Messschicht 10 kann insbesondere eine gedruckte Schicht 5 sein, beispielsweise aus Druckpaste 7 oder einem sonstigen verdruckbaren Lack (Drucklack); alternativ auch eine durch ein sonstiges Auftragungsverfahren aufgebrachte Materialschicht. Insbesondere kann es sich bei dem Material dieser Schicht um ein Material handeln, welches vor dem Aufbringen auf das Substrat bzw. den Untergrund oder sonstigen Träger nur in flüssiger oder pastöser Form, als Emulsion oder als Suspension (insbesondere als Druckfarbmasse) vorliegt und somit zunächst formlos ist, d.h. ohne feste Körperform vorliegt. Da somit vor der Auftragung keine vorgegebene Kontur dieser Materialmasse existiert, ist der Druckprozess oder sons tige Auftragungsprozess (ggfs einschließlich einer nachfolgenden Nachbearbeitung) ent scheidend für die Formgebung der aus dieser Masse gebildeten Materialschicht, die später als Messschicht 10 dient. Insbesondere die Schichtdicke d, die bei aufgedruckten Schichten typischerweise deutlich geringer ist als die lateralen Abmessungen parallel zum Unter grund, ist bei Druck- und anderen Auftragungsprozessen schwieriger zu kontrollieren, zu messen und/oder zu korrigieren. Insbesondere für Druckschichten, die als elektrischer Wi derstand, insbesondere als ohmsches Widerstandselement bzw. passives elektronisches Bauelement bestimmt sind, ist von Nachteil, dass Druckmaschinen die Einhaltung einer genauen Schichtdicke der Druckschicht nicht so gut beherrschen und auch deren Nachkon trolle mit einer Kamera nicht so einfach durchführbar ist wie bei den lateralen Längen- und Breitenabmessungen der erzeugten Druckschicht auf dem Substrat, Träger oder sonstigen Untergrund. Herkömmlich wurde eine gewisse Toleranz der Schichtdicke von Messschich ten entweder in Kauf genommen oder durch eine zeit- und arbeitsaufwändige Nachbearbei tung, etwa durch Lasertrimmen, angepasst.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Gegenstand kann die Schichtdicke d der gedruckten Messschicht 5 bzw. 10 daher Schwankungen unterworfen sein, d.h. je nach Exemplar des Gegenstands unterschiedlich groß ausfallen. Gemäß der vorliegenden Anmeldung ist der Gegenstand 50 bzw. dessen Messschaltung 30 so ausgebildet, dass der Einfluss der tatsäch lichen Schichtdicke d auf das Messergebnis berücksichtigt und kompensiert wird. Hierzu ist vorgesehen, dass zwei Messungen durchgeführt und miteinander verknüpft werden, um einen aus beiden Messungen resultierenden Messwert zu erhalten, der unabhängig ist von der Größe der Schichtdicke d. Zur Durchführung der beiden Messungen sind in Figur 1 drei elektrische Anschlüsse 1, 2 und 3 an der Messschicht 10 ausgebildet. Die konkreten räumlichen Positionen dieser Anschlüsse relativ zur Messschicht gehen aus den übrigen nachfolgenden Figuren hervor.
Figur 1, aber auch die nachfolgenden Figuren sind rein schematisch zu verstehen, d.h. ohne Festlegung irgendwelcher räumlichen Größenverhältnisse oder Abmessungen; insbeson dere kann die Messschicht 10 und/oder die Mehrzahl elektrischer Anschlüsse 1, 2, 3, 4 statt innerhalb auch (ganz oder teilweise) außerhalb eines Gehäuses des Gegenstands 50 und/o- der der Messschaltung 30 angeordnet sein, etwa um in Kontakt mit einer Außenumgebung, etwa einem Gas oder einem sonstigen Medium, einem Druck, einer Feuchtigkeit oder einer sonstigen Wechselwirkung (s.o.) auf die Messschicht zu treten. Beispielsweise können die mindestens eine Messschicht und endseitige Bereiche der elektrischen Anschlüsse in einem Gehäusefenster oder an, in oder auf einer Sonde, d.h. einem Messfühler angeordnet sein oder in einem in sonstiger Weise exponierten Bereich des Gegenstands 50 und/oder seiner Messschaltung 30 angeordnet sein.
Die Messschicht ist insbesondere eine Schicht aus einem Material, deren ohmscher Wider stand, insbesondere deren spezifischer (ohmscher) Widerstand Rst gemessen werden soll. Die genaue Höhe des spezifischen Widerstands hängt bei vielen Materialien von einem Pa- rameter T ab; meist von der Temperatur t, oft aber auch von anderen zu messenden Ein flussgrößen anstelle der Temperatur, etwa von einem Druck, der aufgrund der Atmosphäre oder einem sonstigen umgebenden Medium auf die Messschicht 10 ausgeübt wird, von der Feuchtigkeit (z.B. der relativen Luftfeuchtigkeit), der Helligkeit oder einer sonstigen Strah lungsintensität, von einem pH-Wert oder einer Konzentration einer stimmten Substanz, Chemikalie oder Komponente eines Materials, einer Lösung, einer Emulsion oder Suspen sion oder einer Körperflüssigkeit wie z.B. Blut (etwa der Blutzuckerkonzentration), wenn die Oberfläche der Messschicht mit ihnen in Kontakt kommt.
Neben diesen explizit aufgezählten Beispielen kommen beliebige sonstige physikalische Größen bzw. Parameter t in Betracht, die den Widerstand einer Messschicht beeinflussen können, aber bei Verwendung herkömmlicher Messgeräte infolge unzureichender Schicht dickenkontrolle der Messschicht 10 bei der Herstellung fehlerbehaftete Messergebnisse lie fern. Mit Hilfe der hier beschriebenen Messschaltung wird es möglich, einen deutlich prä ziseren und zuverlässigen Messwert für solche Parameter t und/oder den spezifischen Wi derstand der Messschicht zu bestimmen.
In Abgrenzung zu Drähten, Leiterplatten, Substraten oder anderen körperlich vorgeformten Elementen elektronischer Schaltungen ist mit „Schicht“ hier vorzugsweise eine durch Auf tragung auf ein Substrat, Untergrund oder einen sonstiges Trägermaterial aufgebrachte Be schichtung, insbesondere Bedruckung gemeint, deren körperlich-räumliche Abmessungen erst durch den Auftragungs- bzw. Beschichtungsprozess (insbesondere Druckprozess), ggfs auch erst durch eine anschließende Strukturierung entstehen. Beispielsweise ist die Messschicht eine Beschichtung (insbesondere Bedruckung, d.h. Druckschicht bzw. ge druckte Schicht) auf einer Leiterplatte bzw. einem PCB, einem Etikett oder auf einen sons tigen Bestandteil der Messschaltung.
Eine Messschicht ist somit z.B. eine Beschichtung oder Bedruckung aus einem Material, dessen spezifischer Widerstand entweder selbst von Interesse ist oder lediglich zur Mes sung, Einstellung und/oder Regulierung des weiteren Parameters t dient. Der spezifische Widerstand von Festkörpern oder sonstigen als kondensierte Materie (Druckpaste, Druck masse, etc.) vorliegenden Materialmischungen hängt insbesondere von der Temperatur ab; bei vielen Materialien steigt er mit zunehmender Temperatur. Da zur Ermittlung des spezi fischen Widerstandes beispielsweise eines quaderförmigen Volumens von Druckpaste des sen räumliche Abmessung, also unter anderem auch die Schichtdicke berücksichtigt wer den müssen, wird bei der Temperaturmessung mit einem herkömmlichen Messgerät 50, das eine Messschicht 10 aufweist, der ermittelte Wert für die Temperatur t der Messschicht 10 von der Genauigkeit abhängen, mit der die vorgesehene Schichtdicke d der Messschicht 10 bei ihrer Herstellung bzw. Auftragung eingehalten wurde, und bei Abweichungen vom Sollwert zu Messfehlern führen, die bei dem hier vorgeschlagenen Messgerät oder sonsti gen Gegenstand 50 nicht mehr auftreten.
Der spezifische Widerstand der Messschicht (insbesondere der ohmsche Gleichstromwid erstand) ist meist deutlich höher als deijenige einer metallischen Leiterbahn, andererseits oft geringer als derjenige von Nichtleitern. Vorzugsweise werden hier Messschichten mit einem spezifischen Widerstand zwischen 1 Ohm/sq und 1000 Ohm/sq betrachtet. Dennoch ist der Begriff der Messschicht nicht ausschließlich auf Materialien nur mittlerer oder ge ringer Leitfähigkeit begrenzt; beispielsweise können je nach Anwendung auch Metall schichten aufgrund ihrer Oberflächenbeschaffenheit; beispielsweise infolge katalytischer oder sonstiger Oberflächenreaktionen, als Messschicht eingesetzt und ggfs geeignet di mensioniert werden.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten exemplarischen Ausführungsform hinsichtlich der Geometrie der Messschicht 10 und der Anordnung daran angeschlossener elektrischer Anschlüsse 1, 2 und 3. Bereits die Anzahl dreier verschiedener elektrischer Anschlüsse 1, 2, 3, die alle an dieselbe Messschicht 10 angeschlossen sind, unterscheidet sich von herkömmlichen Messgeräten, wo in der Regel kein dritter Anschluss vorgesehen ist. Der dritte Anschluss 3 dient zur Durchführung einer zusätzlichen Messung des elektri schen Widerstands, nämlich in Richtung parallel zur Schichtdicke d der Messschicht 10, d.h. in Richtung der Flächennormalen senkrecht zur Oberseite 10b und Unterseite 10a der Messschicht 10. Wiederum ist die Messschicht 10 beispielsweise eine gedruckte Schicht 5, etwa eine Druckpaste 7 oder eine sonstige verdruckte Farbe (Drucklack) oder jedenfalls eine sonstige, durch einen Auftragungs- oder Abscheidungsprozess gebildete Beschichtung 6. Somit wurden zumindest die lateralen Abmessungen in der xy-Ebene, d.h. zumindest die Längenabmessung und die Breite der Messschicht 10 durch den Druckprozess oder die sonstige Abscheidung, ggfs durch eine nachfolgende Strukturierung vorgegeben. In Figur 2 besitzt die Messschicht daher eine bestimmte Länge 1 sowie Breite b parallel zur Oberflä che des Substrats 25, Trägers oder sonstigen Untergrunds. Hinsichtlich der Länge der Messschicht 10 ist in Figur 2 nicht ihre gesamte Länge, lediglich ein Teilstück 1 ihrer Länge, welches den lateralen Abstand zwischen einem ersten Anschluss 1 und einem zwei ten Anschluss 2 überbrückt, mit 1 bezeichnet; für die Spannung zwischen den Anschlüssen 1 und 2 ist diese (Teil-)Länge 1 für die weiteren Berechnungen maßgeblich. Diese An schlüsse 1, 2 sind beispielsweise auf der Unterseite der Messschicht 10 herangeführte, bei spielsweise zwischen der Messschicht 10 und dem Substrat 25 angeordnete (oder darin ein gebettete) Leiterbahnen, die jeweils einen Flächenbereich der Messschicht bzw. ihrer Un terseite kontaktieren; der Abstand zwischen diesen Flächenbereichen entspricht der für die Messung relevanten Teillänge 1 der Messschicht 10.
