FAQ

Grundlagen Schichtwiderstand

1. Was ist der Schichtwiderstand?

Der elektrische Schichtwiderstand (Rs oder R) ist eine physikalische Größe, welche den elektrischen Widerstand einer dünnen Schicht beschreibt. Dieser resultiert aus dem spezifischen Widerstand des Schichtmaterials und der Schichtdicke. Der Parameter beschreibt, welchen Strom eine flächige Schicht unter Anlegen einer bestimmten Spannung transportieren kann. Der Schichtwiderstand wird üblicherweise in ?/sq, Ohm/sq oder Ohm per square oder OPS angegeben, wobei die Ergänzung „je Quadrat“ lediglich zur Abgrenzung der Größe zum spezifischen Widerstand dient. Der Schichtwiderstand ist der wichtigste physikalische Parameter, um die elektrische Leistung von Elektroden zu beschreiben. Umso niedriger der Widerstand, umso besser ist die elektrische Leistungsfähigkeit der Elektrode.

 

2. Was ist der spezifische Widerstand?

Der spezifische Widerstand ? (Rho) ist eine Eigenschaft eines Materials, welche von der Atomdichte und der Anzahl der freien Elektronen abhängt. Sie beschreibt den elektrischen Widerstand unabhängig von dessen Geometire. Die Einheit ist ?·mm² / m oder ?m (einheitengekürzt). Der spezifische Widerstand kann durch die Multiplikation des Schichtwiderstandes mit der Dicke bestimmt werden.

 

3. Was ist der Leitwert?

Der elektrische Leitwert G ist der Kehrwert des Schichtwiderstandes. Diese wird in der Einheit Siemens [S] angegeben, wobei früher auch Mho [?] gebräuchlich war. 

 

4. Was ist Leitfähigkeit?

Die Leitfähigkeit ? (Sigma) definiert die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom zu leiten. Die Einheit ist Siemens/Meter [S/m].

 

5. Wie werden Schichtdicken mit dem Wirbelstromverfahren bestimmt?

Eine wesentliche Anwendung der EddyCus Systeme ist die Schichtdickenmessung [nm, µm] von Schichten mit  konstanter Leitfähigkeit. Dabei können bereits sehr dünne Schichten, selbst im Schichtentstehungsstadium (Inselbildung) für die Induktion von Wirbelströmen genutzt werden und so schon Schichtdicken ab 2 nm gemessen werden.

Der Flächenwiderstand kann unter Kenntnis der elektrischen Leitfähigkeit des Materials in Schichtdicke umgerechnet werden. Diese Funktionen sind in der EddyCus Software integriert. Für sehr dünne Schichten  (< 15 nm) werden direkte Kalibrierung oder bekannte Korrelationen aus der Literatur verwendet. Im Ergebnis lassen sich Schichten von 2 nm bis 2 mm mit hoher Genauigkeit und Robustheit mittels Wirbelstromprüflösung berührungslos vermessen. 

 

6. Wie wird die Emissivität gemessen?

Emissivität ? von Architekturglas wird durch Messen des Flächenwiderstandes bestimmt, welcher folgend in Emissivität umgerechnet wird. Die direkte Korrelation zwischen den Emissionsgrad von z.B. Silber und dem Schichtwiderstand ist aus der Literatur bekannt. Diese Option kann auch in der Bediensoftware ausgewählt werden.

 

7. Gibt es einen Unterschied zwischen den Messergebnissen gemessen mit 4-Punktmethode oder mittels  Wirbelstromprüfung?

Nein, es gibt keinen Unterschied in Flächenwiderständen gemessen mit 4PP oder Wirbelstrom. Beide Testmethoden messen den Schichtwiderstand als eine physikalische Eigenschaft. Diese Eigenschaft ist unabhängig von seinem Messverfahren. Wenn die Schicht sehr inhomogen ist, kann die Messfleckgröße, also die Fläche über welche der Widerstand ermittelt wird (Spitzenabstand), eine Rolle spielen. Dies betrifft beide Verfahren gleichermaßen. 

