普雷茨特 Enovasense 激光光热传感器可对任何类型的涂层和基材材料进行精确而稳定的厚度测量 – 扩散涂层或反射涂层、平面涂层或曲面涂层、粗糙涂层或抛光涂层 – 以及任何表面,例如镜面、未加工金属面、陶瓷或粘合剂表面。可测量的厚度范围从纳米到毫米,且多年来保持亚微米级测量稳定性。
ENOVASENSE传感器,以其广泛的适用性,精准地测量着各类涂层与基材材料的厚度,在诸多行业中赢得了卓越的应用成效。您可在下述介绍中进行了解。
在电池的各个组成部件中,电池电极薄膜的质量对于成品的安全和品质至关重要。其需要保持附着力强、导电性好、电阻小等特点,因此薄膜上的沉积材料的厚度和密度等需要密切监控。
图:电池电极薄膜沉积图
Enovasense 公司开发了一种创新的激光技术,可实现上述薄膜质量的实时在线测量,同时在加工过程中的湿性环境下以及固化后均可实现。
由于 Enovasense 是非破坏性测量,只需要在生产线的一端有传感器即可实现全程监测。同时,激光光热测量技术对于探头和零件之间的距离依赖性低,可直接实现薄膜顶层厚度的测量,而无需基于距离进行测算和调整,更无需耗费昂贵的机械定位装备及反复的人工调整。
在燃料电池和电解槽行业,双极板上覆盖着各种涂层,例如用于将氢转化为电流或用于制氢的涂层。这些涂层可实现电极传导(如银或镍)、电催化剂功能(如铂或碳)、耐腐蚀(如铬或钛)、密封、防水或降低接触电阻等关键功能。控制燃料电池双极板上涂层的厚度对于实现均匀性、优化电化学性能、管理气体或水的分布、最大限度地减少接触电阻以及确保生产一致性至关重要。它直接影响到燃料电池系统的功能、效率和可靠性。
因此,快速、精确和无损地测量沉积在燃料电池和电解槽双极板上的涂层至关重要。对于现有的传感器技术而言,这仍然是一项具有挑战性的任务。Precitec Enovasense 激光光热传感器为此提供了突破性技术。
Precitec Enovasense 传感器技术能够以出色的精度测量燃料电池涂层。在典型的 10 μm 厚涂层上,可获得低至 0.1 μm 的有效值重复性水平。
使用 0.3 mm 的小激光光斑即可测量沉积在燃料电池流场中的碳基层,这只是众多示例中的一个。对电解燃料电池上 10-200 μm 厚的防腐层和导电镍金属化层的测量也得到了验证。此外,该技术还能测量涂在双极板边缘的密封带。
传感器头尺寸超小,重量轻(仅 150 g),距离(±10 mm)和角度( ± 50°)公差大,不受部件几何形状、振动和温度的影响,因此可以轻松集成到生产流程中。测量数据会自动存储和存档,并实时传输到生产线控制器。传感器还可嵌入全自动三轴 HKL 2 控制站,进行在线测量。该控制站中的预编程循环和定位算法可对流场等极小区域进行检测。此外,还可通过一个用于开发或工艺设置的简单界面,自动实现工件的完整映射。
在半导体工业中,晶圆的加工涉及大量的涂层。在操作中,如晶体管层的沉积、 掩膜、蚀刻、包装固化或成形,各种类型的有机或金属材料被沉积下来。
测试到这些层的厚度对于监测和优化每个过程都很重要。但是,基于光学技术的测量几乎不可能实现完全不透明或具有低透明度的涂层的测量,接触式测量又会对部件造成潜在损害,放射性技术可能涉及安全问题难以集成。
在半导体行业,Precitec Enovasense 可对各个工艺制程中的单层或多层不透明的薄膜厚度进行检测。
硬质涂层:
Enovasense 传感器特别适用于测量不透明层,如典型的硬掩膜,如 TiN 或 TaN。
此外,其还可实现低于 0.5% 无定形碳上的硬掩膜厚度的重复性。例如用于 3D-NAND 闪存工艺。
金属涂层:
在金属化工艺中,通过 PVD、CVD 或溅射工艺会涉及到大量金属或合金。Precitec Enovasense 可以测量大约 50 μm 的 Ag 和 Ni 层以及非常薄的 Cu 或 TiN 层,以及非常薄的约 50 nm 的 Cu 或 TiN 层。
沉积层
Precitec Enovasense 传感器还可以测量沉积在半导体元件后端的环氧树脂或聚合物包装涂层。此外,在测量这些不透明层的残余厚度时,还可以进行原位控制。
半导体和电介质层
Precitec Enovasense 还可以测量核心半导体和电介质层,如 SiC、氧化物、 SOI 层 – 并且可以测量到非常低的厚度水平。
2022 年 11 月,欧盟委员会通过了新的 Euro 7 标准,以减少在欧盟销售的新机动车的空气污染,实现欧洲绿色协议的零污染目标,同时保持消费者可负担的车辆,并促进欧洲的竞争力,并将在 2025 年全面实施。
其中,Euro 7 中对新车规定了严格的小颗粒 PM 10 排放水平。目前大多数车企中为了实现该目标,通用的做法之一是在制动盘轨道上增加一个更硬的涂层。首先对该硬质涂层进行高速激光熔覆,然后进行研磨操作。因此其厚度、稳定性和均匀性对于制动盘轨道的成品质量至关重要。由于该涂层与基础铸铁材料之间的相似度普遍较高,大多数情况下,不能使用两者之间的磁性或导电性差异技术进行分辨。出于同样的原因,X 射线荧光等辐射技术也不能将该层与基底材料区分开来。
图:制动盘轨道上需要额外加涂层
Enovasense 传感器技术能够以出色的精度水平测量整个轨道表面。在一个典型的 350 μm 厚的层上,可获得低至 1 μm 的有效值重复性水平。在与 Laserline(激光熔覆技术的领导者之一)合作进行的一项研究中,Precitec 能够对 4 个制动盘部分进行全厚度测绘,这些制动盘具有不同厚度的不锈钢 316 L 和铸铁基体上的钦碳化物。
图:4 个制动盘的成像图
由于其超紧凑的尺寸和低重量(低至 150 g),以及对零件曲率、振动或温度不敏感,该传感器头可以很容易地集成在生产过程中。测量数据被自动存储和归档:数据以实时通讯的方式流向生产线控制器。该传感器也可以嵌入全自动三轴控制站 HKL 2 中,用于在线测量。在这个控制站中,预先编程的周期可以在几秒钟内覆盖一个给定的制动盘上的许多测量点。