月: 2023年6月

Was ist ein Halbleiter-Belichtungssysteme?

Halbleiter-Belichtungssysteme werden bei der Halbleiterherstellung zur Abbildung von Schaltkreismustern auf Siliziumwafern verwendet. Leistungsstarkes ultraviolettes Licht wird durch eine Fotomaske geleitet, die als Prototyp für das Schaltkreismuster dient, und das Schaltkreismuster wird auf den mit Fotolack beschichteten Siliziumwafer übertragen. In den letzten Jahren haben einige Geräte einen Laser mit einer Wellenlänge von 13 nm, EUV genannt, verwendet, um feine Schaltkreismuster zu miniaturisieren. Diese Geräte sind teuer, da sie eine extrem hohe Präzision bei der Positionierung usw. erfordern.

Verwendungszwecke von Halbleiter-Belichtungssystemen

Halbleiter-Belichtungssysteme werden im Belichtungsprozess bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (ICs) eingesetzt, die Halbleiterelemente wie Metalloxid-Halbleiter (MOS)-FETs (Feldeffekttransistoren) enthalten.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen werden auf einem Silizium-Wafer nacheinander Photolithographie- und Ätzzyklen wiederholt, um Schichten (Lagen) aus Siliziumoxid und Metall in einem vorgegebenen Muster zu stapeln und zu bearbeiten, und dabei werden die für Halbleiterbauelemente erforderlichen Eigenschaften erzielt. Bei n-Typ-MOS (NMOS) beispielsweise wird ein n-Typ-MOS (n+-Typ) gebildet, indem auf einem p-Typ-Siliziumsubstrat ein Siliziumoxidfilm im Gate-Bereich und darauf ein Gate-Metall gebildet wird und in den Drain- und Source-Bereich hohe Konzentrationen von Verunreinigungen implantiert werden. Die einzelnen Schritte der Fotolithografie und des Ätzens in dieser Prozessreihe sind wie im Diagramm dargestellt organisiert (Filmabscheidungsprozess S1~Resist-Stripping-Prozess S6).
Der Belichtungsprozess (S3) wird mit Halbleiter-Belichtungssystemen durchgeführt. Je nach den Abmessungen des Schaltungsmusters und der Genauigkeit des Halbleiterbauelements werden Belichtungsanlagen mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet.

Prinzip der Halbleiter-Belichtungssysteme

Halbleiter-Belichtungssysteme bestehen aus einer Lichtquelle, einer Kondensorlinse, einer Fotomaske, einem Projektionsobjektiv und einem Tisch. Das von der Lichtquelle erzeugte ultraviolette Licht wird von der Kondensorlinse so eingestellt, dass es in dieselbe Richtung weist. Das ultraviolette Licht durchdringt dann eine Fotomaske, die als Prototyp für eine Schicht des Schaltungsmusters dient, und das Licht wird durch das Projektionsobjektiv reduziert, um das Schaltungsmuster (eine Schicht des Schaltungsmusters) des Halbleiterbauelements auf den Siliziumwafer zu übertragen. In Belichtungssystemen wie Steppern wird der Siliziumwafer nach Abschluss einer Übertragung durch den Tisch bewegt und dasselbe Schaltkreismuster auf eine andere Position auf dem Siliziumwafer übertragen. Durch Auswechseln der Fotomaske kann eine weitere Schicht des Schaltungsmusters des Halbleiterbauelements übertragen werden.

Als Lichtquellen werden KrF-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 248 nm, ArF-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 193 nm und EUV-Lichtquellen mit einer Wellenlänge von 13 nm eingesetzt.

Die Designregeln (Mindestabmessungen für die Bearbeitung) für die neuesten Halbleiterfertigungsprozesse wurden auf 3-5 nm herabgesetzt, so dass Kondensorlinsen, Fotomasken, Projektionslinsen und Tische allesamt eine hohe Präzision im Nanobereich erfordern. Außerdem wird bei der fortschreitenden Stapelung die Belichtung mehrmals durchgeführt, bevor ein einzelner Halbleiter durch Änderung des Schaltungsmusters hergestellt wird.