 

8. Warum ist es sinnvoll Graphen mit dem Wirbelstromverfahren zu charakterisieren?

Graphen als Elektrodenmaterial ist sehr dünn und empfindlich. Die Prüfung mit kontaktierenden Verfahren wie der Vierspitzenmethode birgt die Gefahr Abdrücke, Defekte und Verunreinigungen hervorzurufen. Daher wird die berührungslose Wirbelstromprüfung dringend empfohlen.
Graphen kann als Einzelschicht, als Doppelschicht oder Mehrlagenschichtsystem charakterisiert werden. Wenn es mehr als zehn Schichten sind, wird es typischerweise als Graphit bezeichnet. Mono- und polykristalline Graphenschichten können sehr unterschiedliche mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisen. Die elektrischen Eigenschaften von Graphen können sehr unterschiedlich sein. Je nach Flakesize, Dotierung, Anzahl der Lagen und der Defektdichte treten Schichtwiderstände von 30 bis 3.000 Ohm/Quadrat auf. 
Transferierte Graphenschichten auf nicht leitenden Substraten, wie beispielsweise PET, Quarzwafer oder Glas können mit hoher Genauigkeit in einem großen Messbereich charakterisiert werden.

 

9. Sind Wirbelstromprüfsysteme auch für die Schichtwiderstandsprüfung von Metallgittern oder Nanodraht- Strukturen einsetzbar?

Ja, Gitterdrahtstrukturen sind eine typische Messanwendung für die Schichtwiderstandsmessung mittels Wirbelstromprüfung. Hier ist das berührungslose Prüfen besonders vorteilhaft da bei Kontaktverfahren ein homogenes Aufsetzen mit 4 Nadeln kaum möglich ist. Daher ist die Wirbelstromprüfung die Standardmethode für Gitter und Nanodraht-Strukturen.

 

10. Was sind typische Schichtwiderstandsbereiche?

Die Werte des Schichtwiderstandes verschiedener funktionaler Schichten können je nach Anwendung sehr unterschiedlich sein. Während dicke metallische Schichten oft im MilliOhm Bereich liegen, können antistatische Schichten mehrere MegaOhm/sq aufweisen.

Typische anwendungsbezogene Schichtwiderstandsmessbereiche, die mittels der berührungslosen SURAGUS Messtechnik bestimmt werden können, sind:

Anwendung Hauptwiderstandsbereich
Architekturglas (LowE) 1 – 10 Ohm/sq
Transparente Elektroden in PV und Smart Glas 5 – 50 Ohm/sq
Transparente Elektroden in OLED 5 – 500 Ohm/sq
Nicht-transparente Metal-Elektroden 0,1 – 1 Ohm/sq
Displays 10 – 1000 Ohm/sq
Touch-Panel-Sensoren (TPS) 10 – 1000 Ohm/sq
Verpackungsfolien 0,001 – 3000 Ohm/sq
Kondensator-Folien 0,01 – 100 Ohm/sq
Graphene Schichten 30 – 3000 Ohm/sq

 

11. Was sind verschiedene Methoden zur Schichtwiderstandsbestimmung?

Für das Messen des Schichtwiderstandes von dünnen Schichten gibt es verschiedene Methoden. Da es sich um eine elektrische Funktion handelt, empfiehlt sich die Prüfung unter Verwendung eines elektrischen Verfahrens.   

Die 4-Punkt-Messung und das van der Pauw-Verfahren werden häufig offline angewendet und nur wenn die Schicht für diese kontaktierenden Verfahren unempfindlich und direkt zugänglich ist. Bei der Vierpunktmessung werden 4 Kontakte zur Probe hergestellt, wobei über die äußeren ein Strom induziert wird und über die beiden inneren Spitze die Spannung gemessen wird. Für eine gute Messung ist es dabei wichtig, dass die Kontaktqualität zur Probe aller 4 Spitzen gleich ist. In einigen Fällen werden die Test-Strukturen speziell für diese Messverfahren zur Bestimmung des Schichtwiderstandes konzipiert.

Die berührungslose Schichtwiderstandsmessung von SURAGUS ermöglicht es ohne direkte Kontaktierung der Schicht den Schichtwiderstand einfach und verlässlich zu bestimmen. Die Widerholgenauigkeit der berührungslosen Messung ist enorm hoch im Vergleich zu berührenden Verfahren, da die Kontaktqualität oder der Zustand der Messspitzen als Fehlerquelle ausgeschlossen werden. Auch wird die zu messende Schicht nicht berührt oder beschädigt. Dies ist besonders wertvoll bei der Schichtwiderstandsbestimmung für empfindliche Schichten (wie dünne Metallschichten, TCO’s, Nanodrähte, Graphen, etc.), für raue Schichten oder sehr glatte bzw. hochreine Schichten in der Halbleiterindustrie, sowie für eine schnelle und genaue inline Messung im Prozess. Darüber hinaus ermöglicht die SURAGUS Technologie auch das Messen von verkapselten Schichten, welche für kontaktierende Verfahren nicht zugänglich sind. Zudem entfällt der teure Austausch von verschlissenen Nadeln und Spitzen, wie es bei Kontaktverfahren notwendig ist. Dies verursacht insbesondere bei Inline oder Mapping Lösung hohe Betriebskosten, welche bei berührungslosen Verfahren nicht entstehen.

