RU1835043C - Arrangement for measuring of thickness of conducting coatings on dielectric base - Google Patents

Abstract

Использование: в производстве микроэлектронных и электровакуумных приборов, а также в машиностроении и металлообработке дл  измерени  толщин токопровод щихпокрытий на крупногабаритных издели х . Цель изобретени  - расширение области использовани . В устройство, содержащее два ферритовых кольца, соприкасающихс  па образующей, со щелевыми прорез ми, входную и выходные обмотки, введены две одинаковые, магнитные электропровод щие пластины и диэлектрическое основание . Провод щие пластины размещаютс  в щелевых прорез х, а диэлектрическое основание установлено со стороны одной из щелевых прорезей своей поверхностью параллельно плоскости раздела ферритовых колец. Измерительный образец располагаетс  между диэлектрическим основание и провод щими пластинами. 1 ил,Usage: in the production of microelectronic and electrovacuum devices, as well as in mechanical engineering and metal processing for measuring the thickness of conductive coatings on large-sized products. The purpose of the invention is to expand the scope of use. Two identical magnetic conductive plates and a dielectric base are introduced into a device containing two ferrite rings in contact with the generator, with slotted slots, input and output windings. The conductive plates are located in the slotted slots, and the dielectric base is mounted on the side of one of the slotted slots with its surface parallel to the interface of the ferrite rings. A measurement sample is located between the dielectric base and the conductive plates. 1 silt

Description

ЁYo

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к средствам неразру- шающего контрол  и может быть использовано в производстве микроэлектронных и электровакуумных приборов, а также в машиностроении и металлообработке .The invention relates to measuring equipment, namely to non-destructive testing means, and can be used in the manufacture of microelectronic and electrovacuum devices, as well as in mechanical engineering and metal processing.

Цель изобретени  - расширение области использовани  за счет измерени  толщины покрыти  на издели х, форма и размеры которых не позвол ют разместить их в радиальной прорези.The purpose of the invention is to expand the field of use by measuring the thickness of the coating on products whose shape and dimensions do not allow them to be placed in a radial slot.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит два ферритовых кольца 1, соприкасающиес  друг с другом по образующей со щелевыми прорез ми 2 и 3. возбуждающую обмотку 4. расположенную в месте соприкосновени  колец, измерительные обмотки 5 и 6, встречно включенные , немагнитные электропровод щие пластины 7, расположенные в щелевых прорез х, и диэлектрическое основание 8, установленное со стороны одной из щелевых прорезей своей поверхностью параллельно плоскости раздела ферритовых колец.The device contains two ferrite rings 1 that are in contact with each other along a generatrix with slotted slots 2 and 3. an exciting coil 4. located in the place of contact of the rings, measuring windings 5 and 6, counterclosed, non-magnetic electrically conductive plates 7 located in the slotted slots x, and a dielectric base 8 mounted on the side of one of the slotted slots with its surface parallel to the interface of the ferrite rings.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

К возбуждающей обмотке 4 подводитс  питающее напр жение (1-10) В с частотой 1-15 МГц. В измерительных обмотках 5 и 6 наводитс  ЭДС. При отсутствии измер емого образца выходное напр жение равно нулю , так как измерительные обмотки 5 и 6 включены встречно, и при этом происходит выпучивание электромагнитного пол  одинаков из обоих щелевых прорезей с элект00A supply voltage (1-10) V with a frequency of 1-15 MHz is supplied to the exciting winding 4. EMF is induced in the measurement windings 5 and 6. In the absence of the sample to be measured, the output voltage is zero, since the measuring windings 5 and 6 are turned on in the opposite direction, and in this case the electromagnetic field is buckled the same of both slotted slots with electric

соwith

СП ОSP O

со with

СОWith

ропровод щими пластинами ввиду одинаковости щелей и пластин,и следовательно, одинаковых магнитных сопротивлений. При наличии измер емого образца с провод щим покрытием между диэлектрическим основанием 8 и торцом провод щей пластины 7 измен етс  магнитное сопротивление системы , и выпучивание электромагнитного пол  из щелевых прорезей 2 и 3 становитс  несимметричным, ввиду чего в измерительных катушках 5 и 6 наводитс  ЭДС различной величины .и по вл етс  выходной сигнал.conductive plates due to the same cracks and plates, and therefore the same magnetic resistances. In the presence of a measured sample with a conductive coating between the dielectric base 8 and the end face of the conductive plate 7, the magnetic resistance of the system changes and the electromagnetic field buckling from the slotted slots 2 and 3 becomes asymmetric, which is why EMFs of different sizes are induced in the measuring coils 5 and 6 .and the output signal appears.