Marktgröße und Anteil der Halbleiter-Belichtungssysteme

Der weltweite Elektronikmarkt expandiert weiter, und die Halbleiterindustrie wird bei der Unterstützung dieser Expansion immer wichtiger. Der globale Halbleitermarkt verzeichnete 2019 ein negatives Wachstum, ist aber auch in der Vergangenheit trotz des Zusammenbruchs von Lehman Brothers weiter gewachsen. In den letzten Jahren hat sich die technologische Entwicklung bei Speichern von der Miniaturisierung hin zu 3D verändert, und die Ätztechnologie hat an Bedeutung gewonnen.

Die Marktgröße für Halbleiter-Belichtungssysteme betrug im Jahr 2018 1.852,2 Milliarden Yen.
Der Marktanteil nach Verbrauchsregion ist wie folgt: erstens Südkorea 36%, zweitens Taiwan 19%, drittens China 18%, viertens USA 14% und fünftens Japan 7%. Der Anteil der Halbleiter-Belichtungssysteme nach Herstellernationalität (2018) wird fast ausschließlich von Europa und Japan dominiert, mit Europa (84%), Japan (14%) und den USA (2%).

Über EUV-Lithografiesysteme

EUV-Lithografiesysteme (Extreme Ultraviolet) sind Halbleiter-Belichtungssysteme, die extrem kurzwelliges Licht verwenden, das als extremes Ultraviolett (EUV) bezeichnet wird. Sie ermöglichen die Bearbeitung feinerer Dimensionen, was bei herkömmlichen Belichtungssystemen mit ArF-Excimer-Laserlicht schwierig ist.

Die Miniaturisierung von Halbleitern schreitet gemäß dem Mooreschen Gesetz voran (integrierte Halbleiterschaltungen werden in drei Jahren viermal so hoch integriert und funktional). Die Entwicklung der Technologie der reduzierten Projektionsbelichtung, bekannt als Stepper, kürzere Belichtungswellenlängen und die Immersionsbelichtungstechnologie haben zu einer dramatischen Verbesserung der Auflösung geführt.

Miniaturisierung bedeutet, dass die minimale Prozessgröße, die auf einen Wafer gebrannt werden kann, kleiner wird, und die minimale Prozessgröße R wird durch die folgende Rayleigh-Formel ausgedrückt.
R = k/λ/NA *k ist eine Proportionalitätskonstante, λ ist die Belichtungswellenlänge und N.A. ist die numerische Apertur des optischen Belichtungssystems

Verschiedene technologische Entwicklungen haben eine Miniaturisierung durch Verringerung von k, Verringerung von λ und Erhöhung von NA ermöglicht.
EUV-Lithografieanlagen gelten als eine Technologie, die durch die Verkürzung der Belichtungswellenlänge die Grenzen der Vergangenheit durchbrechen kann und in den letzten Jahren in Massenproduktion hergestellt wurde.

Preise für Halbleiter-Belichtungssysteme

Halbleiter-Belichtungssysteme sind heute für die effiziente Massenproduktion von Halbleitern unverzichtbar, aber sie gelten als die präzisesten Maschinen der Geschichte und sind daher teuer.

Je kürzer die Wellenlänge der in Halbleiter-Belichtungssystemen verwendeten Lichtquelle ist, desto feinere Muster können erzeugt werden und desto teurer ist das Belichtungssystem. Für jede Wellenlänge soll i-line etwa 400 Millionen Yen kosten, KrF etwa 1,3 Milliarden Yen, ArF dry etwa 2 Milliarden Yen, ArF immersion etwa 6 Milliarden Yen und EUV etwa 20 Milliarden Yen.

Je feiner der Schaltkreis, desto schneller die Signalübertragung und die Energieeinsparung, aber in den letzten Jahren ist der Anstieg der Prozesskosten aufgrund der Miniaturisierung, einschließlich der Preise für Halbleiter-Belichtungssysteme, nicht mehr zu übersehen.

Der Durchsatz von Halbleiter-Belichtungssystemen ist auch ein wichtiger Indikator für die erforderliche Leistung von Halbleiter-Belichtungssystemen unter dem Gesichtspunkt der Kosten für die Herstellung von Halbleitern. Der Durchsatz ist ein Leistungsindikator dafür, wie schnell ein Schaltungsmuster belichtet werden kann, und mit steigendem Durchsatz sinken die Produktionskosten (Betriebskosten) pro Siliziumchip. Dies ist wichtig für die Massenproduktion von Halbleiterchips.

