Способ контроля тонких диэлектрических материалов по толщине

 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может найти применение в контроле физических параметров материала по глубине« Цель изобретения - повышение точности измерения границ залегания неоднородностей, дефектов, а также границ раздела слоев. Сущность изобретения заключается в том, что с двух сторон поверхности материала напротив друг друга в одном направлении располагаются два идентичньк накладных измерительных конденсатора. Регулируя соотношение амплитуд напряжений на высокопотенциальных элек-- тродах, сохраняя алгебраическую сумму напряжений неизменной, регулируют глубину контроля каждого конденсатора о 3 ЯП о (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 27 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4218335/31-25 (22) 27.03.87 (46) 15.10.88. Бюл. Р 38 (71) Витебский технологический институт легкой промьппленности (72) А.А.Джежора, В.Л.Шушкевич и В.В.Щербаков (53) 543.95 (088.8) (56) Матис И.Г. Электроемкостные преобразователи для неразрушающего контроля. Рига: Зинатне, 1982, с.62, Авторское свидетельство СССР

У 1165967, кл G 01 N 27/22, 1985. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПО ТОЛЩИНЕ (57) Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может най„„SU„„1430859 A 1 ти применение в контроле физических параметров материала по глубине.

Цель изобретения — повышение точности измерения .границ залегания неоднородностей, дефектов, а также границ раздела слоев. Сущность изобретения заключается в том, что с двух сторон поверхности материала напротив друг друга в одном направлении располагаются два идентичных накладных измерительных конденсатора, Регулируя соотношение амплитуд напряжений на высокопотенциальных элек-. тродах, сохраняя алгебраическую сумму напряжений неизменной, регулируют глубину контроля каждого конденса- ® тора. 3 ил.

1э30859

И эобретение относится к но этапному контролю физических параметров, а именно к неразрушлющему контролю диэлектрич еских KBp;Ll

Цель изобретения — повышение точности измерения границы разцела каждого слоя и более точное определение физических параметров, каждого слоя путем плавно регулируемой гчубины контроля и исключения из измерений областей предыдущих слоев.

Способ контроля тонких диэлектрических материалов по толщине заключается в том, что низкопотенциальные и высокопотенциальные электроды устанавливают на исследуемом объекте, подают напряжение одинаковьГх частоты и фазы на два высокопотенциальных электрода. Второй высокопотенциальный электрод, идентичный первому, располагают с противоположной стороны поверхности материала напротив первого высокопотеHLJILBJIb ного электрода. Дополнительный низкопотенциальный электрод, идентичный первому, располагают напротив низкопотенциального электрода также с противоположной стороГ:ы поверхности материала, плавно регулируют соотношение напряжений на высокопотенциальных электродах, сохраняя алгебраическую сумму напряжений на высокопотенциальных электродах постоянной.

По соотношению амплитуд напряжений на первом и втором высокопотенциальных электродах судят о глубине контроля структуры диэлектрического материала, а по изменению емкостей между высоконотенциальными и низкопотенциальными электродами судят об. изменении физических параметров по глубине.

На фиг,.1 изображено пространственное распределение электрических полей в слое исследуемого материала, . помещенного в емкостный датчик, реализующий данный способ; на фиг.2 и фиг.3 — графики зависимостей емкостей электродов от значения напряжений на высокопотенциальных электродах.

Емкостный датчик содержит два одинаковых высокопотенциальных электрода 1 и 2, размещенных с двух сторон поверхности материала 3 один

НаПРОТИВ ДРУГОГО II ДНЛ О1ГННЛКон! I. ;. низкопотенцилльных электрода 4, 5, также размещенных с двух сторон поверхности материала 3 один паГИнэтнв другого. При таком расГГоложсшн электродов создаются два электрических поля. Силовые линии первого электрического поля замыкаются нл первый высокопотенциальный электрод 1 и низкопотенциальный электрод 5, которые образуют емкость С, . Силовые линии второго электрического поля замыкаются на второй BblcoKQIIQ Tpll! tèàëüный 2 и низкопотенциальный 4 электроды, образующие емкость С „ . Границей раздела двух полей в силу симметрии расположения электродов относительно поверхности исследуемого материала будет линия 00, которая для нашего способа будет практически прямой и находится на расстоянии d„ от плоскости первого высокопотенциального электрода и d от плоскости второго высокопотенциального электрода. Если сумма напряжений на высокопотенциальных электродах 1 и 2 будет оставаться неизменной (V,+Ч =сопз ), то при регулировании напряжений на электродах 1 и 2 будет происходить перераспределение полей, причем линия 00 будет плавно смещаться в сторону элеКтрода с меньшим потенциалом, а отношение глубины контроля при этом будет определяться соотношением напряжений на электродах 1 и 2.