 

12. Was sind die Vorteile der berührungslosen Schichtwiderstandsmessung gegenüber der herkömmlichen 4-Punkt-Messung

Die berührungsfreie Messlösung von SURAGUS ermöglicht eine genaue Messung des Schichtwiderstandes ohne Einfluss der Kontaktqualität, ohne Beschädigung von empfindlichen Oberflächen oder das Induzieren von Artefakten in die Schicht aufgrund der Kontaktierung. Darüber hinaus ermöglicht es eine genaue Schichtwiderstandsmessung auch von verkapselten und unzugänglichen Schichten.

Durch die Anwendung der berührungsfreien SURAGUS Messlösung entsteht auch kein Verschleiß von Nadeln und Spitzen, die typischerweise dauerhaft hohe Verschleißkosten bei der 4-Punkt-Messung verursachen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die kurze Messzeit: Geräte der SURAGUS TF-Serie benötigen nur wenige Millisekunden für jede Messung und es wird keine Zeit für das Kontaktieren der Probe benötigt.

Die ermöglicht es auch inline während der Produktion zu messen bzw. „on the fly“ in den Mapping-systemen. Im Ergebnis messen die SURAGUS Schichtwiderstands-Messsysteme in nur wenigen Sekunden mehrere tausende Positionen auf einem Substrat. Eine Interpolation zwischen den Messpunkten, wie es bei 4-Punkt- Mapping-Systemen typisch ist, ist nicht erforderlich.

Tabelle:

Induktive Messung/Wirbelstrommessung 4 Spitzen Messung/4PP
Kontaktfrei/höhere Widerholgenauigkeit als 4PP Kontakt/gleichmäßige Kontaktqualität beeinflusst das Messergebnis
Messbereich von 0.1 mOhm/sq bis 3000 kOhm/sq Messerbereich von  1 mOhm -  10 kOhm/sq 
„echtzeit“ - bis zu 1000 Messungen pro Sekunde „on the fly“ Relativ hohe Messdauer insbesondere wegen Kontaktherstellung (wenige Sekunden) 
Mappinglösung und Inlinelösungen mit vielen Tausend Messpunkten z.B. 10.000 Messpunkte im Abstand von 1 mm auf 100 mm Probe.  Mappinglösungen und Inlinelösungen mit wenigen Messpunkten möglich – Interpolation notwendig
Keine Verschleißkosten Verschleißkosten (insbesondere bei Mapping und inline Lösungen)
Keine Probenverunreinung  Gefahr der Probenverunreinigung
Keine Schichtbeschädigung Gefahr der Schichtbeschädigung bei sensitiven Schichten
Charakterisierung von Mehrschichtsystemen möglich. Separierung erfolgt rechnerisch  Messung nur der Obersten Schicht
Messung auch von verkapselten Schichten Keine Messung von verkapselten Schichten
Etabliert seit 30 Jahren Etabliert seit 70 Jahren
Kalibrierung durch den Hersteller und durch den Nutzer Kalibrierung durch den Hersteller und durch den Nutzer

 

13. Welcher Messbereich kann mit der berührungslosen Schichtwiderstands-Messmethode von SURAGUS abgedeckt werden?

Die EddyCus TF Systeme decken einen Messbereich von 0,1 mOhm/sq bis zu 3.000 Ohm/sq ab. Dieser Messbereich lässt sich für einige Anwendungen auch erweitern. Auch wenn das Messgerät grundsätzlich an den spezifischen Messbereich der Kundenanwendung angepasst wird; kann mit einen einigen Sensor grundsätzlich ein Messbereich über 6 Dekaden (z.B. 1 mOhm/sq – 1 kOhm/sq) abdeckt werden. Ein zeitaufwendiges Wechseln von Sensoren durch den Bediener ist nicht erforderlich.