Was ist ein Partikel-Sensor?

Ein Partikel-Sensor ist ein Gerät, das die Anzahl der Partikel in der eingeatmeten Luft während einer bestimmten Zeitspanne zählt.

Sie werden hauptsächlich in Reinräumen eingesetzt. Mit Partikeln sind hier feine Fremdkörperpartikel gemeint, die kontrolliert werden müssen, da sie vor allem in der Halbleiterfertigung zu Defekten und geringer Ausbeute führen.

Ein Partikelzähler ist ein ähnliches Gerät, aber seine Anwendung ist fast die gleiche. Allerdings können Partikel-Sensoren kontinuierlich messen, während einige Partikelzähler nicht in der Lage sind, kontinuierlich zu messen.

Partikelzähler messen in der Regel genauer als Partikel-Sensoren, sind in der Regel größere Geräte und viele Modelle können sowohl in Luft als auch in Flüssigkeiten eingesetzt werden. Leistungsstarke Modelle können Partikel messen, die größer als 0,1㎛ sind.

Anwendungen von Partikel-Sensoren

Partikel-Sensoren werden hauptsächlich in Reinräumen installiert, um die Sauberkeit des Raums zu überwachen. Beispiele hierfür sind die Überwachung der Sauberkeit bei der Autolackierung und das Reinraummanagement in Halbleiterfabriken.

Die Palette der Anwendungen wird immer breiter, so gibt es beispielsweise Partikel-Sensoren für den Einsatz in Fahrzeugen zur Messung von PM 2,5, von dem befürchtet wird, dass es Auswirkungen auf den menschlichen Körper hat. Beliebt sind ultrakompakte, relativ kleine Modelle, von denen einige platzsparend auf DIN-Schienen montiert werden können, während andere an der Wand befestigt werden können.

Funktionsweise von Partikel-Sensoren

Partikel-Sensoren funktionieren im Wesentlichen nach zwei Funktionsweisen: Lichtstreuung oder Lichtabschirmung. Beide verfügen über eine eingebaute Luftansaugpumpe und führen eine kontinuierliche Messung mit konstanter Geschwindigkeit durch, unterscheiden sich aber in ihren Partikeldetektionsmethoden, die entweder auf Lichtstreuung oder auf Abschwächung des Lichts beruhen.

1. Lichtstreuung

Partikel-Sensoren mit Lichtstreuung verwenden eine Fotodiode, um die Streuung des Lichts zu erkennen, normalerweise wenn ein Laser auf ein Partikel in der Luft trifft, und wandeln das gestreute Licht in ein elektrisches Signal um. Mit dieser Methode können Größe und Anzahl der Partikel anhand der Anzahl und Stärke der durch Lichtstreuung verursachten elektrischen Signale gezählt werden.

2. Lichtabschirmungsmethode

Bei der Lichtabschirmungsmethode der Partikel-Sensoren wird ständig Licht auf die Fotodiode gestrahlt, und die Größe und Anzahl der Partikel wird durch die Erfassung des elektrischen Signals der Schwächung der Partikel in der Luft zwischen der Lichtquelle und der Fotodiode gezählt, wenn das Licht durch sie hindurchgeht.

Bei Partikel-Sensoren muss die Messgenauigkeit sorgfältig eingestellt werden. Ist die Messgenauigkeit des Partikel-Sensors für die Sauberkeit des Reinraums zu hoch, erhöht sich der Messfehler wie bei Streulicht- und Lichtabschirmungsmethoden tendenziell.

Um Partikel-Sensoren innerhalb des gewünschten Messfehlers für die Reinheitskontrolle in Reinräumen einzusetzen, ist es notwendig, ein Modell mit einem geeigneten Messbereich zu wählen.