Auf der Oberseite 10b der Messschicht 10 ist ein dritter elektrischer Anschluss Sangeord net, die beispielsweise in lateraler Richtung mit dem zweiten Anschluss 2 überlappt, aber auf der entgegengesetzten Seite 10b der Messschicht 10 angeordnet ist wie der zweite An schluss 2. Der zweite und der dritte Anschluss 2, 3 dienen dazu, eine zweite Messung durchzuführen, bei der der elektrische Widerstand der Messschicht 10 auch noch in Rich tung der Schichtdicke d bzw. in Richtung z gemessen wird, und zwar zusätzlich zur her kömmlichen Messung zwischen den Anschlüssen 1 und 2. Diese zweite Messung ergibt eine Verknüpfung der Schichtdicke d und des spezifischen Widerstands (bzw. eines ihn be einflussenden Parameters) mit einem weiteren Messwert; zusätzlich zur Verknüpfung, die durch die erste Messung (zwischen den Anschlüssen 1 und 2) erreicht wird. Beide Ver knüpfungen werden miteinander kombiniert, um daraus einen von der Schichtdicke d tat sächlich unabhängigen, d.h. um den Einfluss der Schichtdicke und/oder von Schwankun gen der Schichtdicke d kompensierten Wert für die eigentlich interessierende Messgröße zu erhalten, nämlich für den Wert des spezifischen Widerstands selbst und/oder für den Wert des Parameters t, der den spezifischen Widerstand der Messschicht 10 beeinflusst.
Bei vielen Festkörpern hängt der spezifische Widerstand von der Temperatur ab; diese wird hier mit t bezeichnet. Dennoch kommen grundsätzlich beliebige Parameter in Frage; der Buchstabe t steht daher in dieser Anmeldung stellvertretend für eine beliebige im Hilfe der Messschaltung 30 und der Messschicht 10 zu messenden, zu überwachenden und/oder zu regulierenden Einflussgröße. Figur 3 zeigt den der Teillänge 1 entsprechenden Abschnitt der Messschicht 10, welcher für die erste Messung relevant wird, bei der der ohmsche Widerstand der Messschicht 10 im Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 1, 2 gemessen wird. Mit den je weiligen elektrischen Anschlüssen 1, 2, 3, ... sind jeweils an die mindestens eine Mess schicht 10 herangeführten Leiterbahnen oder jedenfalls leitende Strukturen gemeint; insbe sondere deren Kontaktbereiche, die die mindestens eine Messschicht 10 jeweils unmittel bar kontaktieren.
Der elektrische Widerstand, der im Allgemeinen eine komplexe Größe ist, ist vorzugs weise der ohmsche Widerstand, d.h. der Gleichstromwiderstand des Materials der Mess schicht 10. Für die meisten Anwendungen wird davon ausgegangen, dass die Messschicht aus einem isotropen Material gebildet ist, deren spezifischer Widerstand ebenfalls isotrop, d.h. richtungsunabhängig ist. Der elektrische Widerstand R der Messschicht insgesamt hängt zusätzlich auch von den Abmessungen der Messschicht 10 ab.
Grundsätzlich ergibt sich der ohmsche Widerstand einer Materialbahn wie beispielsweise der Messschicht 10 als Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Länge der Mess schicht (in Messrichtung), dividiert durch die Querschnittsfläche senkrecht zur Messrich tung. Die Messrichtung ist die Richtung, entlang derer der Strom fließt oder jedenfalls die Spannung angelegt ist. In Richtung senkrecht dazu besitzt die Materialbahn bzw. die Mess schicht eine gewisse Breite und eine gewisse Dicke. Dividiert man den ohmschen Wider stand durch diese Dicke, so erhält man den Flächenwiderstand Rn, der insbesondere bei dünnen Schichten sehr geringer Schichtdicke anstelle des ohmschen Widerstandes angege ben wird.
Während herkömmlich nur eine Messspannung entlang einer einzigen Richtung (der Haupterstreckungsrichtung) bzw. Abmessung der Messschicht angelegt wird (analog zu Fi gur 3), wird hier vorgeschlagen, eine zusätzliche Spannung in Richtung der Schichtdicke d der Messschicht anzulegen und/oder abzugreifen.
Figur 4 zeigt einen weiteren, sich an die Länge 1 aus Figur 3 anschließenden Endabschnitt der Messschicht 10 der Länge G, welcher, wie in Figur 2 zu sehen, zwischen dem unteren Anschluss 2 und dem oberen Anschluss 3 angeordnet ist. Hier erfolgt ein zusätzlicher Stromfluss zwischen den Anschlüssen 2, 3, und zwar in Richtung z parallel zur Schichtdi cke d der Messschicht 10. Unter der Annahme, dass beide Anschlüsse 2, 3 die gesamte Breite b = 11 (in Richtung y) und auch die gesamte restliche Länge 1‘ = dl (in Richtung x) auf der Ober- und Unterseite 10b, 10a der Messschicht 10 im Längenabschnitt 1‘ bedecken, ergibt sich für diese Messung (Figuren 2 und 4) der ohmsche Widerstand RI zwischen den Anschlüssen 2, 3 gemäß
11
RI = Rs - bl dl mit 11 = d als Wegstrecke durch die Messschicht 10 entlang der Richtung z, die bei dieser (ersten) Messung zugleich der Stromrichtung entspricht, und mit den dazu senkrechten Ab messungen bl = b und dl = 1‘ der Querschnittsfläche senkrecht zur Stromrichtung. Dabei wird idealisierend vorausgesetzt, dass der Widerstand der Anschlüsse sehr viel kleiner ist als derjenige der Messschicht (andernfalls ergäbe sich eine Übergangszone, wo Anschluss und Messschicht aneinander angrenzen, in welchem Fall für 11, d.h. den Abstand zwischen den inneren Kanten der Anschlüsse noch ein Korrekturterm zu berücksichtigen wäre). Für die Messung (Figuren 2 und 3) zwischen den Anschlüssen 1, 2 ergibt sich der ohmsche Widerstand R2 gemäß
12
R2 = Rs - b2 d2 mit 12 = 1 als Wegstrecke durch die Messschicht 10 entlang der Richtung x, die die Strom richtung dieser (zweiten) Messung ist, und mit den dazu senkrechten Abmessungen b2 = b und d2 = d der Querschnittsfläche senkrecht zu dieser Stromrichtung. In den Figuren 2 bis 4 für die geometrischen Abmessungen der Messschicht 10 zusätzlich verwendeten Bezugs zeichen, deren Indexzahlen 1 bzw. 2 auf die erste (senkrechte) bzw. zweite (horizontale) Messung hinweisen, werden im Laufe der nachstehenden Rechnung noch vereinheitlicht.
Figur 5 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen Teil der Messschaltung 30. Die Messschaltung 30 dient zur Ermittlung des ohmschen Widerstands der Messschicht, und zwar mit Hilfe von Spannungsmessungen. Alternativ könnte die Widerstandsbestimmung auch mittels von Strommessungen erfolgen; die nachfolgende rechnerische Herleitung mit Bezug auf Figur 5 bezieht sich nur auf den Fall der Widerstandsbestimmung mittels der Spannungs messung.