 

14. Was ist die maximale Substratdicke für die berührungsfreien Messgeräte von SURAGUS?

Alle berührungsfreien Schichtwiderstandsmessgeräte von SURAGUS können an eine Vielzahl Substratdicken angepasst und der Sensorabstand entsprechend festgelegt werden. Diese unterscheiden sich je nach Industrie. So verwenden Halbleiterhersteller keine Abstände für die Waferprüfung und Architekturglashersteller größere Abstände, teils bis zu 50 mm. Der Standardbereich für den Messspalt liegt typsicherweise zwischen 1 mm und 30 mm. Spezifische Konfigurationen erlauben eine Anpassung des Messspalts auf bis zu 60 mm und mehr.  

 

15. Kann der Messspalt/Sensorabstand durch den Benutzer angepasst werden?

Ein fixierter und stabiler Sensorabstand ist entscheidend für die Genauigkeit der berührungsfreien Messung des Schichtwiderstandes. Daher wird der Sensorabstand vor Auslieferung an den Kunden durch SURAGUS in Abhängigkeit von der dicksten zu erwartenden Probe eingestellt und fixiert. Eine Änderung des Messspalts kann durch das SURAGUS Service-Team auch nachträglich vorgenommen werden. Dies erfordert dann eine neue Kalibrierung des Messsystems.

 

16. Misst das System auch verkapselte leitfähige Schichten?

Ja, die berührungslos messenden SURAGUS Schichtwiderstandsmesssysteme müssen die dünne leitfähige Schicht nicht kontaktieren. Daher kann die Schicht auch genau gemessen werden, wenn sie unter anderen dielektrischen Schichten vergraben oder verkapselt ist (z.B. unter optischen Schichten und Schutzschichten).

 

17. Beeinflussen Rauheiten von Schichten die Messqualität?

Nein, anders, als bei kontaktierenden Messmethoden beeinträchtigen Rauheiten von Schichten nicht die Qualität und Genauigkeit der berührungslos messenden SURAGUS-Technologie. Daher sind die SURAGUS-Geräte weit verbreitet im Einsatz für das Messen von rauen und sensitiven Schichten.

 

18. Ist das SURAGUS-System für Mehrschicht-Systeme einsetzbar?

Die Geräte der SURAGUS EddyCuS TF Serie messen den gesamten Schichtstapel aller Schichten. Mehrere leitfähige Schichten in einem Schichtstapel verhalten sich elektrisch gesehen als Parallelwiderstand und können mittels standardisierter Berechnungsformeln voneinander getrennt werden.

Mehrschichtsysteme können daher durch Messungen nach jedem Beschichtungsschritt voneinander separiert werden. Die Messung des Gesamtschichtstapels auf dem Substrat gibt genaue Informationen über die Gleichmäßigkeit der Beschichtung.

 

19. Wie groß ist der Messpunktabstand bei Inline oder Mapping-Lösungen?

Messungen von Inline und Mappingsystemen werden im lateralen Messpunktabstand von 250 µm bis 10 mm je nach Anwendung durchgeführt. Der Standardabstand für bildgebenden Messung ist 1 mm.  

 

20. Was ist die Messfleckgröße eines Systems?

Die Sensitivität des Messsystems ist unter dem Sensor am größten und nimmt nach außen hin ab und trägt dann nicht mehr zur Charakterisierung bei. Die hochsensitive Zone (HSZ) beträgt bei Schichtwiderstandsmesssystemen 5 bis 25 mm, wobei auch schon Systeme mit 100 mm HSZ realisiert wurden. Dieser Durchmesser wird vor allem von dem Abstand zur Probe definiert. Je kleiner der Abstand umso kleiner ist dann auch der Messfleck.

Für die Strukturüberwachung und Defektdetektion werden vorrangig Systeme mit einer HSZ von 0,5 bis 5 mm verwendet. Hier kommen dann auch Differentialsensoren zum Einsatz, welche eine sehr hohe Sensitivität für das Erkennen von lokalen Unterschieden und Defekten aufweisen. 

 

21. Wie groß ist die Ortsauflösung?

Die Ortsauflösung wird bestimmt vom Kontrast des Messeffektes, vom Messpunktabstand und von der Messfleckgröße.