Weitere Informationen zu Partikel-Sensoren

1. Unterschiede zwischen Staubmessgeräten und Partikelsensoren

Der wichtigste Unterschied zwischen einem Staubmessgerät und einem Partikel-Sensor oder Partikel-Zähler ist die Konzentration des zu messenden Partikelmaterials. Staubmessgeräte sind in der Regel für die Messung hoher Partikelkonzentrationen von 0,01 mg/m³ oder mehr ausgelegt und bewerten die Konzentration auf der Grundlage des Gewichts und nicht der Menge der Partikel. Partikel-Sensoren und Partikel-Zähler hingegen unterscheiden sich dadurch, dass sie die Messungen anhand der Anzahl der Partikel quantifizieren.

Insbesondere Partikelzähler sind hauptsächlich für einmalige Messungen gedacht und haben eine detaillierte Spezifikation von Klasse 1 bis Klasse 9, um Messungen in Umgebungen mit geringer Konzentration und hoher Reinheit standzuhalten, während Staubmessgeräte für kontinuierliche Messungen gedacht sind und einen relativ großen Konzentrationsbereich messen können.

2. Tragbare Partikel-Sensoren

In jüngster Zeit wird Sauberkeit in einer Vielzahl von Umgebungen und Industrien gefordert, und die Messpunkte sind nicht auf Reinräume beschränkt, sondern decken auch einen breiten Bereich ab.

Die Hersteller entwickeln eine Vielzahl von Partikel-Sensoren, um die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern, darunter Modelle, die mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden und über USB an einen PC zur Datenanalyse angeschlossen werden können, Modelle, die an ein Mehrpunkt-Überwachungssystem angeschlossen werden können, und Modelle, die mit einer Kamera ausgestattet sind.

Was ist ein Röntgeninspektionsgerät?

Röntgeninspektionsgeräte sind Geräte, die ein Objekt mit Röntgenstrahlen bestrahlen und die durchgelassenen Röntgenstrahlen messen und analysieren, so dass Fremdkörper oder Schäden im Inneren des Objekts erkannt werden können, ohne es zu zerstören.

Es ist auch möglich, Elemente zu identifizieren und den Gehalt an gefährlichen Stoffen genau zu messen.

Anwendungen von Röntgeninspektionsgeräten

Röntgeninspektionsgeräte werden nicht nur im medizinischen Bereich und bei der Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln und elektronischen Bauteilen eingesetzt, sondern auch in der Bau- und Luftfahrtindustrie. Die folgenden Anwendungen sind typisch:

• Medizinischer Bereich: Radiographie, CT-Scans usw.
• Fertigungsindustrie: Erkennung von Fremdkörpern, Produktkontroll, etc.
• Bauindustrie: zerstörungsfreie Prüfung von Beton, etc.
• Luftfahrtindustrie: z. B. Gepäckkontrolle auf Flughäfen

Im medizinischen Bereich erscheint der Kontrast von Röntgeninspektionsgeräten in Bereichen mit höherer Intensität der durchgelassenen Röntgenstrahlen weißer, während Bereiche, in denen die eingestrahlten Röntgenstrahlen abgeschwächt wurden, schwarz erscheinen. Die Intensität der durchgelassenen Röntgenstrahlen wird von Faktoren wie der Ordnungszahl, der Dichte und der Dicke des Objektmaterials bestimmt. Je höher die Ordnungszahl, je höher die Dichte und je dicker das Material, desto stärker werden die eingestrahlten Röntgenstrahlen abgeschirmt und desto geringer ist die Intensität der durchgelassenen Röntgenstrahlen.

Die Röntgenaufnahme des menschlichen Körpers wird beispielsweise wie folgt unterschieden:

• Hochtransparent (schwarz): Luft (Lunge, Magen- und Darmgase) und Fett
• Mittel (grau): Wasser (Pleuraflüssigkeit, Aszites, Urin), Weichgewebe (Gehirn, Bauchorgane, Muskeln usw.)
• Geringe Durchlässigkeit (weiß): Knochen, Verkalkungen (z. B. Gallensteine, Nierensteine), Metalle (z. B. künstliche Gelenke)

Auf dieser Grundlage wurde auch eine Technologie entwickelt, die CT-Bilder in 3D-Farbbilder umwandelt.