Bei der Messschaltung 30 (Figur 5) ist der jeweils zu ermittelnde ohmsche Widerstand RI in Richtung der Schichtdicke sowie derjenige R2 in Richtung senkrecht zur Schichtdicke jeweils in Serie mit einem jeweiligen Referenzwiderstand Rlref bzw. R2ref geschaltet. Da zwischen wird jeweils eine Messspannung Ul bzw. U2 abgegriffen, deren Höhe bei der weiteren Berechnung die Ermittlung des spezifischen Widerstands und letztendlich des diesen beeinflussenden Parameters ermöglicht, und zwar infolge der Durchführung und Verknüpfung beider Messungen, um den Einfluss der Schichtdicke d der Messschicht 10 zu berücksichtigen. Für beide Messungen wird jeweils vorzugsweise eine Gleichspannung benutzt. Beide Messungen können wahlweise nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden; bei wiederholter Messung auch abwechselnd nacheinander oder jeweils gleichzei tig oder kontinuierlich oder in bestimmten Zeitintervallen. Unter der Annahme, dass die an die beiden Serienschaltungen angelegte Betriebsspannung oder sonstige Gesamtspannung Ub vorgegeben und bei beiden Messungen gleich groß ist, ergibt sich die jeweilige Teilspannung Ul bzw. U2 aus dem Relativverhältnis des Widerstandes am stromdurchflos senen Abschnitt der ersten Messschicht 10 gemäß Figur 3 und bzw. Figur 4 relativ zum Gesamtwiderstand, der zusätzlich den jeweiligen Referenzwiderstand gemäß Figur 5 ent hält. Somit errechnen sich die abgreifbaren Spannungen gemäß
Figure imgf000014_0001
und
Figure imgf000014_0002
mit Rs als spezifischem Widerstand (der oft mit p abgekürzt wird) des Materials der Mess schicht 10.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass nicht der spezifische Widerstand selbst von Interesse ist, sondern die Größe eines Parameters, welcher den spezifischen Widerstand Rs des Materials der Messschicht 10 zumindest vorübergehend während der Messung beein flusst und ggfs verändert. Wie auch immer die genaue Abhängigkeit des spezifischen Wi derstands von diesem Parameter t sein mag, es lässt sich auf jeden Fall näherungsweise eine lineare Beziehung (wie hier insgesamt, oder alternativ abschnittsweise linearisiert) an geben, etwa der Form
Rs = RsO + a-t, wobei t der Parameter ist, a eine Proportionalitätskonstante, die die Steigung dieser Gera den angibt, und RsO ein vorgegebener Sollwert, Mittelwert oder Schätzwert für den spezifi schen Widerstand ist, der beispielsweise für einen bestimmten Sollwert des Parameters t ermittelt wurde. Dieser Sollwert wird nachstehend auch als Rs nom bezeichnet, da er ei nen nominellen Wert des spezifischen Widerstands (bei einem Soll- oder Schätzwert für den Parameter t) bezeichnet, der nicht zwangsläufig auch tatsächlich den exakten Wert bei der Messung entspricht.
Wenngleich beliebige Parameter zur Veränderung des spezifischen Widerstands in Frage kommen, wird nachstehend der Einfachheit halber nur noch stellvertretend die Temperatur t als Parameter betrachtet. Somit ergibt sich für die nachfolgenden Berechnungen
Figure imgf000015_0001
mit dem Kehrwert von sf als Proportionalitätskonstanten a (die Konstante a entspricht dem Temperaturkoeffizienten, der oft mit a abgekürzt wird). Der Faktor sf wird in der Einheit °C/Qm angegeben. Falls ein anderer physikalischer oder chemischer Parameter (anstelle der Temperatur) untersucht wird, lautet auch die Einheit von sf anders. Rs nom gibt den Soll- oder Schätzwert des spezifischen Widerstands bei einem vorgege benen Parameter wieder; hier also bei vorgegebener Temperatur; etwa bei Raumtempera tur. Bei der weiteren Berechnung werden nun die lateralen Abmessungen bl, dl, b2 und 12 als bekannt (und konstant) angenommen; ferner auch die Gesamtspannung Ub, die Wider standskonstante Rs nom sowie der Temperaturkoeffizient 1/sf. Die kritische Schichtdicke d der Messschicht 10, die bei der ersten Messung als 11 und bei der zweiten Messung als b2 bezeichnet ist, wird dagegen als Variable behandelt; ebenso die Temperatur t (allgemei ner: der beliebige Parameter t) und der dadurch beeinflusste spezifische Widerstand Rst(t) gemäß obiger Formel.
Für die Spannung Ul der ersten, „vertikalen“ Messung (d.h. in Richtung der Schichtdicke d; vgl. Fig. 4) ergibt sich
Figure imgf000016_0001
Rlre + fist(t) EJ73! oder aufgelöst nach 11 bl - dl - Rlref - Ul ll(t, Ul) = - RI - Ul - Rst(t) Ub und für die Spannung U2 der „horizontalen“ Widerstandsmessung (Figur 3) ergibt sich
Figure imgf000016_0002
Setzt man hier die in obige Formel für Rst(t) ein und berücksichtigt noch, dass 11 und d2 nur andere Abkürzungen für die bei beiden Einzelmessungen jeweils auf unterschiedliche Art und Weise berücksichtigte Schichtdicke d und somit identisch sind, ergibt sich unter Verwendung von bl - dl - Rlref - Ul d2(t, Ul) = ll(t, Ul) = - RI - Ul - Rst(t) Ub als Gleichung für die horizontal angelegte Spannung U2
Figure imgf000017_0001
Wird die Gleichung nach dem gesuchten Parameter t in Abhängigkeit von der Höhe beider Messspannungen Ul und U2 aufgelöst, so ergeben sich die beiden Lösungen
Figure imgf000017_0002
und t2(Ul, U2) bl - b2 - dl - Rlref R2ref Ul t/2 (Ub - t/2) sf (Ub Rs iom — t/2 Rs iom + 12 (Ub - Ul) )
Ub - t/2
Angesichts des in Figur 5 dargestellten Ersatzschaltbildes mit den ohmschen Widerständen RI, R2, Rlref, R2ref ist für die Funktion t(Ul,U2) ein steigender Verlauf zu erwarten, wo- hingegen die zweite Lösung t2(Ul,U2) einen fallenden Verlauf besitzt. Daher ist hier die erste Formel für t=tl(Ul,U2) die physikalisch richtige Lösung, um die Temperatur t oder den sonstigen interessierenden Parameter t zu errechnen (generell ist von beiden obigen mathematischen Formeln jeweils die physikalisch sinnvolle als Lösung zu wählen). Wie aus der Formel für tl(Ul,U2), d.h. t(Ul,U2) hervorgeht, hängt die Lösungsformel nur noch von vorgegebenen, unkritischen Einflussgrößen und den gemessenen Teil Spannungen U1,U2 ab, jedoch nicht mehr von der messtechnisch kritischen Schichtdicke d der Mess schicht 10. Auch die synonymen Abkürzungen 11 oder d2 tauchen nicht mehr auf. Die obige Formel für tl(Ul,U2) = t(Ul,U2) und die beiden Messungen von Ul und U2 gemäß den Figuren 2 bis 5 liefern als Rechnungsergebnis genau den korrekten, von Einflüssen der Schichtdicke d bereinigten Wert für die Temperatur oder den sonstigen Parameter t. Der gemäß obiger Formel für tl(Ul,U2) = t(Ul,U2) erhaltene Wert für t ist daher bereits um den Einfluss der Schichtdicke d korrigiert, d.h. exakter und zuverlässiger als bei herkömm lichen Messungen bzw. Messgeräten.
Eine qualitative Vorstellung von der Lösungsformel für t bzw. tl vermittelt Figur 6, in der in willkürlichen Einheiten Parameterkurven für die Höhe des Parameterwertes für t (auf der vertikalen Achse) in Abhängigkeit von der Größe der in Richtung der Schichtdicke ge messenen Teil Spannung Ul (im Bereich von 0,5 bis 4,5 V) aufgetragen ist, und zwar in Form mehrerer Kurven für verschiedene Werte von U2. Je größer der Wert der Teilspan nung von U2 in Volt ist, desto höher und steiler fällt die zugehörige, jeweils in Figur 6 auf getragene Kurve t(Ul) aus. Die gestrichelt für negative Parameterwerte dargestellte Kurve entspricht der unphysikalischen Lösung t2, die ohne Bedeutung ist. Hinsichtlich der Grö ßenordnung der beteiligten elektrischen Parameter kann beispielsweise eine Gesamtspan nung Ub von 5 V angelegt werden, und die beiden Referenzwiderstände, die den übrigen Teil der Messschaltung repräsentieren, können beispielsweise Rlref = 2700 W und R2ref = 27 kQ betragen. Der Sollwert bei einer vorgegebenen Größe der Temperatur oder des sons tigen Parameters t kann beispielsweise Rs nom = 0,5 Qm für den spezifischen Widerstand des Materials der Messschicht betragen und die Kennlinienbeschreibung kann beispiels weise sf = 5/Qm betragen. Hinsichtlich der Abmessungen der Messschicht 10 kann als zu überbrückende Länge für die horizontale Messung beispielsweise 1 = 12 = 50 mm, als rest liche Länge zwischen den beiden Anschlüssen 2 und 3 beispielsweise G = dl = 5 mm, als Breite in Richtung y beispielsweise b = bl = b2 = 5 mm und als durch die kompensierende Messschaltung berücksichtigte Schichtdicke der Messschicht 10 in Richtung z beispiels weise d = 11 = d2 = 1 mm gewählt werden. Die Figuren 7A und 7B zeigen das anhand der Figuren 1 bis 6 erläuterte Ausführungsbei spiel noch einmal in Draufsicht und Querschnittsansicht bezüglich des Substrats 25 oder sonstigen Trägers oder Untergrunds unterhalb der aus der mindestens einen Messschicht 10 und den elektrischen Anschlüssen gebildeten Schichtstruktur. Figur 7A zeigt die Drauf sicht auf das Substrat 25 (bzw. einen Teil davon). Bei dieser wie auch allen übrigen Aus führungsformen kann derjenige Bereich, in dem die Messschicht 10 angeordnet ist, bei spielsweise als Sonde 16 bzw. Messfühler 17 ausgestaltet sein (bildlich nicht näher darge stellt); dies ist jedoch optional. Die elektrischen Anschlüsse 1, 2 und 3 besitzen außer ei nem bahnförmigen, als Zuleitung ausgebildeten