DE2115437B2 - Verfahren zur beruehrungslosen leitfaehigkeitsmessung - Google Patents

Verfahren zur beruehrungslosen leitfaehigkeitsmessung

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DE2115437B2 DE19712115437 DE2115437A DE2115437B2 DE 2115437 B2 DE2115437 B2 DE 2115437B2 DE 19712115437 DE19712115437 DE 19712115437 DE 2115437 A DE2115437 A DE 2115437A DE 2115437 B2 DE2115437 B2 DE 2115437B2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Leitfähigkeit einer elektrisch leitenden Schicht, insbesondere einer Metallbelegung von Kondensatorfolien, bei dem die elektrisch leitende Schicht in das Magnetfeld der Induktivität eines Schwingkreises eingebracht wird und bei dem die magnetischen Kraftlinien die Schicht durchdringen.
Ein derartiges Verfahren ist aus der Zeitschrift für angewandte Physik, Bd. 25, H. 3, 1968, S. 146 bis 148, bekannt. Dort wird eine zylindrische Probe mit einer axialen Bohrung in axialer Richtung von magnetischen Kraftlinien durchdrungen. Durch die entstehenden Wirbelströme wird das Magnetfeld in der axialen Bohrung gegenüber dem Magnetfeld außerhalb der Spule phasenverschoben. Diese Phasenverschiebung wird gemessen, daraus wird der spezifische Widerstand errechnet. Zur Messung der Leitfähigkeit einer ebenen Schicht ist dieses Verfahren nicht geeignet.
Die DL-PS 52 727 läßt elektrisch leitfähige Teile durch ein Wechselfeld gleiten, wobei die magnetischen Kraftlinien die Teile durchdringen, und benutzt die entstehende elektromotorische Kraft, um die Teile nach Leitfähigkeit zu sortieren.
Bekannt sind außerdem Verfahren zur Leitfähigkeitsmessung, die eine mechanische Kontaktierung verwenden. Die Nachteile solcher Verfahren liegen in den Kontaktschwierigkeiten und in der Gefahr der Beschädigung insbesondere von dünnen Folien. Auch die automatische und schnelle Kontaktierung macht hierbei Schwierigkeiten.
Die Aufgabe, die dieser Erfindung zugrunde liegt, ist eine berühmngslose Leitwertmessung, die zur Überwa-
ctomg des Leitwertes einer elektrisch leitenden Schicht, insbesondere bei deren Herstellung, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die elektrisch leitende Schicht vor. den magnetischen Kraftlinien in mindestens zwei räumlich begrenzten Durchtrittsbereichen, die eine definierte Lage zueinander einnehmen, in einander entgegengesetzten Richtungen durchdrungen wird, und daß eine durch die Wirbelströme in der elektrisch leitenden Schicht hervorgerufene Verkleinerung der Schwin- ι ο gungüamplitude als Maß für die elektrische Leitfähigkeit ausgewertet wird.
Die Wirbelströme nehmen bei diesem Meßverfahren auch in einer elektrisch leitenden Schicht großer Ausdehnung mit gleichzeitig wachsenden Entfernungen von iwei Durchtrittsbereichen gleicher magnetischer Feldstärke mit entgegengesetzter Durchtriusrichtung schneller als mit dem Quadrat des Abstandes vom Mittelpunkt des näheren Durchtrittsbereichs ab. Aus der Maxwellschen Gleichung
Λ/ = -φ i) s
ergibt sich, daß auf einem Weg um zwei derartige Durchtrittsbereiche kein Wirbelstrom entsteht. Abgesehen davon läßt sich die Verteilung der Wirbelströme in Abhängigkeit von den Abmessungen und der gegenseitigen Lage der Durchtrittsbereiche berechnen.
Mit diesem Verfahren werden die Vorteile erzielt, daß die Leitwertmessung ohne Beschädigung der elektrisch leitenden Schicht erfolgt, daß Fehler durch Kontaktwiderstände vermieden werden, daß auch die Leitfähigkeit von beidseitig mit elektrisch nichtleitenden Schichten überzogenen elektrisch leitenden Schichten ohne Beschädigung der elektrisch nichtleitenden Schicht gemessen werden kann, daß das Verfahren nur einen beschränkten Bereich einer Folie erfaßt und sich daher zur laufenden Überwachung der Leitfähigkeit einer elektrisch leitenden Schicht, z. B. in einer Fertigungsstraße, und zur automatischen Steuerung von Fertigungsschritten eignet.