Funktionsweise der Röntgeninspektionsgeräten

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von etwa 10-3 nm – 10 nm und gehören zu den Strahlen. Es gibt verschiedene Arten von Strahlung, darunter α-, β- und γ-Strahlen, Röntgenstrahlen und Neutronenstrahlen. Im Gegensatz zu Teilchenstrahlen wie α-Strahlen sind Röntgenstrahlen elektromagnetische Wellen mit einer kurzen Wellenlänge, die sie für Materie sehr durchlässig machen und die meisten Materialien durchdringen können.

Wenn Röntgenstrahlen auf ein Material gestrahlt werden, kollidieren einige der Röntgenstrahlen mit den Elektronen im Material und verursachen Absorptions- und Streuungsphänomene. Die Röntgenstrahlen, die diese Phänomene nicht durchlaufen haben, sind die transmittierten Röntgenstrahlen, die die Substanz durchdrungen haben.

Aufbau des Röntgeninspektionsgeräts

Röntgeninspektionsgeräte bestehen aus einem Röntgenstrahler und einem röntgenempfindlichen Teil, zwischen denen das durchstrahlte Objekt platziert und die Intensitätsverteilung der durchgelassenen Röntgenstrahlen auf einem Film verglichen wird. Die herkömmliche Röntgen-Fotosensibilisierungseinheit besteht aus einem lichtempfindlichen Film, der zwischen zwei Stücken fluoreszierenden Sensibilisierungspapiers eingeklemmt ist und sich in einem Gehäuse, der sogenannten Kassette, befindet. Die meisten Röntgeninspektionsgeräte sind heute digital und verwenden Speicherfolien (IPs) oder Flachdetektoren (FPDs) anstelle von lichtempfindlichen Filmen.

Arten von Röntgeninspektionsgeräten

Die Röntgeninspektionsgeräte haben sich in die folgenden Haupttypen entwickelt:

1. Röntgen-TV-Systeme

Diese Geräte erfassen die inneren Zustände des Körpers in Echtzeit als bewegte Bilder und ermöglichen die Betrachtung auf einem Fernsehbild. Es können Kontrastmittel in Organe und Blutgefäße injiziert werden, und die Bilder können aufgenommen werden, während man überprüft, wie sie kontrastiert werden. Es ist auch möglich, mit einem Endoskop oder anderen Geräten zu beobachten und zu behandeln, während man mit einem Röntgenfernsehsystem fluoroskopisch beobachtet.

2. Die CT-Gepäckkontrolle

Die übliche Methode der Gepäckkontrolle auf Flughäfen besteht darin, Röntgenstrahlen vertikal einzuschießen und das Innere des Gepäcks zu betrachten. Es wurde jedoch ein Gerät entwickelt, das die Prinzipien der in der Medizin verwendeten Computertomographie nutzt, um dreidimensionale Kontrastbilder des Gepäcks zu ermöglichen. Damit kann das Gepäck untersucht werden, ohne es zu öffnen, was zu einer Entlastung der Gepäckkontrollstellen auf den Flughäfen führen dürfte. Sie wurden bereits auf einigen Flughäfen im In- und Ausland eingeführt.

3. Miniaturisierung von Röntgeninspektionsgeräten

Mit der Entwicklung von tragbaren Röntgenquellen und der Digitalisierung des lichtempfindlichen Teils wurden in der letzten Zeit verschiedene tragbare Röntgeninspektionsgeräte entwickelt und auf den Markt gebracht. Sie werden hauptsächlich als zerstörungsfreie Prüfgeräte in Fabriken und auf Baustellen eingesetzt. Sie können auf innere Risse, Sprünge, Korrosion und andere Anomalien prüfen, ohne das Prüfobjekt zu zerstören. Röntgeninspektionsgeräte werden nicht nur für Abschluss- und wiederkehrende Prüfungen in Fabriken und auf Baustellen eingesetzt, sondern auch für Unterwasserinspektionen und auf selbstfahrenden Robotern, und ihre Miniaturisierung erweitert das Anwendungsspektrum von Röntgeninspektionsgeräten.