Bereich seitlich außerhalb der Abmessun gen der Messschicht 10 ferner einen mit dieser Messschicht in einem Flächenbereich je weils überlappenden Bereich, der auch als Kontaktfläche oder Kontaktflächenbereich be zeichnet werden könnte; hier kontaktiert der jeweilige elektrische Anschluss 1, 2, 3 bzw. dessen jeweilige Leiterbahn die Messschicht 10. Die zwischen den Anschlüssen 2, 3 ab greifbare Spannung lautet Ul und diejenige zwischen den Anschlüssen 1, 2 lautet U2. Eine entlang der Haupterstreckungsrichtung der Messschicht 10 verlaufende Querschnittsan sicht ist in Figur 7B dargestellt. Die Anschlüsse 1 und 2 sind beispielsweise auf der Unter seite 10a der Messschicht 10 zwischen dieser und dem Substrat 25 angeordnet. Der zwi schen ihnen verbliebene, gestrichelt abgegrenzte Bereich kann beispielsweise mit einer elektrisch isolierenden Füllschicht 13 aufgefüllt sein; alternativ kann die Messschicht 10 konform abgeschieden sein, wodurch sie sich zwischen beiden Anschlüssen 1, 2 leicht ab senkt und das Substrat 25 direkt berührt. Auch bei dem dritten Anschluss 3, der auf der Oberseite 10b der Messschicht gegenüberliegend zum zweiten Anschluss 2 dargestellt ist, kann der Zuleitungsbereich der Leiterbahn 3 wahlweise im Kontakt mit der Substratober fläche 25 oder einer darauf befindlichen Isolationsschicht 14 verlaufen. Die mindestens eine Messschicht 10 ist eine auf das Substrat 25 oder den sonstigen Untergrund und die beiden Anschlüssen 1, 2 aufgetragene Schicht; insbesondere eine gedruckte Schicht 5 aus beispielsweise Druckpaste 7 oder einem sonstigen verdruckbaren Lack (Drucklack). Die mindestens eine Messschicht 10 ist insbesondere eine Beschichtung 6, die ihre Formstabili tät erst durch das Abscheiden bzw. Beschichten und insbesondere Bedrucken des jeweili gen Untergrunds erhalten hat. Ihre in Figur 7B dargestellte Schichtdicke d wird gemäß die ser Anmeldung weder geschätzt noch exakt berechnet; stattdessen wird deren Einfluss durch die zusätzliche Messung zwischen den Anschlüssen 2, 3 mit Hilfe der abgegriffenen Messspannung Ul gemessen und rechnerisch bei der Bestimmung des korrekten Parame terwertes für t berücksichtigt. Als typische Bandbreite für die gewählte, tatsächlich reali sierte Schichtdicke d eignet sich beispielsweise ein Bereich zwischen 0,1 pm und mehreren Millimetern, beispielsweise zwischen 0,1 pm und 5 mm. Aber auch außerhalb dieser Band breite eignet sich die hier vorgeschlagene doppelte Messung; letztlich geben lediglich die Größenordnungen der Spannungen und Ströme die benötigten Schichtdicken vor. Ansons ten gelten für die Materialien und sonstigen Eigenschaften der Messschicht 10 die weiter oben zu Figur 1 ausgeführten Erläuterungen. Mit heutigen Druck- und anderen Abscheide techniken ist relativ problemlos realisierbar, dass die jeweilige Schichtdicke d nicht nur über die lateralen Abmessungen der benötigten Messschicht 10, sondern auch in weitaus größeren Flächenbereichen konstant oder nahezu konstant ist; die obigen Bandbreiten sol len lediglich angeben, welchen Wert die jeweils einheitliche Schichtdicke betragsmäßig annehmen kann. Hinsichtlich der Darstellungsweise in Figur 7A wurden die Umrisse der Anschlüsse 1, 2 und 3 teilweise unterschiedlich gewählt, um sie besser von den Umrissen der Messschicht 10 zu unterscheiden; in der Praxis sind jedoch zumindest an den gemein samen Rändern die lateralen Abmessungen idealerweise identisch; auch in Figur 7A und 7B ist dies vorzugsweise der Fall. Ferner ist idealerweise auch, wie schon anhand Figur 4 erläutert, der Widerstand der Anschlüsse wesentlich kleiner als derjenige der Messschicht.
Alle bis hierher erläuterten Merkmale oder Kombinationen dieser Merkmale; auch in Ver bindung mit den Patentansprüchen, sind in gleicher Weise auch auf die übrigen Ausfüh rungsformen dieser Anmeldung übertragbar und mit ihnen kombinierbar. Einige weitere Ausführungsformen werden nachstehend näher erläutert.
Die Figuren 8A und 8B zeigen ein Ausführungsbeispiel (und Figur 8C eine leichte Ab wandlung davon), bei dem für die beiden Messungen mit Hilfe der Messspannungen Ul, U2 zwei separate Messschichten 10, nämlich 11 und 12 verwendet werden. Ihre Schichtdi cken d entsprechen einander, sind also insbesondere gleich groß. Insbesondere handelt es sich um Teilschichten bzw. Schichtbereiche 10; 11, 12, die durch ein- und denselben Durchlauf durch den Druck- oder sonstigen Abscheidungsprozess hergestellt worden sind und bereits deshalb dieselbe Schichtdicke d besitzen. Vorzugsweise handelt es sich um Teilschichten bzw. Schichtbereiche 10; 11, 12, die nicht nur durch dieselbe Art des Druck oder sonstigen Abscheidungsprozesses hergestellt wurden, sondern auch durch dieselbe Durchführung bzw. Ausführung dieses Druck- oder sonstigen Abscheidungsprozesses ent standen sind, d.h. durch ein- und denselben Durchlauf des Prozesses (dieselbe experimen telle Durchführung bzw. Ausführung des Prozesses). Die Teilschichten bzw. Schichtberei che 10; 11, 12 sind somit gemeinsam hergestellte Teilschichten bzw. Schichtbereiche, ins besondere gleichzeitig hergestellte Teilschichten bzw. Schichtbereiche. Je nach Art des Abscheidungsprozesses kann auch eine zunächst ununterbrochene Schicht abgeschieden werden und danach das Schichtmaterial auf umliegenden Flächenbereichen um die endgül tigen Schichtbereiche 11, 12 herum wieder entfernt, beispielsweise rückgeätzt werden. Aber auch bei Druckprozessen ist die Schichtdicke d der aufgedruckten Druckschicht 5; 11, 12 unabhängig von der lateralen Position des gedruckten Flächenbereichs; etwa aus Druckfarbe, Drucklack oder Druckpaste 7.
Die Messungen mit der Messschaltung 30 aus Figur 8A, 8B erfolgen analog zu den Figu ren 2 bis 7B, nur dass nun zwei separate Messschichten 11, 12 und insgesamt vier elektri sche Anschlüsse 1, 2, 3, 4 verwendet werden, von denen die Anschlüsse 3 und 4 für die Widerstandsmessung an der ersten Messschicht 10; 11 in Richtung ihrer Schichtdicke d und die Anschlüsse 3, 4 für die Widerstandsmessung an der zweiten Messschicht 10; 12 in Haupterstreckungsrichtung oder jedenfalls senkrecht zu deren Schichtdicke verwendet werden.
Für die Messung in Richtung der Schichtdicke mit Hilfe der Messspannung Ul ist eine erste Messschicht 11 mit kleineren lateralen Abmessungen erforderlich als für die quer zur Schichtdicke und somit in lateraler Richtung erfolgende Messung mit der zweiten Mess schicht 12. Dennoch können, wie in Figur 8C dargestellt, beide Messschichten 11, 12 be liebig dimensioniert, insbesondere flächenmäßig auch gleich groß gestaltet sein; die Größe der Kontaktflächen der Anschlüsse kann dementsprechend angepasst werden. Bei der ers ten Messschicht 11 zur „vertikalen“ Widerstandsmessung von RI (mit Stromfluss in Rich tung der Schichtdicke d) sind die Flächenabmessungen der Anschlüsse 3, 4 beispielsweise genauso groß gewählt wie die Umrisse der ersten Messschicht 11. Bei der zweiten Mess schicht 12 (zur Widerstandsmessung von R2 mit Stromfluss parallel zu den Hauptflächen bzw. Ober- und Unterseiten 10a, 10b) werden die Kontaktflächen der Anschlüsse 1, 2 bei spielsweise höchstens halb so groß wie die Fläche der zweiten Messschicht gewählt, um zwischen beiden Anschlüsse 1, 2 eine ausstreichende Wegstrecke (Abstand 1 zwischen bei den Anschlüssen in Figur 2 und 3) zu belassen.
Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere (erste) Messschichten 10; 11, näm lich 11a und 1 lb zur „vertikalen“ Widerstandsmessung (jeweilige Messspannung Ul) so wie mehrere (zweite) Messschichten 10; 12, nämlich 12a und 12b zur „lateralen“ Wider standsmessung (Messspannung U2) vorgesehen sind. Die Messeinheit 30 bzw. der damit ausgestattete Gegenstand 50 kann beispielsweise eine Mehrzahl Messschichten 10 auf demselben Substrat 25, Träger oder sonstigen Untergrund aufweisen, die darauf in beliebi ger Anzahl und/oder in beliebiger Anordnung relativ zueinander angeordnet sein können. Es können auch mehrere Messschichten gemäß den Figuren 1 bis 6, an denen jeweils so wohl vertikal als auch lateral der Widerstand messbar ist, gemeinsamen auf einem Substrat angeordnet sein. In den Figuren 8C und 9 sind die elektrischen Zuleitungen der jeweiligen elektrischen Anschlüsse nicht mehr eigens dargestellt. Die lateralen Abstände s (Figur 8C) bzw. sl und s2 (Figur 9) zwischen benachbarten Messschichten 10 können kleiner, ge nauso groß wie die lateralen Abmessungen der jeweiligen Messschichten oder auch größer als diese sein; wesentlich ist lediglich, dass die Schichtdicke d aller jeweiligen Messschich ten bzw. Druckschi chtflächenb er ei che gleich groß oder (im Falle von systematischer Ab weichung, etwa infolge entlang einer lateralen Richtung abnehmender oder zunehmender Schichtdicke) jedenfalls im statistischen Mittel gleich groß ist. Wenn es übrigens mehrere Paare von WiderständenRl und R2 gibt, braucht die Dicke d nur lokal in der Ausdehnung eines Paares konstant zu sein.
