Накладной емкостный датчик для контроля толщины полимерных пленок

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Республик >953445 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 10. 10. 80 (21) 2990777/25-28 с присоединением заявки РЙ (23) П риоритет

Опубликовано 23 ° 08 ° 82 ° Бюллетень № 31 (5I)M. Кл.

G 01 8 7/08

3ЬеуАаретеккныИ KoNNTIT

СССР де делам наееретеикв н открытий (53) УДК621 ° 317.

° 39: 531. 71 (088. 8) Дата опубликования описания 25. 08.82 (72) Авторы изобретения

Ю.А. Скрипник, .Н. М. Свиридов, Б. А. M eаaнови L И, Свиридов

I л

Э 1

1,, Киевский технологический институт Легкой..npoeышлeннoсти

1 (71) Заявитель (54) НАКЛАДНОЙ ЕИКОСТНОЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ТОЛЩИНЫ ПОЛИИЕРНЫХ ПЛЕНОК

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для койтроля толщины полимерных пленок в процессе их производства.

Известен накладной измерительный конденсатор, состоящий из "диэлектрической подложки с закрепленными в одной плоскости электродами. Низкопотенциальный электрод этого конденсатора выполнен в виде замкнутого тб контура, окружающего высокопотенциальный электрод. 31).

Недостатком этого датчика являются существенные погрешности измерения, обусловленные температурными

: изменениями геометрических размеров и диэлектрических свойств подложки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является нак-. ладной. емкостной датчик для контро- 2о ля толщины полимерных пленок, содержащий измерительный и эталонный конденсаторы и диэлектрическую прокладку, на противоположных рабочих повер

2 хностях которой нанесены электроды этих конденсаторов. Рабочие поверхности прокладки и электродов датчи-, ка выполнены плоскими. Большая степень пространственной и конструктив- . ной идентичности измерительного и эталонного конденсаторов датчика позволяет существенно уменьшить погрешности измерения, связанные с дрейфом геометрических размеров элек" тродов и диэлектрических свойств подложки при изменении температуры(2 .

Недостатками известного датчика являются зависимость погрешности измерения от степени прижатия контролируемой пленки к рабочей поверхности датчика и погрешность измерения, обусловленная внешним воздействием на рабочую поверхность датчика (засорение межэлектродной.поверхности, коррозия электродов, возможность короткого замыкания электродов и т.д.) .

3 95344

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что р, накладном емкостном датчике, содержащем измерительный и эталонный конденсаторы и диэлектрическую прокладку, на противоположных рабочих поверхностях которой нанесены электроды этих конденсаторов, рабочие поверхности диэлек" щ трической прокладки и электродов покрыты стойким к истиранию диэлек трическим слоем и выполнены выпуклыми с радиусом кривизны, выбранным из соотношения — "-0

Я а

35 где R - радиус кривизны рабочих поверхностей;

d - -диаметр окружности конденсатора; о а = const;

1 а = 3-5 - для полимерных пленок, жесткость. которых находится в пределах

5-10 - 1,2 10 З нм; а = 5-7 - для полимерных пленок, жесткость которых больше.

1,2.10 > нм;

Кроме то о, диэлектрический слой может быть выполнен из плавленного кварца.

На фиг. 1 изображен накладной емкостной датчик для контроля толщины полимерных пленок, фронтальный разрез; на фиг. 2 — датчик со стороны з5 рабочей поверхности.

Накладной емкостной датчик состоит из измерительного конденсатора

1 и эталонного конденсатора 2, имеющих низкопотенциальные электроды 3 и 4 и высокопотенциальные электроды

5 и 6. Конденсаторы размещены с разных сторон диэлектрической прокладки 7, выполненной из материала с большим коэффициентом теплопровод- м .ности. Поверхность датчика защищена диэлектрическим слоем 8, стойким к истиранию.

Рабочие поверхности диэлектрической прокладки, следовательно и электродов 3-6, конденсаторов 1 и 2, - нанесенных, например напылением на противоположных рабочих поверхностях прокладки, выполнены выпуклыми (сферическими или цилиндрическими) с оди- 5 иаковым радиусом кривизны.