Weitere Informationen zu Röntgeninspektionsgeräten

Qualifikationen für Röntgeninspektionsgeräte

Für den Einsatz von Röntgeninspektionsgeräten ist es unerlässlich, eine Person mit einer Röntgenaufsichtsberechtigung als verantwortliche Person zu benennen. Inhaber dieser Qualifikation sind für röntgenbezogene Wartungsarbeiten verantwortlich und haben u. a. die Aufgabe, Sperrbereiche zur Vermeidung von Strahlengefährdungen zu kontrollieren, Geräte zu inspizieren, die Röntgenbestrahlung zu koordinieren und zu leiten.

Was ist ein Schlagprüfgerät?

Ein Schlagprüfgerät ist eine Prüfmaschine, mit der Schlagprüfungen durchgeführt werden können.

Die Schlagprüfung dient dazu, zu überprüfen, ob die von uns verwendeten Produkte bei einer Schlagbeanspruchung stabil genug sind und wie sie brechen, wenn sie brechen. Einige der Produkte, die wir tagtäglich verwenden, haben Bauteile, die unter Stoßbelastungen eingesetzt werden oder die durch zufällige Einflüsse Stößen ausgesetzt sind. Um die Produktsicherheit zu gewährleisten, ist es bei der Produktentwicklung unerlässlich, die Haltbarkeit und den Bruch von Produkten unter Stoßbelastungen zu bewerten.

Es gibt zwei Hauptkategorien von Schlagprüfungen. Bei der einen handelt es sich um eine Prüfung der Schlagzähigkeit des Materials selbst, des Beschichtungsfilms und anderer Eigenschaften des Produkts, bei der anderen um eine Prüfung der Schlagzähigkeit des Produkts selbst und der Art und Weise, wie es bei einem Schlag bricht.

Die meisten der genormten Tests sind der ersten Kategorie zuzuordnen. Bei diesen Prüfungen wird das Ausmaß der Verformung, Ausdehnung, Schrumpfung, Ebenheit und der Oberflächenrisse gemessen, wenn die Probe einem Schlag ausgesetzt wird.

Anwendungen von Schlagprüfgeräten

Schlagprüfgeräte werden eingesetzt, um zu beurteilen, ob bzw. inwieweit Produkte, in Produkten verwendete Bauteile und deren Werkstoffe eine bestimmte Schlagfestigkeit aufweisen. Schlagprüfgeräte werden eingesetzt, um die Schlagfestigkeit von metallischen Werkstoffen und Harzen sowie die Schlagfestigkeit von Industrieprodukten zu prüfen.

Smartphones, die aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind, sind normalerweise keinen Schlagbelastungen ausgesetzt. Sie können jedoch versehentlich fallen gelassen werden. Um sicherzustellen, dass Produkte nicht zerbrechen, oder um herauszufinden, wie sie bei einem solchen versehentlichen Fallenlassen brechen, werden Schlagprüfungen mit Schlagprüfgeräten durchgeführt.

Funktionsweise der Schlagprüfgeräte

Es gibt verschiedene Methoden der Schlagprüfung, für die es jeweils eigene Prüfgeräte gibt. Die gemeinsame Funktionsweise der Schlagprüfgeräte besteht darin, dass der Prüfling und die Prüfmethode festgelegt werden, um die Wiederholbarkeit der Prüfung zu gewährleisten.

Schlagprüfgeräte üben eine Schlaglast auf das Prüfobjekt aus, und es ist wichtig, dass bei der Wiederholung der Prüfung die gleichen Bedingungen herrschen. Bei der Schlagprüfung kann das Prüfobjekt eine erhebliche plastische Verformung erleiden oder sogar brechen, aber geringe Unterschiede in der Schlagbelastung können die Ergebnisse erheblich verändern.

Variationen des Prüfobjekts selbst können sich ebenfalls auswirken. Das Prüfverfahren wird daher so definiert, dass dieselbe Schlagbelastung wiederholt und mit hoher Reproduzierbarkeit aufgebracht werden kann.

Weitere Informationen zu Schlagprüfgeräten

Arten der Schlagprüfung

Es gibt drei Haupttypen von Schlagprüfungen:

1. Die Izod-Schlagprüfgeräte
Bei der Izod-Schlagprüfung werden die Schlagwerte gemessen, indem eine Seite eines Probekörpers fixiert und die gegenüberliegende Seite mit einem Schlag belastet wird. Eine Seite des eingeschnittenen Probekörpers wird fixiert und mit einem Pendelhammer angeschlagen.