Wenn die Dicke d ausreichend genau auf einer größeren Fläche ist, kann die Zahl der verti kalen Widerstände auf einen einzigen reduziert werden; dann brauchen weniger Wider stände gedruckt und weniger Rechnungsgleichungen berücksichtigt zu werden). Dann nämlich kann dieselbe mathematische Berechnung des korrekten, um den Einfluss der Schichtdicke korrigierten Werts des gewünschten Parameters t ähnlich wie anhand der Fi guren 1 bis 6 erläutert vorgenommen werden. Falls also die Schichtdicken der mehreren Messschichten voneinander abweichen sollten, kann dieser Schichtdickenunterschied durch die Widerstandsmessungen an einer Mehrzahl jeweiliger erster und zweiter Mess schichten 11, 12 (etwa wie in Figur 9) nivelliert werden, da die Schichtdicken- Abweichun- gen infolge der flächenmäßigen Verteilung der jeweiligen Messschichten über die Sub stratfläche 25 die jeweiligen Rechenfehler sich weitgehend kompensieren. Somit ist das Messergebnis für den zu berechnenden Parameter t selbst dann deutlich präziser als bei herkömmlichen Messungen, wenn etwa bei Figur 9 (oder bei einer in sonstiger Weise ab gewandelten Ausführungsform mit einer Mehrzahl jeweiliger erster/zweiter Messschichten oder mit mehreren, kombiniert für beide Messrichtungen verwendeten Messschichten) le diglich eine mittlere, durchschnittliche Schichtdicke, d.h. ein Mittelwert d (gemittelt für alle beteiligten Messschichten) existiert. Zumindest bei Druckprozessen lassen sich Schichten mit flächenmäßig konstante, d.h. über die zu bedruckende Fläche einheitlicher und somit räumlich homogenerer Schichtdicke erzeugen; lediglich der Absolutwert dieser (stets räumlich homogenen) Schichtdicken ist herkömmlich nicht zuverlässig vorhersagbar. Doch auch hier erübrigt die hier vorgeschlagene Messschaltung 30 den Zusatzaufwand, der herkömmlich erforderlich ist, um die genaue Größe der (ggfs einheitlich vorliegenden, aber noch unbekannten bzw. erst noch zu messenden) Schichtdicke einer oder mehrerer Messschichten zu bestimmen, um einen korrekten Wert für den Parameter t zu berechnen.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Messschichten können beispielsweise Druck schichten aus niedrig leitfähigem Material, beispielsweise Karbon, oder niedrig leitfähige Folien sein; im letzteren Fall können also auch vorgefertigte Materialbahnen wie Folien als Messschichten aufgebracht, insbesondere aufgeklebt sein. Es ist somit nicht zwingend er forderlich, dass die Messschicht immer eine gedruckte oder abgeschiedene Schicht sein muss. Andererseits ist bei Folien oder anderen Materialbahnen eigener Formbeständigkeit die Schichtdicke oft schon bekannt, sodass es keiner Schichtdickenmessung mehr bedarf. Als Messschichten können beispielsweise Platinwiderstände verwendet werden, insbeson dere zum Zwecke der Temperaturmessung, mit der Temperatur als dem Parameter t; in die sem Fall repräsentiert die weiter oben angegebene Formel für Rst(t) die Temperaturabhän gigkeit des spezifischen Widerstands des Materials der Messschicht, insbesondere von Pla tin, dessen Kennlinie weitgehend linear verläuft. Als Materialien für die elektrischen An schlüssel, 2, 3, 4 eignen sich beispielsweise Silberpasten bzw. Silberleitfolien oder sons tige Pasten oder Folien aus leitfähigem Material; insbesondere aus Metallen oder Metallle gierungen oder sonstigen Materialmischungen. Hinsichtlich der Messschichten ist die An zahl in Frage kommender Materialien und Materialkombinationen noch vielfältiger; sie wird im Wesentlichen durch den Anwendungszweck des Gegenstands und die gewünschte Größe des spezifischen Widerstands bzw. elektrischen Leitfähigkeit dieses Materials be stimmt. Alle Angaben zu den Materialien sowie bezüglich der Verwendung einer Mehrzahl von Messschichten sind in analoger Weise auf die nachstehend noch erläuterten Ausfüh rungsbeispiele übertragbar.
Die Figuren 10A und 10B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, aus dem exemplarisch hervorgeht, dass die lateralen Abmessungen der Messschicht nicht notwendigerweise rechteckförmig sein müssen. Figur 10A zeigt die Draufsicht auf das Substrat 25 und Figur 10B eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittebene entlang der Richtung y aus Figur 10A; eine Leitungsbrücke 31 zum ersten Anschluss 1, der in Figur 10A vertikal verläuft, erscheint in Figur 10B auf der linken Seite.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, das schaltungstechnisch den Figuren 1 bis 7B entspricht, sind ebenfalls drei elektrische Anschlüssel, 2, 3 einer einzigen Messschicht 10 der Schichtdicke d benachbart. Allerdings ist die Messschicht 10 hier kreisringförmig ausge bildet und ermöglicht einen radialen Stromfluss bzw. Spannungsabfall der zweiten Mess spannung U2 (gemäß dem lateralen Widerstand R2) zwischen dem ersten Anschluss 1, der sich auf der Unterseite 10a der Messschicht 10 im Zentrum unter der Messschicht 10 befin det, und dem zweiten Anschluss 2, der sich ebenfalls auf der Unterseite, aber kreisringför mig unterhalb des äußeren Randbereichs der Messschicht 10 befindet. Der lateral, senk recht zur Schichtdicke d zu überbrückenden Wegstrecke 1 aus Figur 2 und 3 entspricht hier ein radialer Abstand zwischen dem Außenradius des unterseitigen ersten Anschlusses 1 und dem Innenradius des unterseitigen zweiten Anschlusses 2; in diesem ringförmigen Flä chenbereich (allerdings in der darüber befindlichen Messschicht 10 selbst, d.h. oberhalb der ggfs vorhandenen isolierenden Füllschicht 14) verläuft der für die zweite Messspan nung U2 relevante Strompfad. Alternativ kann die Füllschicht 14 auch entfallen; die kon form abgeschiedene bzw. gedruckte Messschicht 10 füllt dann automatisch den Zwischen raum auf gleicher Höhe wie die beiden Anschlüsse 1 und 2.
Die Messung des Widerstands in Richtung der Schichtdicke d erfolgt mithilfe der ersten Messspannung Ul (gemäß dem „vertikal“ gemessenen Widerstand RI) zwischen den An schlüssen 2 und 3, die beide jeweils ringförmig (und mit vorzugsweise denselben Flä- chenabmessungen; insbesondere gleichem Innen- und Außenradius), aber auf entgegenge setzten Seiten 10a; 10b der Messschicht 10 ausgebildet sind. Der äußere, ringförmige Messschichtbereich zwischen beiden Anschlüssen 2, 3 ist somit für die Messspannung Ul relevant und ein innerer oder jedenfalls mittlerer Messschichtbereich zwischen beiden An schlüssen 1, 2 für die Messspannung U2.
Zur Kontaktierung des ersten Anschlusses 1 von außen her ist in der Mitte der Messschicht 10 eine Aussparung vorgesehen, die mit einer Kontaktlochfüllung 21 gefüllt ist; diese ist mit einer Leitungsbrücke 31 verbunden, über welche die Spannung U2 zwischen dem ers ten 1 und dem zweiten Anschluss 2 abgreifbar ist, denn der mittig unter der Messschicht angeordnete erste Anschluss ist normalerweise von außen nicht zugänglich. Die Bereiche 1, 21 und 31 bilden somit gemeinsam den ersten elektrischen Anschluss 1, wobei die kreis ringförmige Struktur 1 unterhalb der Kontaktlochfüllung 21 als erster Anschluss 1 im en geren Sinn (bzw. dessen Kontakt- oder Kontaktflächenbereich) bezeichnet werden kann.
Im Übrigen ist die Leitungsbrücke 31 durch eine Isolationsschicht 41 gegenüber dem drit ten Anschluss 3 und auch der Messschicht selbst isoliert; weiterhin ist der dritte Anschluss 3 durch eine Isolationsschicht 13 (Figur 10A) zumindest gegenüber einem Außenbereich dem zweiten Anschluss 2 am Außenumfang der Messschicht 10 isoliert.
Eine Geometrie der Messschicht 10 gemäß den Figuren 10A und 10B kann aus unter schiedlichsten Gründen gewählt werden. Dieses Ausführungsbeispiel kann beispielsweise gewählt werden, um im Falle eines nicht ganz homogenen Verlauf der Schichtdicke d über die laterale Abmessungen der Messschicht 10 einem Wert für den zu berechnenden Para meter t zu erhalten, der einem möglichst genauen Mittelwert der Schichtdicke d über den Flächenbereich der Messschicht 10 entspricht. Da nicht nur die Anschlüsse 2 und 3, son dern auch die Messschicht 10 selbst spiegelsymmetrisch und inversionssymmetrisch be züglich der Symmetrieachse bzw. einer diese enthaltenden Spiegelebene (und somit auch zum ersten Anschluss 1) verläuft, wird beispielsweise ein Schichtdickenverlauf für d, bei dem d in Richtung x immer größer wird, automatisch nivelliert, da der erste Anschluss ge nau in der Mitte der x-Abmessung gelegen ist und da auch der durch die Schichtdicke d be stimmte Abstand zwischen den Anschlüssen 2, 3 keinen stark abweichenden Wert anneh men kann, wie es bei einer Geometrie gemäß Figur 7A oder 8A denkbar wäre. Selbstver ständlich können auch ein oder mehrere Messschichten gemäß Figur 10A und/oder 10B paarweise oder in noch größeren Anzahlen gemeinsam auf einem Substrat 25 vorgesehen sein und/oder mit Messschichten der übrigen Ausführungsformen kombiniert werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 11 A bis 1 IC dargestellt, und zwar in Figur 11 A als Querschnittsansicht entlang einer (Rotations-) Symmetrieachse z sowie als zwei Querschnittsansichten senkrecht dazu, und zwar einmal in Höhe des ersten Anschlus ses 1 (Figur 1 IC) und einmal in Höhe der zweiten und dritten Anschlüsse 2, 3 (Figur 11B).
