Elektrische und elektronische Komponenten und Geräte müssen in ihren Gehäusen elektromagnetisch abgeschirmt arbeiten. Aus diesem Grund werden Kunststoffgehäuse im Innem mit einer metallischen Schicht, meistens aus Aluminium oder Kupfer, verkleidet, die in der Regel im Vakuum aufgedampft wird.
Lothar Sachsse, Alfaplast GmbH Nürnberg
Die Stärke dieser Schicht ist je nach Anforderung für diesen Abschirmzweck unterschiedlich stark. Im Rahmen einer Freigabeprüfung, z.B. einer CEPrüfung, wird die optimale Schichtstärke für die schützende Abschirmwirkung einer vorgesehenen Metallschicht auf einem Plastikgehäuse ermittelt und damit festgelegt zur Erfüllung dieser Bedingungen. Beim äußerlichen Betrachten der Schicht ist die unterschiedliche Stärke dieser meist glänzenden Metallschichten nicht so einfach erkennbar. Dem Entwickler der Geräte und dem Hersteller für metallisierte Plastikgehäuse sollte die gleiche Möglichkeit für den Vergleich der aufgebrachten Schichtstärken anhand gegeben werden und darüber hinaus natürlich auch der Kontrolle im Wareneingang sowie der Qualitätskontrolle für das Endprodukt, damit alle zuständigen Stellen „die gleiche Sprache“ sprechen. Diese bei der Freigabe festgelegte Schichtstärke sollte dann bei der Serienlieferung eingehalten werden. Das Prüfmittel muß handlich, leicht zu bedienen und schnell aussagekräftig sein. Ohne Kontroll- und Prüfungprotokoll wären spätere Regreßansprüche nicht wirksam abzuwehren.
Herkömmliche Methoden
Im Falle eines Streites war es bisher die beste Methode, mit dem Meßmikroskop anhand eines präzisen Schnittes durch das Plastikteil und die aufgetragene Schicht, die Schichtstärke optisch zu messen. Das Plastikteil vom Gerät oder das Substrat wird dabei natürlich zerstört, aber das Meßergebnis ist nicht anzuzweifeln.
Es kann aber auch mittels Widerstandsmeßgerät der Flächenwiderstand der aufgebrachten Metallschicht vergleichend gemessen und daraus ein Rückschluß auf die Stärke der Schicht gezogen werden. Ungenauigkeiten ergeben sich dabei trotz vergoldeter Prüfstifte, weil bei dem wunschgemäß sehr kleinen Flächenwiderstand der aufgebrachten Metallschicht unterschiedliche Kontaktwiderstände, z.B. infolge rauher Oberfläche des beschichteten Teiles und damit unterschiedlicher Kontaktübergangsflächen, eine störende Rolle spielen. Beim Aufdampfen von Metallschichten, z.B. mit Aluminium oder Kupfer, ist es jedoch üblich, daß die Oxydation der Metallschicht an der Atmosphäre durch eine im gleichen Vakuumprozeß aufgedampfte SiO-Schicht verhindert wird. Diese SiO-Schicht ist nichtleitend und behindert eine Widerstandsmessung und damit auch diese Methode der Schichtstärkebestimmung.
Bei einem solchen Vakuumaufdampfprozeß wird eine ähnliche Schutzschicht auch in der nachgeschalteten Plasmaphase als SiOx-Schicht im gleichen Arbeitsgang aufgetragen. Diese Schutzschicht ist mit ihrem unterschiedlichen Widerstandswert bedingt leitend und kann deshalb bei der Bestimmung des Flächenwiderstandes zur Berechnung der Schichtdicke nur mit Vorsicht genutzt werden.
Oft werden aufgebrachte Metallschichten durch meist farblos transparente, dünne Lackschichten vor der Oxydation geschützt. Diese Lackschichten sind nichtleitend und damit für die Bestimmung des Flächenwiderstandes, somit für die Berechnung der Schichtstärke von dünnen Metallschichten auf Plastik hinderlich.
Eine sehr genaue und sichere Methode der Bestimmung von dünnen Metallschichten auf einem nichtleitendem Substrat ist das Messen mit großen X-Ray-Geräten. Der große Kapitaleinsatz für ein solches Gerät einerseits und dessen Volumen andererseits sind ein Hinderungsgrund.
Bessere Problemlösung
Allein der ständig ansteigende Bedarf von Plastikgehäusen mit metallischer Abschirmschicht bei Mobiltelefonen, bei denen die oftmals vermutete Gefahr von Strahlungsschäden bei den Benutzern Unruhe erzeugt und deshalb ganz sicher verhindert werden soll, macht eine Liefergarantie für die festgelegte Schichtstärke erforderlich.
Doch eine Liefergarantie ohne rationelle und sichere Kontrolle vor Ort, beim Produzenten, im Wareneingang, in der Endkontrolle ist nicht vorstellbar. Wie einfach soll der Vertrieb beim Kunden beweisen, daß die zu Billigstpreisen angebotenen Gehäuse nicht den vorgeschriebenen Bedingungen mit einer festgelegten Metallschichtstärke entsprechen?
Das Schichtdicken-Vergleichs-Meßgerät ALFA 101 erfüllt alle Forderungen für diesen Zweck. Mit seiner Länge von nur 180mm einschließlich Prüfstift und dem handlichen Querschnitt von 65 x 22 mm wiegt es nur 160g incl. Batterie. Im Augenblick des satten Aufliegens der Prüfstift-Meßfläche mit 9mm Durchmesser auf der Metallschicht zeigt das Display den gemessenen Wert an. Das Gerät arbeitet nach der bekannten „Lenzschen Regel“: „Der komplexe Scheinwiderstand einer Spule ändert sich durch den Einfluß einer leitenden Schicht in Spulennähe“. Die im Stift-ende eingebaute, mit Hochfrequenz beschickte Spule liefert eine durch die Schichtdickenwerte induzierte Spannung, die über einen Mikroprozessor in korrespondierende, der Metallzusammensetzung entsprechende Schichtdickenwerte in einem Speicher abgelegt werden. Im Display werden diese Werte, die mit der Abschirmwirkung einer Folie dieser Dicke aus der gleichen Metallzusammensetzung korrespondieren, angezeigt.
Zu wenig wurde bisher beachtet, daß unterschiedliche Stärken der metallischen Abschirmschicht in den Gehäusen von mit höheren Frequenzen betriebenen Geräten ganz unterschiedliche Abschirmwirkungen erzielen. Die bisher zur Verfügung stehenden Geräte waren auch nicht geeignet, ein schnelles und rationelles Überprüfen zu ermöglichen. Die Kontrollarbeitsgänge sollen durch dieses hier beschriebene Schichtdicken-Vergleichs-Meßgerät wesentlich erleichtert und verkürzt werden.
Literatur:
Dr. rer. nat. habil Diethard Herrmann, Schichtdickenmessung, 1993, Oldenburg Verlag, München.
Weitere Informationen A QE 501
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