Höchste Präzision in kurzer Taktzeit

Abstract

Heutzutage sind Dünnschicht‐Dehnungsmessstreifen z. B. für den Einsatz in hoch präzisen Drucksensoren weit verbreitet. Spezielle hochempfindliche piezoresistive Nanokomposit‐Schichten, die aus metallischen Nanopartikeln, eingebettet in eine isolierende Matrix aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC), bestehen, können die Messgenauigkeit deutlich erhöhen. Wesentliche Parameter bei der Charakterisierung der Dünnschichten sind die Dehnungsempfindlichkeit (beschrieben durch den k‐Faktor) und der Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR). Der k‐Faktor von herkömmlich verwendeten NiCr‐Legierungen liegt bei ca. 2. Metall‐DLC‐NanokompositSchichten haben im Labormaßstab bereits eine 5‐ bis 10‐mal höhere Dehnungsempfindlichkeit in Kombination mit einem TCR nahe Null erreicht. Zunächst wurden die hochempfindlichen Schichten mittels statischer Beschichtung in einem Box‐Coater hergestellt, wobei sehr lange Prozesszeiten nötig waren. Durch die Verwendung eines dynamischen Prozesses in dem gleichen Beschichtungssystem konnte der Probendurchsatz leicht erhöht werden. Für den Einsatz dieser hochempfindlichen Schichten im industriellen Maßstab ist allerdings eine wesentlich höhere Effizienz erforderlich, weshalb der Prozess auf eine industrielle Kurztakt‐Hochrate‐Sputter‐Anlage übertragen wurde. Zusammen mit einer Steigerung der Dehnungsempfindlichkeit gegenüber dem dynamischen Prozess im Box‐Coater konnte in dieser neuen Sputter‐Anlage ein mehr als 20‐mal höherer Probendurchsatz erreicht werden.

Development, Characterisation and High-Temperature Suitability of Thin-Film Strain Gauges Directly Deposited with a New Sputter Coating System

“…The most common sensor materials are Constantan (CuNiMn 53-57/43-45/0.5-1.2) and NiCr [2]. Directly deposited strain gauges are manufactured in commercial vacuum coating systems [8,12]. Such systems feature a vacuum chamber of limited size resulting in restrictions concerning the maximum dimensions of the coatable components.…”