Das Ausführungsbeispiel verdeutlicht exemplarisch, dass eine Messschicht 10 (und die Mehrzahl daran angeschlossener Anschlüsse 1, 2, 3) nicht zwangsläufig planar ausgebildet sein muss, sondern auch gekrümmt und beispielsweise zylindrisch, etwa hohlzylindrisch ausgebildet sein kann. Insbesondere ist die Messschicht 10, wie in Figur 11 A gezeigt, als Hohlzylinder mit einer größeren Längenabmessung in Richtung der Symmetrieachse z aus gebildet; senkrecht dazu erstreckt sich die Schichtdicke d entlang der radialen Richtung r. Die Messschicht 10 umgibt einen zylindrischen Kern, der dem Substrat 25 entspricht und hier beispielsweise stabförmig, insbesondere als (z.B. Stab einer) Sonde 16 oder Messfüh ler 17 ausgebildet sein kann. Die Messschicht 10 wurde beispielsweise, nachdem die An schlüsse 1, 2 um unterschiedliche Längenabschnitte der axialen Richtung herum auf den Außenradius des Stabes 16, 17 aufgebracht wurden, konform auf die Anschlüsse 1, 2 und den Stababschnitt zwischen ihnen abgeschieden. Der dritte Anschluss 3 lässt sich anschlie ßend auf einen Außenradius bzw. eine Außenfläche lOd eines Messschichtbereichs, der den zweiten Anschluss 2 umgibt, auftragen. Die Innenfläche 10c der Messschicht hat einen kleineren Radius und kontaktiert den Außenradius des zweiten Anschlusses 2 und des in axialer Richtung z beabstandeten ersten Anschlusses 1. Zwischen den Anschlüssen 1, 2 kann unterhalb der Messschicht 10 eine planarisierende isolierende Füllschicht 14 vorgese hen sein. Die Zuleitungen zu den Anschlüssen 1, 2, 3 sind in den Figuren 11 A bis 1 IC nicht eigens dargestellt.
Die Figuren 11 A bis 1 IC verdeutlichen somit exemplarisch eine denkbare nicht-planare Geometrie der Messschicht 10; auch hier kann sowohl ein Widerstand RI in Richtung der Schichtdicke d der (hier hohlzylindrischen) Messschicht 10 (und zwar in radialer Richtung r; mittels der ersten Spannung Ul zwischen den Anschlüssen 2, 3) als auch ein Widerstand R2 in Richtung senkrecht zur Schichtdicke d (und zwar in axialer Richtung z; mittels der zweiten Spannung U2 zwischen den Anschlüssen 1, 2) gemessen werden und durch Kom binieren beider Messungen ein um den Einfluss der Schichtdicke d korrigierter Wert für den spezifischen Widerstand oder für den diesen beeinflussenden Parameter t errechnet werden. Die Berechnungsformeln hierfür lauten natürlich anders als anhand der Figuren 2 bis 6 für den Fall einer rechteckförmigen Messschicht erläutert.
Der in dieser Anmeldung vorgeschlagene Gegenstand 50 und seine Messschaltung 30 er möglichen es, den Einfluss der Messschichtdicke d auf das Messergebnis zu kompensieren. Der Gegenstand dieser Anmeldung ist auf allen Anwendungsgebieten einsetzbar, bei denen die Bestimmung der Schichtdicke der Messschicht und/oder eine Korrektur oder Nachjus tierung der Schichtdicke mit technischen Schwierigkeiten einhergeht oder mit unverhält nismäßigem Zusatzaufwand verbunden ist.
Figur 12 zeigt eine zu Figur 1 alternative Ausführungsform eines Gegenstandes mit min destens einer Messschicht. Im Unterschied zu den vorherigen Figuren, insbesondere zu Fi gur 1 ist die Messschicht 10 nicht zwangsläufig Bestandteil der Messschaltung 30; viel mehr kann die Messschaltung 30 ein eigenständiger, aber integrierter Bestandteil des Ge genstandes sein, insbesondere eine Auswerteelektronik, die die in Figur 5 dargestellten Re ferenzwiderstände umfasst. Die elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3, ... können beispielsweise Leiterbahnen 51, 52, 53, ... bzw. Anschlussleitungen umfassen (oder umgekehrt); insbe sondere können die direkt an die Messschicht angrenzenden Anschlüsse 1, 2, 3, ... mittels der Leiterbahnen 51, 52, 53, ... an die Messschaltung 30 angeschlossen sein.
Der Gegenstand 50 aus Figur 1 oder 12 kann gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 13 ausge bildet sein; insbesondere auch hinsichtlich seiner Messschaltung 30.
Figur 13 zeigt eine zu den Figuren 1 und 12 alternative Ausführungsform, bei der der Ge genstand 50 zwar die Messschicht 10 (bzw. ein gestrichelt umrandet symbolisierte Anzahl von Messschichten 10) und die elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3, ... (vorzugsweise ein schließlich elektrischer Leiterbahnen 51, 52, 53, ... und/oder vorzugsweise einschließlich Außenanschlüssen V, 2‘, 3‘, ...) umfasst, aber keine eigene Messschaltung aufweist. Statt- dessen ist eine eigenständige Messvorrichtung 60 vorgesehen, welche die Messschaltung 30 aufweist. Wenngleich begrifflich voneinander unterschieden, lassen sich die Begriffe „Messvorrich tung 60“ und „Messschaltung 30“ in den Ausführungsformen dieser Anmeldung alternativ auch als Synonyme für ein- und dieselbe Einheit betrachten; zumal die Messvorrichtung 60 letztlich nichts anderes ist als die Messschaltung 30; ggfs zuzüglich eines Gehäuses.
Solch ein Gehäuse der Messvorrichtung 60 bzw. der Messschaltung 30 kann eigene Au ßenanschlüsse 1“, 2“, 3“, ...) aufweisen, die mit den Außenanschlüssen V, 2‘, 3‘, ...) des Gegenstandes 50 verbindbar sind. In der Messvorrichtung 60 und/oder in deren Messschal tung 30 können diese Außenanschlüsse 1“, 2“, 3“, ...) durch jeweilige Leiterbahnen 61, 62, 63, ... bzw. Anschlussleitungen an entsprechende Verbindungsstellen, Kontaktpunkte oder Knotenpunkte etc. der Messschaltung 30 (oder einer Teileinheit 30a von ihr, beispielsweise eines Chips oder einer Leiterplatte etc.) angeschlossen sein.
Somit stellt die Figur 13, alternativ zu den bisherigen Figuren 1 bis 12, einen Gegenstand 50 bereit, der ohne eigene Messschaltung auskommt, aber dennoch elektrische Wider standsmessungen an seiner Messschicht 10 (sowohl parallel als auch quer zu deren Schichtdicke) ermöglicht.
Ferner stellt Figur 13 eine Messvorrichtung 60 bereit, die die Messschaltung 30 zum Ver anlassen, Durchführen und/oder Auswerten elektrischer Widerstandsmessungen an zumin dest einer Messschicht 10 (eines beliebigen Gegenstandes 50, der eine solche Messschicht 10 aufweist), aufweist. Auch durch diese Messvorrichtung 60 bzw. eigenständige, externe Messschaltung 30 lassen sich elektrische Widerstandsmessungen an Messschichten sowohl in Richtung parallel als auch quer zu deren Schichtdicke durchführen und die Messergeb nisse miteinander wie oben beschrieben miteinander verknüpfen.
Drittens stellt Figur 13 eine Anordnung 100 (zur Durchführung elektrischer Messungen an zumindest einer Messschicht) bereit, wobei die Anordnung den Gegenstand 50 und die Messvorrichtung 60 gemäß beiden Teilfiguren der Figur 13 umfasst. Die Messvorrichtung 60 bzw. deren Messschaltung 30 braucht nur zeitweilig, im Extrem fall nur ein einziges Mal mit dem Gegenstand 50 verbunden zu werden, um die Messungen an dessen Messschi cht(en) 10 zu veranlassen, durchzuführen und/oder auszuwerten. Der Gegenstand 50 aus Figur 13 kann gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sein (d.h. ohne Messschaltung 30). Ferner kann die Messvorrichtung 60, die in den Figuren nur schematisch als Einheit (ohne Darstellung ihres Aufbaus oder ihres Schaltbildes) darge stellt ist, gemäß jedem der Ansprüche 14 bis 16 ausgebildet sein. In der daraus gebildeten Anordnung 100 können der Gegenstand 50 nach einem der An sprüche 1 bis 8 mit einer Messvorrichtung 60 nach einem der Ansprüche 14 bis 16 kombi niert sein; sei es lediglich einander zugeordnet (z.B. der Gegenstand dauerhaft oder zeit weise in Gebrauch und die Messvorrichtung normalerweise getrennt von ihm, zur nur gele gentlichen Messung getrennt aufbewahrt) sein oder alternativ (sei es dauerhaft oder auch nur zeitweise) aneinander angeschlossen sein.