Ein Wafermapping kann beispielsweise bei einem Abstand (Gap) von 2 mm erzeugt werden. Die hochsensitive Zone (HSZ) hat dann einen Durchmesser von etwa 5 mm. Schichtwiderstandsschwankungen von 3 % sind messbar, wenn Sie etwa 25 % der HSZ beinträchtigen. Je nach Unterschied bzw. Kontrast können also Schwankungen auf einer Fläche von 2 bis 3 mm bestimmt werden, wohingegen Defekte, welche die lokale Leitfähigkeit signifikant oder gar vollständig unterbrechen schon ab wenigen Mikrometern Breite detektiert werden können.

 

22. Was ist das kleinste messbare Substrat?

Als einfache Faustregel kann für einen zu erwartenden Schichtwiderstandsmessbereich bis zu 300 Ohm/sq als kleinste Substratgröße ca. 25 x 25 mm² angegeben werden. Für Schichtwiderstandsmessbereiche über 300 Ohm/sq wird eine minimale Substratgröße von ca. 50 x 50 mm² empfohlen. In der Vergangenheit wurden auch Lösungen für kleine Probengrößen z.B. 10 x 10 mm entwickelt. Unsere Mitarbeiter besprechen Ihren Anforderungen gerne mit Ihnen.

 

23. Was ist das maximal größte messbare Substrat?

SURAGUS bietet verschiedene berührungsfrei messende Schichtwiderstands-Messsysteme an, wie die EddyCus TF labs und die EddyCus TF maps, welche es für verschiedene Substratgrößen gibt:

Gerät max. Substratgröße
Einzelpunktmessgerät  
EddyCus TF Portable 1010 min. 150 x 150 mm (6 Zoll)
EddyCus TF lab 2020 max. 200 x 200 mm (8 Zoll)
EddyCus TF lab 4040 max. 400 x 400 mm (16 Zoll)
EddyCus TF lab 4040 Hybrid max. 400 x 400 mm (16 Zoll)
EddyCus TF lab 4040a max. 400 x 400 mm (16 Zoll)
Mapping Gerät  
EddyCus TF map 2525SR max. 250 x 250 mm (10 Zoll)
EddyCus TF map 5050SR max. 500 x 500 mm (20 Zoll)
EddyCus TF map 6060 max. 600 x 600 mm (24 Zoll)
EddyCus TF map 2525 Hybrid max. 200 x 200 mm (8 Zoll)
Inline Systeme  
EddyCus TF inline min. 10 mm Breite (kleiner auf Anfrage)

 

24. Gibt es Lösungen für die Messung im Vakuum.

Ja, SURAGUS bietet auch inline Sensoren für den Einsatz im Vakuum an. 

 

25. Gibt es auch ein Handmessgerät zur Bestimmung des Schichtwiderstandes?

Ja, SURAGUS hat erst vor kurzem sein komfortables Handmessgerät, den EddyCus TF Portable 1010, zur einfachen und schnelle Messung des Schichtwiderstandes vorgestellt. Durch das Auflegen des Handgerätes auf die zu bestimmende Schicht kann sehr genau der Schichtwiderstand bestimmt werden. Dies gilt auch für verkapselte Schichten in einem dielektrischen Schichtstapel, der für eine kontaktierend messende Methode nicht zugänglich ist. Der Schichtwiderstandsbereich für das Handgerät beträgt 0,3 bis 50  Ohm/sq.

 

26. Bietet SURAGUS auch Systeme für die kombinierte Prüfung von elektrischen und optischen Eigenschaften, wie der optischen Dichte bzw. optischen Transparenz an?

Ja, SURAGUS bietet kombinierte Systeme (Hybrid) für das Messen der optische Transparenz (OT) oder die optische Dichte (OD) an.

 

27. Was ist der Unterschied zwischen einer Schichtwiderstands- Einzelpunktmessung und einem Schichtwiderstands-Mapping?

Die berührungsfrei messenden SURAGUS Einzelpunktmessgeräte geben den genauen Schichtwiderstand  unter dem Sensor an. Der Nutzer kann die Probe manuell verschieben und Messwerte an verschiedenen Stellen der Probe aufnehmen.

Bei den automatisiert messenden SURAGUS Mapping-Geräten wie den EddyCus TF map 2525SR wird das gesamte Substrat gescannt. Somit erhält man einen vollflächigen Scan / „C-Scan“ des Schichtwiderstandes auf dem gesamten Substrat. Der typische Messpunktabstand beträgt 1 mm. Die Mappingsysteme verfügen auch über eine automatische Kanteneffektkorrektur, welche eine Messung bis 2 mm Entfernung zum Rand ermöglicht. Die TF map control Software ermöglicht Analysen hinsichtlich Inhomogenitäten, Defekten oder Gradienten im Schichtwiderstand. Flächen von besonderem Interesse können durch den Benutzer ausgewählt und detailliert untersucht werden. Frei definierbare Linienprofile geben detaillierte Auskunft über die Verteilung des Schichtwiderstandes entlang dieser Linie. Zudem werden statistische Kenngrößen und Histogramme bereitgestellt.