Eine genauere Begrenzung des vom Wirbelstrom umfaßten Bereichs der elektrisch leitenden Schicht auf den Zwischenraum zwischen den Durchtrittsbereichen erreicht man dadurch, daß ein erster Durchtrittsbereich von einem zweiten umschlossen wird bzw. dadurch, daß ein erster Durchtrittsbereich von einer Gruppe weiterer Durchtrittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen Kraftlinien den ersten Durchtrittsbereich in einer und die Gruppe weiterer Durchtrittsbereiche in der entgegengesetzten Richtung durchdringen, oder daß eine erste Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche von einer zweiten Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen Kraftlinien die erste Gruppe von Durchtrittsbereichen in einer und die zweite Gruppe in der entgegengesetzten Richtung durchdringen.
Eine besonders gleichmäßige Verteilung der Wirbelströme erreicht man dadurch, daß ein erster Durchtrittsbereich im wesentlichen die Form einer kreisrunden <>o Scheibe oder eines Ringes und der zweite im wesentlichen die Form eines konzentrisch den ersten Bereich umschließenden Ringes besitzt. Diese Formen der Durchtrittsbereiche werden dadurch erreicht, daß die magnetische Schicht zwischen zwei Halbschalen (>s einer Schalenkernspule hindurchgeführt wird und die Halbschalen so gewählt und angeordnet werden, daß der magnetische Weg über die zum Hindurchführen der elektrisch leitenden Schicht erforderlichen Luftspalte einen deutlich größeren magnetischen Leitwert aufweist ?ls die Summe aller anderen für die magnetischen Kraftlinien denkbaren Wege. Diese Gestaltung des Verfahrens erlaubt auf Grund ihrer genauen Begrenzung des von den Wirbelströmen erfaßten Bereichs die Messung des spezifischen Lcitwsrtts und seiner Verteilung über eine elektrisch leitende Schicht.
Eine besonders günstige, weitere Ausbildung des Verfahrens ist es, daß bei konstanter spezifischer Leitfähigkeit des Materials der elektrisch leitenden Schicht die Leitfähigkeit als Maß für die Schichtdicke ausgewertet wird.
EiHe rationelle Durchführung von Serienmessung folgt daraus, daß die elektrisch leitende Schicht in einer Richtung bewegt wird, die eine zu den magnetischen Kraftlinien senkrecht stehende Komponente enthält, und daß dabei laufend Messungen durchgeführt werden.
Die Änderung der Leitfähigkeit in einer ausgewählten Richtung auf der zu messenden Schicht läßt einfach registrieren, indem die Meßwerte von einem Koordinatenschreiber in Abhängigkeit von der Bewegung in der ausgewählten Richtung aufgezeichnet werden.
Eine derartige Aufzeichnung läßt sich dahingehend suswerten, daß aus örtlich begrenzten Einbrüchen in der Leitfähigkeitskurve Kratzer oder Risse in der elektrisch leitenden Schicht lokalisiert und bewertet werden.
Eine Messung der für selbstheilende Kondensatoren erwünschten Mikrorißstruktur ermöglicht das Verfahren, indem bei der Herstellung einer beidseitig lackierten Metallfolie durch Vergleich der Meßwerte einer elektrisch leitenden Schicht vor und nach dem Lackauftrag auf der zweiten Seite der Metallfolie die durch das Lackieren entstandene Mikrorißstruktur bewertet wird.
Zur rationellen Steuerung der Aufdampfungsrate bei der Bedampfung von Kondensatorfolien ist es zweckmäßig, daß durch laufende Messungen an einer metallbedampften Kondensatorfolie die Aufdampfrate im Bedampfer automatisch geregelt wird.
Eine typische Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist dadurch gegeben, daß der Schwingkreis über einen elektrischen Widerstand mit einem auf Resonanzfrequenz eingestellten Wechselspannungsgenerator verbunden ist und daß der elektrische Widerstand in der Größenordnung des Resonanzwiderstandes des Schwingkreises liegt. Die genannte Bemessung des Vorwiderstandes ergibt einen besonders großen Meßbereich.
Für die relativ dünnen Belegungen von Kondensatorfolien empfiehlt es sich, daß der Schwingkreis als Parallelresonanzkreis ausgebildet ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispiels näher erläutert.
F i g. 1 zeigt eine Schalenkernspule, durch die eine Folie erfindungsgemäß hindurchgeführt wird, in geschnittener und teilweise gebrochener Ansicht;
Fig.2 zeigt die Draufsicht auf die Folie ohne die obere Schalenkemhälfte, wobei die Stromlinien der Wirbelströme eingezeichnet sind.