Bezugszeichenliste
L 1 ‘ · 1“ erster elektrischer Anschluss
2; 2‘; 2“ zweiter elektrischer Anschluss
3; 3‘; 3“ dritter elektrischer Anschluss
4; 4‘; 4“ vierter elektrischer Anschluss
5 gedruckte Schicht
6 Beschichtung 7 Druckpaste 10 Messschicht 10a Unterseite 10b Oberseite 10c Innenseite lOd Außenseite
11; 11a; 11b erste Messschicht 12; 12a; 12b zweite Messschicht
13 Isolationsschicht
14 isolierende Füllschicht 16 Sonde 17 Messfühler 21 Kontaktlochfüllung 25 Substrat
30 Messschaltung 30a Teileinheit
31 Leitungsbrücke
40 Sensor
41 Isolationsschicht
45 Einstellgerät
46 Heizgerät 50 Gegenstand
51; 52; 53; 54 Anschlussleitung 60 Messvorrichtung
61; 62; 63; 64 Anschlussleitung 100 Anordnung d; 11; d2 Schichtdicke dl; 12 Wegstrecke bl; b2 Breite 1; Länge r radiale Richtung
R (ohmscher) Widerstand
Rs spezifischer Widerstand
Rst; Rst(t) spezifischer Widerstand (parameterabhängige Schreibweise) Rst_nom Sollwert R1; R2 Widerstand der Messschicht Rlref; R2ref Referenzwiderstand s; sl; s2 Abstand sf T emperaturkoeffizient t Parameter; Temperatur
Ub Gesamtspannung
Ul erste Spannung
U2 zweite Spannung x erste laterale Richtung y zweite laterale Richtung vertikale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Gegenstand (50) zur Durchführung oder zumindest zur Ermöglichung einer elektrischen Messung an einer Messschicht, wobei der Gegenstand (50) zumindest Folgendes aufweist:
- mindestens eine Messschicht (10; 11, 12), die eine Schichtdicke (d) besitzt, und
- eine Mehrzahl elektrischer Anschlüsse (1, 2, 3, 4; 51, 52, 53, 54), die an die mindestens eine Messschicht (10; 11, 12) angeschlossen und/oder der mindestens einen Mess schicht (10; 11, 12) benachbart sind und die zur Ermittlung des elektrischen Wider stands der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) dienen, wobei zumindest einige der elektrischen Anschlüsse (1, 2, 3, 4; 51, 52, 53, 54) an unter schiedliche Längenabschnitte der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) angeschlossen oder diesen benachbart sind, wodurch eine Messung zur Bestimmung des elektrischen Wi derstands der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) in Richtung ihrer Schichtdicke (d) durchgeführt oder zumindest ermöglicht wird, und
- wobei zumindest einige der elektrischen Anschlüsse (1, 2, 3, 4; 51, 52, 53, 54) an unter schiedliche, vorzugsweise zueinander entgegengesetzte Oberflächen der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) angeschlossen oder diesen benachbart sind, wodurch eine Mes sung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) in Richtung quer zu ihrer Schichtdicke (d) durchgeführt oder zumindest ermöglicht wird.
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Gegenstand (50) einen ersten elektrischen Anschluss (1) und einen zweiten elektri schen Anschluss (2) aufweist, die beide entweder an der Unterseite (10a) oder beide an der Oberseite der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) an diese angrenzen und in Rich tung (x) quer zur Schichtdicke (d) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) vonei nander beabstandet sind, und
- dass die Messschicht (10; 11, 12) im Bereich zwischen beiden elektrischen Anschlüssen (1, 2) linear, bahnförmig, streckenförmig oder in sonstiger Weise quer zu ihrer Schichtdi cke (d) verläuft.
3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) einen dritten elektrischen Anschluss (3) aufweist, der auf der entge gengesetzten Seite der Messschicht (10) gegenüberliegend zum zweiten elektrischen An schluss (2), und zwar auf der Oberseite (10b) oder Unterseite der Messschicht (10) ange ordnet ist.
4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zweite elektrische Anschluss (2) Spiegel symmetrisch auf zwei zueinander entgegengesetzten Seiten des ersten elektrischen Anschlusses (1) verläuft oder der erste elektrische Anschluss (1) spiegelsymmetrisch auf zwei zueinander entgegenge setzten Seiten zumindest des zweiten elektrischen Anschlusses (2) verläuft.
5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zweite elektrische Anschluss (2) den ersten elektrischen Anschluss (1) ring förmig oder ringsegmentförmig umgibt oder der erste elektrische Anschluss (1) zumindest den zweiten elektrischen Anschluss (2) ring förmig oder ringsegmentförmig umgibt.
6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messschicht (10; 11, 12) zylindrisch, insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei der erste elektrische Anschluss (1) der zweite elektrische Anschluss (2) an unterschiedlichen axialen Längenabschnitten der Messschicht (10) angeordnet sind und wobei der zweite elektrische Anschluss (2) und der dritte elektrische Anschluss (3) in demselben axialen Längenabschnitt der Messschicht (10) auf zueinander entgegengesetz ten Seiten der Messschicht (10), insbesondere auf der Innenseite (10c) und der Außenseite (lOd) der Messschicht (10) angeordnet ist.
7. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) eine Mehrzahl separater Messschichten (10; 11, 12) aufweist, deren Schichtdicken (d) einander entsprechen, insbesondere gleich groß sind, wobei mit Hilfe der elektrischen Anschlüsse (1, 2, 3, 4; 51, 52, 53, 54), an einer ersten Messschicht (10; 11) der ohmsche Widerstand (R) in Richtung der Schichtdicke (d) der ersten Messschicht (10; 11) und an einer zweiten Messschicht (10; 12) der ohmsche Wi derstand (R) in Richtung quer zur Schichtdicke (d) der zweiten Messschicht (10; 12) mess bar und/oder ermittelbar ist, um aus beiden Messungen den um den Einfluss der Schichtdi cke (d) kompensierten Wert des spezifischen Widerstands (Rst) der Messschichten (10; 11, 12) und/oder eines den spezifischen Widerstand (Rst) beeinflussenden Parameters (t) zu errechnen oder errechnen zu lassen.
8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messschicht (10; 11, 12) eine Beschichtung (6) und/oder eine ge druckte Schicht (5), beispielsweise eine Schicht aus Druckpaste oder Drucklack ist.
9. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) ferner eine elektronische Messschaltung (30) aufweist, die so wohl
- eine Messung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der mindestens einen Mess schicht (10; 11, 12) in Richtung ihrer Schichtdicke (d) als auch
- eine Messung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der mindestens einen Mess schicht (10; 11, 12) in Richtung quer zu ihrer Schichtdicke (d) veranlasst, durchführt und/oder auswertet,
- wobei der Gegenstand (50) und/oder dessen Messschaltung (30) die Ergebnisse beider Messungen miteinander verknüpft und daraus Folgendes ermittelt und/oder errechnet: a) einen Wert für den spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Messschicht (10;
11, 12), bei dem der Einfluss der Schichtdicke (d) und/oder von Schwankungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist, b) einen Wert für einen den spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Mess schicht (10; 11, 12) beeinflussenden Parameter (t), bei dem der Einfluss der Schichtdi cke (d) und/oder von Schwankungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist, und/oder c) einen Wert für die Schichtdicke (d), bei dem der Einfluss des spezifischen Widerstands (Rst) der Messschicht (10; 11, 12) und/oder eines den spezifischen Widerstand (Rst) der Messschicht (10; 11, 12) beeinflussenden Parameters (t) kompensiert ist.
10. Gegenstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) und/oder dessen Messschaltung (30) die Ergebnisse beider Messun gen miteinander verknüpft und daraus Folgendes ermittelt und/oder errechnet: a) einen Wert für den spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Messschicht (10;
11, 12), bei dem der Einfluss der Schichtdicke (d) und/oder von Schwankungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist, und/oder b) einen Wert für einen den spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Mess schicht (10; 11, 12) beeinflussenden Parameter (t), bei dem der Einfluss der Schichtdi cke (d) und/oder von Schwankungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist.
11. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) und/oder dessen Messschaltung (30)
- durch zwei elektrische Anschlüsse (2, 3), von denen der eine elektrische Anschluss (2) an der Unterseite (10a) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) und der andere elektrische Anschluss (3) an der Oberseite (10b) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) angeordnet ist, die Messung einer ersten Spannung (Ul), die über die Schichtdi cke (d) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) abfällt, durchführt und/oder er möglicht,
- durch zwei elektrische Anschlüsse (1, 2), die an unterschiedlichen, entlang des Verlaufs der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) quer zu ihrer Schichtdicke (d) voneinan der beabstandeten Flächenbereichen der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) an diese angrenzen, die Messung einer zweiten Spannung (U2), die über die Wegstrecke der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) zwischen beiden elektrischen Anschlüs sen (1, 2) in Richtung quer zur Schichtdicke (d) abfällt, durchführt und/oder ermöglicht und - aus beiden Messungen die Errechnung eines um den Einfluss der Schichtdicke (d) kom pensierten, von der Schichtdicke (d) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) un abhängigen Wertes des spezifischen Widerstands (Rst) und/oder des den spezifischen Widerstand (Rst) beeinflussenden Parameters (t) durchführt oder zumindest ermöglicht.
12. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50) ein Sensor (40) ist oder einen Sensor (40) umfasst, wobei der Sensor (40) die Messung, Errechnung und/oder Ermittlung eines um den Einfluss der Schichtdicke (d) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) kompensierten Wertes für einen Para meter (t), der den spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) beeinflusst, ermöglicht und/oder mit Hilfe der Messschaltung (30) selbst durchführt.
13. Gegenstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) oder der sonstige Gegenstand (50) so konfiguriert ist, dass
- die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands (Rst) von einem Parameter (t) und/oder in
Abhängigkeit des Parameters (t) von dem spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) durch eine lineare oder sonstige rechnerische Abhängig keit um einen Sollwert, Durchschnittswert und/oder Schätzwert der Schichtdicke (d) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) approximiert wird und
- dass der um den Einfluss der Schichtdicke (d) kompensierte Wert des spezifischen Wi derstands (Rst) und/oder des Parameters (t) unter Verwendung dieser linearen oder sonstigen rechnerischen Abhängigkeit errechnet und/oder ermittelt wird.