 

28. Benötigt man mehrere Sensoren um einen großen Messbereich erfassen zu können?

Ein Messbereich über 6 Dekaden der EddyCus TF Serie kann mit einem Sensor erfasst werden. Der vom Kunden benötigte Messbereich wird vorab bei der Herstellung des Messgerätes anhand der Spezifikation eingestellt. Anpassungen oder das Wechseln von Sensoren ist somit nicht notwendig.

 

29. Wie kann ich feststellen, dass das Gerät korrekt misst?

Die berührungsfrei messenden SURAGUS Schichtwiderstands-Messsysteme werden zusammen mit einem Referenzsubstrat ausgeliefert. Dieses Referenzsubstrat dient der regelmäßigen Überprüfung der Genauigkeit des Systems. Dies sollte ca. aller 3 bis 6 Monate erfolgen. Für den Fall, dass der tatsächliche Messwert vom angebenden Messwert auf der Referenzprobe abweicht, wenden Sie sich bitte an unser SURAGUS -Service- Team; telefonisch an +49 (0) 351 32 111 555 oder per Email an support@suragus.com.

 

30. Wann muss ich das Gerät kalibrieren?

Alle berührungsfrei messenden SURAGUS Schichtwiderstands-Messsysteme werden mit einer Werkskalibrierung ausgeliefert und benötigen normalerweise keine weitere Kalibrierung. Falls die angezeigten Messwerte trotzdem von den mitgelieferten Referenzstandards abweichen sollten, wenden Sie sich bitte an unseren SURAGUS Service; Telefonisch erreiche Sie uns unter +49 (0) 351 32 111 555 oder per Email unter support@suragus.com.

Eine Neukalibrierung des Messgerätes ist sehr einfach und kann mit Hilfe des SURAGUS Telefonsupports durch den Benutzer selbst durchgeführt werden. Die angeleitete Kalibrierungs-Prozedur setzt keine besonderen Kenntnisse voraus und dauert nicht länger als ein paar Minuten.

 

31. Muss ich einen Randeffekt beachten?

Die induzierten Ströme besitzen eine hohe Stromdichte unterhalb des Sensors, welche mit zunehmender Entfernung zum Sensormittelpunkt sinkt. Wenn eine Messung nahe zum Rand erfolgt, kann es so zu leichten Abweichungen kommen. Dieser Effekt ist auch aus der 4-Punkt-Messung bekannt und kann ähnlich wie bei der 4-Punkt-Messung mittels Korrekturtabellen kompensiert werden.

Die SURAGUS Mappingsysteme verfügen über eine automatische Kanteneffektkorrektur, sodass eine manuelle oder automatische Messung an jeder Stelle der Probe möglich ist.

 

32. Können auch strukturierte Dünnschichten gemessen werden?

Die berührungsfrei messenden SURAGUS Schichtwiderstands-Messsysteme bieten genaue Messungen sowohl für strukturierte, als auch für unstrukturierte Beschichtungen. Hierbei ist es wichtig, dass die Struktur bzw. der Füllfaktor der Struktur relativ konstant bleiben.

Zusätzlich gibt es auch strukturabbildende Lösungen.

 

33. Haben Vibrationen des Substrates einen Einfluss auf die Messung?

Je nach Messbereich und Messspalt können unterschiedliche Vibrationen toleriert werden. Die Standardtoleranz beträgt  ± 1 mm. Ein niedriger Schichtwiderstand und großer Messspalt erlauben das Tolerieren von großen Varianzen von bis zu ± 5 mm. Für die Messung von gebogenen Substraten werden Sensoren mit integrierten Ultraschallsensoren verwendet, so das Messwerte entsprechend der Lage im Messspalt kompensiert werden und lageunabhängig genaue Messwerte ermittelt werden können.  