Zwischen die Schalenkernhälften I^ und 2 mit den Schwingkreisspulen 3 und 4 ist eine elektrisch leitende Folie 5, die mit zwei nichtleitenden Schichten 6 und 7 bedeckt ist, eingelegt und wird in Richtung A bewegt. Durch einen Strom in den Spulen 3 und 4 werden magnetische Kraftlinien erzeugt, die gleichzeitig in den Zapfen 8, 9, die den Durchtrittsbereich 14 bestimmen, der Schalenkernhälften 1 und 2 in Richtung S und in den
Außenwänden 10, 11, die den Durchtrittsbereich 16 bestimmen, in Richtung C verlaufen. Diese magnetischen Kraftlinien rufen in der elektrisch leitenden Schicht 5 Wirbelströme hervor, deren Stromlinien in Richtung D verlaufen. Die elektrisch leitende Schicht 5 weist eine Stufe 12 auf, die beim Durchlaufen des Magnetfeldes der Schwingkreisspule 15 einen Sprung der Leitfähigkeit hervorrufen wird.
Ein Riß 13, der einen vom Wirbelstrom durchflossenen Bereich auftrennt, ergibt eine Einengung und/oder Aufteilung des Wirbelstroms und vermindert dadurch während seines Durchlaufs die Anzeige für der Leitwert, bis der Wirbelstrom wieder in Richtung dei Stromlinien D fließen kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Messung dor Leitfähigkeit einer elektrisch leitenden Schicht, insbesondere einer Metallbelegung von Kondensatorfolien, bei dem die elektrisch leitende Schicht in das Magnetfeld der Induktivität eines Schwingkreises eingebracht wird und bei dem die magnetischen Kraftlinien die Schicht durchdringen, dadurch gekenn- ic zeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (5) von den magnetischen Kraftlinien in mindestens zwei räumlich begrenzten Durchtrittsbereichen (14, 16), die eine definierte Lage zueinander einnehmen, in einander entgegengesetzten Richtungen (B, C) durchdrungen wird, und daß eine durch die Wirbelströme in der elektrisch leitenden Schicht (5) hervorgerufene Verkleinerung der Schwingungsamplitude als Maß für die elektrische Leitfähigkeit ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Durchtrittsbereich (14) von einem zweiten (16) umschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Durchtrittsbereich von einer Gruppe weiterer Durchtrittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen Kraftlinien den ersten Durchtrittsbereich in einer und die Gruppe weiterer Durchtrittsbereiche in der entgegengesetzten Richtung durchdringen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche von einer zweiten Gruppe getrennter Durchtrittsbereiche umschlossen wird und daß die magnetischen Kraftlinien diu erste Gruppe von Durchtrittsbereichen in einer und die zweite Gruppe in der entgegengesetzten Richtung durchdringen.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Durchtrittsbereich (14) im wesentlichen die Form einer kreisrunden Scheibe oder eines Ringes und der zweite (16) im wesentlichen die Form eines den ersten Bereich konzentrisch umschließenden Ringes besitzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Schicht (5) zwischen zwei Halbschalen (i, 2) einer Schalenkernspule hindurchgeführt wird und die Halbschalen (i, 2) so gewählt und angeordnet werden, daß der magnetische Weg über die zum Hindurchführen der elektrisch leitenden Schicht erforderlichen Luftspalte einen deutlich größeren magnetischen Leitwert aufweist, als die Summe aller anderen für die magnetischen Kraftlinien denkbaren Wege.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter spezifischer Leitfähigkeit des Materials der elektrisch leitenden Schicht die Leitfähigkeit als Maß für die Schichtdicke ausgewertet wird
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht in einer Richtung (A) bewegt wird, die eine zu den magnetischen Kraftlinien senkrecht stehende Komponente enthält, und daß dabei laufend Messungen durchgeführt werden. <>s
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte von einem Koordinatenschreiber in Abhängigkeit von der Bewegung in einer ausgewählten Richtung (A) aufgezeichnet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus örtlich begrenzten Einbrüchen in der Leitfähigkeitskurve Kratzer oder Risse (13) in der elektrisch leitenden Schichi lokalisiert und bewertet werden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung einer beidseitig lackierten Metallfolie durch Vergleich der Meßwerte einer elektrisch leitenden Schicht (15) vor und nach dem Lackauftrag auf der zweiten Seite der Metallfolie die durch das Lackieren entstandene Mikrorißstruktur bewertet wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch (aufende Messungen an einer metalJbedampften Kondensatorfolie die Aufdampfrate im Bedampfer automatisch geregelt wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis über einen elektrischen Widerstand mit einem auf Resonanzfrequenz eingestellten Wechselspannungsgenerator verbunden ist und daß der elektrische Widerstand in der Größenordnung des Resonanzwiderstandes des Schwingkreises liegt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis als Paralleiresonanzkreis ausgebildet ist.
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