Для определения рабочей области, т.е, пределов изменения напряжения нл электродах 1 и 2, следует учесть, что при плавном уменьшении соотношения V /V наступит момент, когда граница раздела полей совпадет с плоскостью, в которой лежат верхние электроды, и часть силовых линий замкнется на верхнем электроде. В результате емкость нижней пары электродов С| уменьшится и на граФике зависимости емкостей C(V) появится точка поворота А (фиг.2). Таким же образом можно определить нижнюю точку поворота В, в которой произойдет совпадение границы раздела ночей с плоскостью нижней пары электродов

1-5. Так как электроды идентичны, то эти точки будут симметричны отноV! +7 э сительно точки V „= V

Для определения границ залегания неоднородности или границы рл эдела

1430859 слоев необходимо рассмотреть зависимости изменения емкостей нижней и

45

d Чо и 1. 1где Vo — граничные значения напряжении;

V = 21В, видно что глубина контроля лежит на расстоянии 39 мм от поверхности перверхней пар электродов от соотношения напряжений на электродах. Точ5 кам графиков, в которых будет проис- ходить изменение скорости изменения емкостей двух пар электродов, будет соответствовать граница раздела сред или граница неоднородности. 10

Рассмотрим пример контроля двухслойной среды из оргстекла и гетинакса.

Толщина гетинакса d = 3,9 мм, толщина оргстекла d = 2,2 мм..Гетинакс прилегает к электродам 1-5, а оргстекло — к электродам 2-4. При плавном уменьшении соотношения V /V происходит смещение границы контроля от нижней пары электродов к верхней.

Из графиков зависимости C(V) фиг.3 видно, что емкость нижней пары электродов С плавно увеличивается, затем в точке D происходит изменение сКор0сТН роста емкости С 1-5 что 25 соответствует тому, что в область контроля нижней пары электродов попал слой оргстекла. При увеличении соотношения V /V„ ïðîèñõîäèò смещение границы раздела в обратном направлении от верхней пары электродов к нижней. Емкость пары электродов

С 4 плавно возрастает, затем в точке D происходит изменение скорости роста емкости С. и граница контро с 4

35 ля переходит из оргстекла в гетинакс. Очевидно, что граница раздела двух сред будет соответствовать двум точкам D и D и одному и тому же соотношению V /V,. Из графиков (фиг.3) находим, что скачкам скорост» изменения емкости соответствует одно и то же соотношение V /V = 39/31.

Так как для данного случая рабочей областью регулирования напряжений является область 21В U и V< (49в, то граница раздела оргстекла и гетинакса будет определяться соотношением (V, -21) /(Vg- 21) =(39-21(/(31- .

-21)=18/10 = 1,d.

Из сравнения соотношений: вой пары электродов 1-5 и является границей раздала гетинакса и оргстек ла. По изменению емкостей С, и С,, можно определить диэлектричсскую проницаемость гетинакса E 8,2 и оргстекла Е = 3,5.

Измеряя емкости между высокопотенциальными и низкопотенциальными электродами в процессе изменения напряжений на высокопотенциальных электродах и зная рабочую область изменения .этих напряжений, можно

d7 V1 Vî из соотношения — — = — — — — onped2 V2- Vо делить глубину контроля материала, а анализируя изменение скорости изменения емкостей, можно определять изменение диэлектрических свойств

C контролируемого материала по глубине.Ф о.р м у л а и з:о б р е т е н и.я

Способ контроля тонких диэлектрических материалов по толщине, заключающийся в том, что устанавливают на исследуемом объекте низкопотенциальные и высокопотенциальные электроды, подают напряжение одинаковой частоты и фазы на два высокопотенциальных электрода, изменяют амплитуду напряжения между высокопотенциальными электродами, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения границы раздела каждого слоя и более-точного определения физнческих параметров каждого слоя путем создания регулируемой глубины контроля, располагают второй высокопотенциальный электрод, идентичный первому, с противоположной стороны поверхности материала напротив первого высокопотенциального электрода, дополнительный. низко-. потенциальный .электрод, идентичный первому низкопотенциальному электроду, располагают напротив низкопотенциального электрода также с противоположной стороны поверхности материала, регулируют плавно соотношение напряжений на высокопотенциальных электродах, сохраняя алгебраическую сумму напряжений на высокопотенциальных электродах постоянной, и по соотношению амплитуд напряжений на первом и втором высокопотенциальных электродах Судят о

1430859 6 и низкопотенциальными электродами судят об изменениии физических параметров по глубине. глубине контроля структуры диэлектрического материала, а по изменению емкостей между высокопотенциальными

60 б, 55

V2ie

1 4 3()8 5о

c(v) бО

55

v,(8) Составитель В.Екаев

Техред М.Моргентал Корректор .И.Муска

Редактор А.Маковская

Заказ 5337/46 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4