Низко- и высокопотенциальные электроды 3-6 конденсаторов и 2 с, целью исключения влияния на результат измерения анизотропных свойств контролируемой пленки могут быть выполнены в виде концентрических компланарных колец (фиг. 2). Количество электродов, геометрические размеры и расстояние между ними определяются предполагаемой толщиной контролируемой пленки.

Радиус кривизны рабочей поверхности емкостного датчика выбирается в соответствии с прочиостными характеристиками контролируемого мате-, риала, а также с учетом геометрических размеров конденсаторов. С достаточной степенью достоверности он может быть определен из соотноЯ шения =О,, где R — радиус кривизны рабочих поверхностей; d - диаметр окружности конденсатора; а = const! а = 3-5 — для полимерных пленок, .жесткость которых находится в пределах

10 -1,2.10 З нм; а = 5-7 - для полимерных пленок, жесткость которых больше 1,2 10 нм.

Выполнение рабочих поверхностей датчика выпуклыми исключает появлеwe воздушного зазора между ним и контролируемой полимерной пленкой при изменении силы прижатия между ними.

Благодаря покрытию электродов

3-6 и межэлектродных промежутков стойким к истиранию диэлектрическим слоем 8 (например кварцем) пре.дотвращается засорение датчика и коррозия электродов, а также исключается воэможность короткого замыкания электродов датчика. Толщина защитного диэлектрического слоя 8 может быть различной (от 1 мкм до

1000 мкм) и определяется твердостью, электропроводностью и толщиной конт- ролируемой пленки, а также степенью выпучивания электрического поля (краевого эффекта) между электродами датчика.

Накладной емкостной датчик работает следующим образом.

Полимерная пленка, толщина которой контролируется в процессе изготовления, накладывается на рабочую поверхность измерительного конденсатора !. При ее перемещении изменяется суммарная емкость конденсатора

5 95

1, пропорциональная усредненному по,. площади касания значению толщины пленки. Так как емкость эталонного конденсатора 2, идентичного измерительному конденсатору 1, при этом остается неизменной, то сравнение значений емкостей конденсаторов 1 и

2 позволяет исключить влияние на результаты измерения дестабилизирующих факторов, таких, как температура и влажность окружающей среды, существенно влияющих на геометрические размеры электродов 3-6 и диэлектрические свойства подложки 7.

Выполнение рабочих поверхностей конденсаторов выпуклыми обеспечивает прилегание полимерной пленки по всей контролируемой поверхности без зазора, что обуславливает высокую г точность измерения ее толщины, а нанесение на рабочую поверхность стойкого к истиранию диэлектрического слоя, например слоя плавленного кварца, обеспечивает отсутствие микрочастиц материала контролируемой пленки и пыли в межэлектродном пространстве, препятствует прохождению сквозного тока проводимости между электродами, исключает возможность замыкания электродов датчика, а также предотвращает их коррозию, что также повышает точность измерения.

Формула. изобретения

Накладной емкостной датчик для контроля толщины полимерных .пленок, содержащий измерительный и эталон3445 6 ный конденсаторы и диэлектрическую прокладку, на противоположных рабочих поверхностях которой нанесены электроды этих конденсаторов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повешения точности измерения, рабочие поверхности диэлектрической прокладки и электродов покрыты стойким к истиранию диэлектрическим слоем

10. и выполнены выпуклыми с радиусом кри" -.. °

- ° к визны, выбранным из соотношения †=, t где R - -радиус кривизны рабочих пб верхностей;

15 d - диаметр окружности конденсатора; а = coflst а = 3-5 - для полимерных пленок, жесткость которых находится в пределах 5 ° 10 9-1,2 ° 10" нм; а = 5-7 " для полимерных пленок, жесткость которых боль" ше 1,2 10" 3 нм.

2. Датчик по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что диэлектрический слой выполнен из плавленного кварца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. Авторское свидетельство СССР

N 245206, кл. G 01 В 7/06, 1968.

2. Скрипник Ю.А. Свиридов Н.И.

Бурмистенкоэ, А.П. и Свиридов А.И.

-Измерение толщины диэлектрических материалов. "Известия. вузов", "Технология легкой промышленности", 1980

N 5, с. 106-109 (прототип).

Фиг.2

Составитель Т. Матюхина

Редактор В. Иванова Техред . Мигунова Корректор О. Билак

Заказ 2 О 7 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,