 

 

 

FAQ Carbonfaserprüfung

1. Warum Carbonfaserprüfung?

Der Markt für Carbonfaser Materialien (CF) oder auch Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK), ist in den vergangenen Jahren stark gewachsen. Gerade Bereiche, wie die Luftfahrt- und Automobilindustie legen Wert auf leichte und feste Werkstoffe. Diese Verbundwerkstoffe müssen jedoch auch hohe Qualitätsstandards erfüllen. Deshalb sind

  1. zerstörungsfreie Messysteme
  2. und berührungslose Messsysteme

für diese Materialien unerlässlich.

Dabei setzen sich Carbonfaserverstärkte Kunststoffe aus zwei Hauptkomponenten zusammen. Erstens, wie der Name bereits sagt, aus Carbonfasern (CF) welches dem Werkstoff seine Steifigkeit und Zugfestigkeit verleiht. Und zweitens, einem Kunstharz (Matrix) welcher die Carbonfaser in der gewünschten Postion fixiert und keine Verschiebung unter Belastung zulässt.

2. Was sind zerstörungsfreie und berührungslose Messsysteme für Carbonfaser Materialien?

Messsysteme die berührungslos und zerstörungsfrei arbeiten sind für Bauteile, wie z.B. in der Luftfahrtindustrie eingesetzt, für diesen Sicherheitsrelevanten Bereich unerlässlich. Messsysteme, die für diese Prüfung in Frage kommen sind deshalb qualitativ ausgezeichnete Hochleistungssysteme.

Da jedes Material über unterschiedliche Eigenschaften verfügt und der chemische Aufbau aller Werkstoffe verschieden ist, werden unterschiedliche Messysteme zur Fehleranalyse benötigt.

Das Wirbelstrom-Messsystem – EddyCus ist hierbei eines der effizientesten und technisch raffiniertesten Systeme weltweit.

 

3. Kann das Wirbelstrom-Messsystem – EddyCus  berührungslos und zerstörungsfrei messen?

Ja, da diese Eigenschaften für die Prüfung der CF Materialien unerlässlich sind, bietet die Wirbelstrommessung hierfür die perfekte die Lösung.

 

4. Wie funktioniert Wirbelstromprüfung für Carbonfaser Materialien?

Bei einem Wirbelstrom-Messsystem werden die physikalischen Eigenschaften einer Spule genutzt um ein elektromagnetisches Feld im elektrisch leitenden Prüfmaterial zu erzeugen. Hierfür wird ein Wechselstrom an eine Spule angelegt. Die Spule erzeugt dann ein elektromagnetisches Feld, welches sich Wellenförmig ausbreitet. Trifft dieses Feld wiederrum auf ein elektrisch leitfähiges Material (wie z.B. Carbon) wird in diesem ein Wirbelstrom (Englisch EddyCurrent) erzeugt.

Die so in das Material eingebrachten Wirbelströme erzeugen ihrerseits wieder ein Magnetfeld, welches (gemäß der Lenzschen Regel) der Änderung des Feldes entgegenwirkt. Diesen physikalischen Sachverhalt macht sich das EddyCus-Messystem zunutze und funktioniert dadurch berührungslos und zerstörungsfrei.

5. Welche Fehler bzw. Defekte können mittels dem EddyCus-Messsystem in der Carbonfaser entdeckt werden?

Carbonfasern bieten eine sehr gute Grundlage, da Sie leitfähig sind und zu unterschiedlichen Halbzeugen aufgebaut werden können. Dabei unterteilt sich der Aufbau von CF Halbzeugen unter anderem in:

  • Gewebe
  • Gelege
  • Multiaxialgelege
  • Vliese usw.

Jedes dieser Halbzeuge verfügt dabei über unterschiedliche Faseranordnungen und -ausrichtungen. Im Herstellungs- und Verarbeitungsprozess dieser Halbzeuge kann es jedoch zu

  • Ondulationen
  • Faserbrüche
  • Lücken
  • Abweichungen der Faserorientierungen
  • Störstellen
  • Überlappungen
  • Falten
  • Veränderung im Isotropieverhalten
  • Fuzzy balls (Flusen)

und weitern Fehlern kommen.

6. Wie hoch ist die Eindringtiefe des EddyCus Prüfsystems in CF Materialien?

Die Eindingtiefe hängt von einigen Faktoren ab und ist dementsprechend beeinflußbar. In der Regel liegt die Eindringtiefe jedoch zwischen 2 bis 3mm, kann jedoch auch maximal 5 mm betragen. Wird das Material Beidseitig gemessen, kann eine Eindringtiefe von max. 20mm erreicht werden.