Толщина провод щих пластин h должна превышать величину глубины проникновени  д электромагнитных колебаний используемой частоты в материал пластин, котора  рассчитываетс  по известной формулеThe thickness of the conductive plates h must exceed the value of the penetration depth d of electromagnetic oscillations of the frequency used in the material of the plates, which is calculated by the known formula

6 6

ш/иа оw / o

где о)- кругова  частота тока возбуждени ; fia - абсолютна  магнитна  проницаемость материала пластин; о- его удельна  электропроводность , с целью достижени  наибольшей концентрации (наибольшего выпучивани ) электромагнитного пол  за пределами щелевых прорезей 2 и 3, а следовательно - дл  обеспечени  наибольшей чувствительности прибора. Электромагнитное поле в толще провод щего материала затухает по экспоненте. Расчеты показывают , что, например, при частоте тока возбуждени  10 М.Гц-на глубине материала h 1б электромагнитное поле затухает до 37%, при h 2 д до 13,7%, а при h - 3 д до 5%. Это значит, что при толщине пластин h д более 37% линий магнитной напр женности будет проникать через провод щую пластину, напр женность пол  за пределами щелевых прорезей будет резко уменьшена, снижа  чувствительность прибора, что приведет к невозможности замера покрытий в дес тые доли мкм. Дл  повышени  чувствительности имеет смысл увеличивать толщину пластин. Так, например, при h 5 д только 0,7% силовых линий проникает через пластину, а 99,3% силовых линий выпучиваетс  из щелевой прорези, повыша  чувствительность устройства. В этом случае по вл етс  возможность измерени  покрытий в сотые доли мкм (как показал эксперимент).where o) is the circular frequency of the excitation current; fia — absolute magnetic permeability of the plate material; its electrical conductivity, in order to achieve the highest concentration (greatest buckling) of the electromagnetic field outside the slots 2 and 3, and therefore to provide the highest sensitivity of the device. The electromagnetic field in the bulk of the conductive material decays exponentially. Calculations show that, for example, at an excitation current frequency of 10 MHz-at a material depth h 1b, the electromagnetic field decays to 37%, at h 2 d to 13.7%, and at h - 3 d to 5%. This means that when the plate thickness h d is more than 37% of the lines of magnetic tension will penetrate through the conductive plate, the field strength outside the slotted slots will be sharply reduced, reducing the sensitivity of the device, which will lead to the impossibility of measuring coatings in tenths of microns. To increase sensitivity, it makes sense to increase the thickness of the plates. Thus, for example, at h 5 d, only 0.7% of the lines of force penetrate the plate, and 99.3% of the lines of force protrude from the slot, increasing the sensitivity of the device. In this case, it becomes possible to measure coatings in hundredths of a micron (as experiment has shown).

Необходимость применени  выступающих пластин из щелевых прорезей по бокам и с внутренней стороны ферритовых колец также диктуетс  необходимостью концентрации пол  со стороны диэлектрического основани .The need to use protruding plates of slotted slots on the sides and on the inside of the ferrite rings is also dictated by the need to concentrate the floor on the side of the dielectric base.

Использование изобретени  позволитUsing the invention will allow

производить измерение толщин токопровод щих покрытий на образцах, размеры и форма, которых не позволила бы разместить их в щелевой прорези при использовании известного устройства.to measure the thickness of the conductive coatings on the samples, sizes and shape that would not allow them to be placed in the slotted slot when using the known device.

Claims (1)

Формула изобретени The claims Устройство дл  измерени  толщины то- копровод щих покрытий на диэлектрической подложке, содержащее трехобмоточ- ный вихретоковый преобразователь с ферритовым сердечником, выполненный в виде двух высокочастотных ферритовых колец с радиальными прорез ми, соприкасающихс  по образующей °и имеющих обмотку возбуждени , намотанную на оба кольца вA device for measuring the thickness of conductive coatings on a dielectric substrate, containing a three-winding eddy current transducer with a ferrite core, made in the form of two high-frequency ferrite rings with radial slots in contact ° and having an excitation winding wound on both rings in месте их соприкосновени , и две измерительные обмотки, включенные встречно и намотанные на ферритовые кольца, высокочастотный генератор, соединенный выходом с обмоткой возбуждени , и блокthe place of their contact, and two measuring windings included in the opposite direction and wound on ferrite rings, a high-frequency generator connected by the output to the excitation winding, and the unit обработки, о т л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью расширени  области использовани  за счет измерени  толщины покрыти  на издели х, форма и размеры которых не позвол ют разместить их в радиальной прорези , оно снабжено диэлектрическим основанием, установленным со стороны одной из радиальных прорезей так, что его поверхность параллельна плоскости раздела ферритовых колец, двум  немагнитнымиprocessing, it is noteworthy that, in order to expand the scope of use by measuring the thickness of the coating on products whose shape and dimensions do not allow them to be placed in a radial slot, it is equipped with a dielectric base installed from one of the radial slots so that its surface is parallel to the interface of the ferrite rings, two non-magnetic токопровод щими пластинами, идентично установленными в диаметральных сечени х каждого из колец в одной плоскости, перпендикул рной торцам, колец, один конец каждой из пластин размещен в прорези, аconductive plates identically installed in the diametrical sections of each of the rings in one plane perpendicular to the ends of the rings, one end of each of the plates is placed in the slot, and другой обращен к обмотке возбуждени , ширина пластины превышает толщину каждого из колец и выступает с каждой стороны за плоскость его торцов, а толщина пластины превышает глубину проникновени  электромагнитных колебаний выбранной частоты в материал пластины.the other is directed to the field winding, the width of the plate exceeds the thickness of each of the rings and protrudes on each side beyond the plane of its ends, and the thickness of the plate exceeds the penetration depth of electromagnetic waves of a selected frequency into the plate material.