14. Messvorrichtung (60) zur Durchführung einer elektrischen Messung an mindestens ei ner Messschicht, wobei die Messvorrichtung (60) eine elektronische Messschaltung (30) aufweist, wobei die Messvorrichtung (60) und/oder deren Messschaltung (30) sowohl
- eine Messung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands mindestens einer Mess schicht (10; 11, 12) in Richtung ihrer Schichtdicke (d) als auch - eine Messung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands mindestens einer Mess schicht (10; 11, 12) in Richtung quer zu ihrer Schichtdicke (d) veranlasst, durchführt und/oder auswertet und
- wobei die Messvorrichtung (60) und/oder deren Messschaltung (30) die Ergebnisse bei der Messungen miteinander verknüpft und daraus Folgendes ermittelt und/oder errechnet: a) einen Wert für den spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Messschicht (10;
11, 12), wobei bei diesem Wert der Einfluss der Schichtdicke (d) und/oder von Schwankungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist, b) einen Wert für einen den spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Mess schicht (10; 11, 12) beeinflussenden Parameter (t), wobei bei diesem Wert der Einfluss der Schichtdicke (d) und/oder von Schwankungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist, und/oder c) einen Wert für die Schichtdicke (d), bei dem der Einfluss des spezifischen Widerstands
(Rst) der Messschicht (10; 11, 12) und/oder eines den spezifischen Widerstand (Rst) der Messschicht (10; 11, 12) beeinflussenden Parameters (t) kompensiert ist.
15. Messvorrichtung (60) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (60) und/oder deren Messschaltung (30) die Ergebnisse beider Mes sungen miteinander verknüpft und daraus Folgendes ermittelt und/oder errechnet: a) einen Wert für den spezifischen Widerstand (Rst) mindestens einer Messschicht (10; 11,
12), wobei bei diesem Wert der Einfluss der Schichtdicke (d) und/oder von Schwan kungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist, und/oder b) einen Wert für einen den spezifischen Widerstand (Rst) mindestens einer Messschicht
(10; 11, 12) beeinflussenden Parameter (t), wobei bei diesem Wert der Einfluss der Schichtdicke (d) und/oder von Schwankungen der Schichtdicke (d) kompensiert ist.
16. Messvorrichtung (60) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (60) und/oder deren Messschaltung (30)
- durch zwei elektrische Anschlüsse (2“, 3“) die Messung einer ersten Spannung (Ul), die über die Schichtdicke (d) mindestens einer Messschicht (10; 11, 12) abfällt, veranlasst, durchführt und/oder auswertet, - durch zwei elektrische Anschlüsse (1“, 2“) die Messung einer zweiten Spannung (U2) an mindestens einer Messschicht (10; 11, 12) in Richtung quer zuderen Schichtdicke (d) veranlasst, durchführt und/oder auswertet und
- aus beiden Messungen den um den Einfluss der Schichtdicke (d) kompensierten, von der
Schichtdicke (d) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) unabhängigen Wert des spezifischen Widerstands (Rst) und/oder des den spezifischen Widerstand (Rst) beein flussenden Parameters (t) errechnet.
17. Messvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung und/oder deren Messschaltung (30) so konfiguriert ist, dass
- die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands (Rst) von einem Parameter (t) und/oder in
Abhängigkeit des Parameters (t) von dem spezifischen Widerstand (Rst) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) durch eine lineare oder sonstige rechnerische Abhängig keit um einen Sollwert, Durchschnittswert und/oder Schätzwert der Schichtdicke (d) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) approximiert wird und
- dass der um den Einfluss der Schichtdicke (d) kompensierte Wert des spezifischen Wi derstands (Rst) und/oder des Parameters (t) unter Verwendung dieser linearen oder sonstigen rechnerischen Abhängigkeit errechnet und/oder ermittelt wird.
18. Anordnung (100), umfassend:
- einen Gegenstand (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und
- eine Messvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 14 bis 16.
19. Gegenstand (50), Messvorrichtung (60) oder Anordnung (100) nach einem der Ansprü che 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Gegenstandes (50), der Messvorrichtung (60) oder der Anordnung (100) als Parameter (t) eine Temperatur mindestens einer Messschicht (10; 11, 12) und/oder eine Temperatur eines mindestens eine Messschicht (10; 11, 12) umgebenden Mediums, Mate rials oder Volumens messbar, errechenbar und/oder ermittelbar ist.
20. Gegenstand (50), Messvorrichtung (60) oder Anordnung (100) nach einem der Ansprü che 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Gegenstandes (50), der Messvorrichtung (60) oder der Anordnung (100) als Parameter (t) ein die Beschaffenheit mindestens einer Messschicht (10; 11, 12) oder deren Oberfläche zumindest vorübergehend verändernder Parameter, beispielsweise ein Feuch- tigkeitsgrad, ein Druck, eine Helligkeit oder Strahlungsintensität, ein pH-Wert oder eine Konzentration oder eine sonstige Mengenangabe einer Chemikalie, Substanz oder Kompo nente einer Lösung, einer Emulsion oder Suspension, einer Körperflüssigkeit oder eines sonstigen beliebigen Mediums messbar, errechenbar und/oder ermittelbar ist.
21. Gegenstand (50), Messvorrichtung (60) oder Anordnung (100) nach einem der Ansprü che 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (50), die Messvorrichtung (60) oder die Anordnung (100) ein Einstellgerät (45) zum Einstellen einer Temperatur (t) oder eines sonstigen den spezifischen Widerstand (Rs) der mindestens einen Messschicht (10; 11, 12) beeinflussenden Parameters (t) ist oder ein solches Einstellgerät (45) umfasst, wobei das Einstellgerät (45) so beschaffen ist, dass basierend auf einem überwachten, um den Einfluss der Schichtdicke (d) zumindest einer Messschicht (10; 11, 12) kompensierten Wertes für die Temperatur (t) oder für den sonstigen Parameter (t) eine gewünschte Höhe des Wertes der Temperatur (t) oder des sonstigen Parameters (t) eingestellt, überwacht und/oder reguliert wird.
PCT/EP2020/071879 2019-08-20 2020-08-04 Gegenstand zur durchführung einer elektrischen messung an einer messschicht WO2021032465A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/636,494 US20220299380A1 (en) 2019-08-20 2020-08-04 Device for performing an electrical measurement on a measuring layer
EP20751524.8A EP4018170A1 (de) 2019-08-20 2020-08-04 Gegenstand zur durchführung einer elektrischen messung an einer messschicht

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019122364.4 2019-08-20
DE102019122364.4A DE102019122364A1 (de) 2019-08-20 2019-08-20 Gegenstand zur Durchführung einer elektrischen Messung an einer Messschicht

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021032465A1 true WO2021032465A1 (de) 2021-02-25

Family

ID=71950627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/071879 WO2021032465A1 (de) 2019-08-20 2020-08-04 Gegenstand zur durchführung einer elektrischen messung an einer messschicht

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220299380A1 (de)
EP (1) EP4018170A1 (de)
DE (1) DE102019122364A1 (de)
WO (1) WO2021032465A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130203201A1 (en) * 2010-09-13 2013-08-08 David Thomas Britton Printed Temperature Sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130203201A1 (en) * 2010-09-13 2013-08-08 David Thomas Britton Printed Temperature Sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAGINYAN L R ET AL: "Influence of different physical factors on microstructure and properties of magnetron sputtered amorphous carbon films", THIN SOLID FILMS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 397, no. 1-2, 1 October 2001 (2001-10-01), pages 288 - 295, XP004309450, ISSN: 0040-6090, DOI: 10.1016/S0040-6090(01)01423-7 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20220299380A1 (en) 2022-09-22
DE102019122364A1 (de) 2021-02-25
EP4018170A1 (de) 2022-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014161624A1 (de) Messwiderstand und entsprechendes messverfahren
EP3234515B1 (de) Thermisches durchflussmessgerät mit diagnosefunktion
EP0824671A1 (de) Kapazitiver füllstandsensor
DE10011562A1 (de) Gassensor
DE102011086479A1 (de) Integrierter Feuchtesensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19957991C2 (de) Anordnung einer Heizschicht für einen Hochtemperaturgassensor
DE19937387C1 (de) Vorrichtung zur Überwachung eines Auftrags eines flüssigen bis pastenförmigen Mediums auf ein Substrat
EP1573327B1 (de) Dna-chip mit einem Mikroarray aus Mikroelektrodensystemen
DE102014210122A1 (de) Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids, Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids sowie Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Werts einer zu messenden Eigenschaft eines Fluids
DE19644290A1 (de) Sensorelement zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven Substanz
WO2019037923A1 (de) Führungswagen mit einer piezoresistiven schicht zur lastmessung
WO2021032465A1 (de) Gegenstand zur durchführung einer elektrischen messung an einer messschicht
DE102005028935B4 (de) Bauelement mit variabler Kapazität, welches eine hohe Genauigkeit aufweist
DE102015200217A1 (de) Sensorvorrichtung und Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten sowie Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung
DE102016207260B3 (de) Mikromechanische Feuchtesensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
EP3421981A1 (de) Sensorvorrichtung zur messung von feuchte und temperatur
DE102006005393A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums
DE102012214922A1 (de) Sensor und Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur
EP0945722A2 (de) Halbleitergassensor
DE102019218812A1 (de) Matrixpotenzialsensor und Messverfahren zur Bestimmung des Matrixpotenzials
WO2014095423A2 (de) Sensorelement, thermometer sowie verfahren zur bestimmung einer temperatur
EP3788356A1 (de) Verfahren zum betreiben eines sensors zum nachweis mindestens eines anteils einer messgaskomponente mit gebundenem sauerstoff in einem messgas
EP4194830B1 (de) Resistiver und kapazitiver kraftsensor und verfahren zum betrieb desselben
DE102021130852B3 (de) Identifikation der Benetzung von NTC-Temperaturmesswiderständen in sicherheitsrelevanten Vorrichtungen
DE10150233A1 (de) Dünnschichtbauelement mit einer in einer ersten Ebene über einem Substrat befindlichen resistiven dünnen Schicht

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20751524

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020751524

Country of ref document: EP

Effective date: 20220321