 

7. Kann die EddyCus Eindringtiefe angepasst werden?

Ja. Durch Veränderung der an der Spule angelegten Frequenz können die Parameter angepasst werden. Mittels Wirbelstrom Frequenzintensitätsänderung können die Ergebnisse optimiert werden.

 

8. Wie hoch ist die EddyCus Messgeschwindigkeit?

Die Messgeschwindigkeit ist Aktorik abhängig. Die interne Messrate liegt bei mehreren 100 Messungen pro Sekunde.

 

9. Welche Auflösung bietet das EddyCus Wirbelstromprüfsystem?

Die Auflösung hängt maßgeblich von der Messaufgabe und der damit verbundenen notwendigen Eindringtiefe bzw. der Messfeldgröße ab. Grundsätzlich lässt sich fesstellen, dass die kleinste Auflösung bei 1mm liegt. Die Messfeldgröße kann aber auch bis zu max. 100mm in der Fläche variieren wenn zum Beispiel die Messaufgabe darin besteht, das Flächengewicht zu analysieren. Prinzipiell kann jedoch zwischen hochauflösenden Sensoren und Sensoren mit hoher Eindringtiefe unterschieden werden.

 

10. Können auch komplexe Carbonfaser Bauteile gemessen werden?

Ja. Suragus hat für komplexe Carbonfaser Bauteile mit einem Projektpartner eine Roboterlösung konzipiert, produziert und zur Marktreife entwickelt. Damit können Bauteile in allen drei Dimensionen beurteilt werden. Eine genaue Eingrenzung des ROI (Region of Interest) ist natürlich möglich. Mit der von Suragus entwickelten Software EddyEVA lassen sich die Auswertungen auch Ihrer 3D Scan Daten individuell konfigurieren.

 

11. Ist mit dem EddyCus Messsystem auch eine Inline Messung möglich?

Ja. Je nach Messaufgabe kann das EddyCus- Messsystem auch integriert werden. Soll zum Beispiel das Flächengewicht inline ermittelt werden, sind die Sensoren in Transmission zu installieren. Die  Sensoren werden dabei über und unter dem CF Material positioniert. Der Sender und Empfänger Sensor sind demnach parallel angeordnet.

 

12. Sind weitere Sensoranordnungen, neben der Transmissionsanordnung, mit dem EddyCus möglich?

Ja, auch die einseitige Sensoranordnung ist durchführbar. Dabei ist die einseitige Sensoranordnung mit konstanten Lift-off möglich. Hierfür ist eine Nachführung zwingend erforderlich. Eine beidseitige Messung ist jedoch toleranter.

 

13. Darf die Distanz zur Messprobe schwanken?

Ja, im Inline Transmissionsverfahren liegt die Toleranz für das Web-Flattern bei 1-2 mm. Damit ist ein konstantes Messen auch bei Änderung der Distanz zum Messobjekt gewährleistet. Dies macht das EddyCus-Messsystem zu einem verlässlichen Partner auch bei Abstandsschwankungen.

 

14. Gibt es einen Unteschied bei der Carbonfaser Prüfung ob Materialien mit Thermoplast oder Harz infiltriert sind?

Nein, da Thermoplast, sowie Harz über vergleichbare elektrische Eigenschaften verfügen, ergibt dieser Sachverhalt keinen Unterschied.  

 

15. Besteht ein Unterschied bei der Messung an trockener Preform oder am CFK?

Der Unterschied ist kaum messbar und hat auf das Messergebnis keinen Einfluss.

 

16. Was sind die Vorteile des EddyCus-Wirbelstromprüfgeräts?

Die Prüfung mit dem Wirbelstromprüfgerät kann in jedem Produktionsschritt der Carbonfaserverarbeitung statt finden. Angefangen bei dem CF Faden/Garn Bearbeitung, über CF Faser/Prepreg, CF Preform, dem ausgehärteten Carbonfaserverstärkten Bauteil, aber auch das recycelte Carbonfaser Material kann mit dem EddyCus Messsystem überwacht bzw. qualitätsgesichert werden.

 

17. Ermöglicht EddyCus Carbonfaserrecycling bzw. die Qualitätssicherung des Recyclingprozesses?

Ja, mit dem Wirbelstrommesssystem wird die Überwachung und Qualitätssicherung des recycelten CF Materials ermöglicht. Dabei kann das Isotropieverhalten der Carbonfaser überwacht werden oder das Flächengewicht ermittelt werden.

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