Die Bewertung erfolgt über den Winkel, in dem der Hammer auf die Probe aufschlägt und durch die Trägheit angehoben wird. Dieses Prüfverfahren wird hauptsächlich zur Bewertung der Zähigkeit und der Festigkeit von Werkstoffen verwendet.

2. Charpy-Schlagprüfgeräte
Der Charpy-Schlagversuch dient zur Beurteilung der Zerbrechlichkeit eines Werkstoffs. Die Zerbrechlichkeit bezieht sich auf die Sprödigkeit. Sie wird bewertet, indem beide Enden eines Probestücks mit einem Schnitt in der Mitte befestigt werden, ein Schlag mit einer festgelegten Kraft auf die Mitte des Probestücks ausgeübt wird und der Betrag der Verformung des Probestücks zu diesem Zeitpunkt sowie die Größe des Schlagwerts beim Bruch gemessen wird.

Die von der Probe zum Zeitpunkt des Bruchs aufgenommene Energie wird anhand der potenziellen Energie des Hammers, der nach dem Schlag hochgesprungen ist, berechnet.

3. Schlagprüfgeräte mit hoher Beschleunigung
Schlagprüfgeräte mit hoher Beschleunigung fixieren das zu messende Produkt auf einem Schlagtisch und erzeugen eine Wellenform der Schlagbeschleunigung auf dem Tisch, um zu messen, wie stark das Produkt durch den Schlag beschädigt wird. Sie werden für elektronische Geräte wie Smartphones und Laptops verwendet.

Weitere Tests sind der Kunststoff-Zugschlagfestigkeitstest, der DuPont-Fallschlagtest und der Dartschlagtest.

Was ist ein Evaluierungsboard?

Ein Evaluierungsboard ist eine Elektronikplatine mit ICs, Schaltkreisen mit bestimmten Funktionen und Eingangs-/Ausgangsanschlüssen.

Sie werden auch als Referenzplatinen bezeichnet. Es gibt CPU-Evaluierungsboards von Halbleiterherstellern und Mikrocomputer-Entwicklungsboards (Target Boards) von Mikrocomputerherstellern.

Anwendungen von Evaluierungsboards

Evaluierungsboards werden verwendet, um die Leistung der eingebauten ICs und die Kompatibilität der Schaltkreise zu prüfen, sowie für die Entwicklung von Hardware und Software. Es ist notwendig, ein Evaluierungsboard mit ICs und elektronischen Komponenten auszuwählen, die für den beabsichtigten Einsatz geeignet sind.

Beispiele für die Anwendung von Evaluierungsboards lauten wie folgt:

• Gerätehersteller (Evaluierung)
  Zur Bewertung der Leistung der eingebauten ICs und Schaltungen und zur Überprüfung der Kompatibilität
• Gerätehersteller (Entwicklung)
  Um neue Produkte und Software in kurzer Zeit und zu geringen Kosten mit Hilfe von Evaluierungsboards zu entwickeln
• Bildungseinrichtungen, Studenten, allgemeine Öffentlichkeit
  Für die Ausbildung in den Bereichen Elektronik, elektrische Schaltungen, Programmierung, etc.

Eine große Auswahl an Evaluierungsboards ist von verschiedenen Halbleiterherstellern erhältlich.

• Kfz-Systeme
• Videokameras
• Industrieroboter
• Terrestrische/Satellitenkommunikation
• Mobile Kommunikationsendgeräte
• Luft- und Raumfahrt

Sie werden für die Bewertung einer breiten Palette von Produkten eingesetzt, die von Haushaltsgeräten bis hin zu Robotern und Satelliten reichen.

Funktionsweise von Evaluierungsboards

Die Funktionsweise besteht darin, dass der Mikrocontroller nach dem im Speicher des Mikrocontrollers geschriebenen Programm arbeitet, wenn er mit Strom versorgt wird. Das Programm kann nach Belieben umgeschrieben werden, und der Quellcode des auf einem PC erstellten Programms wird mit Hilfe einer als Writer bezeichneten Software in den Speicherbereich des Mikrocontrollers geschrieben.

Die zur Unterstützung des Debugging-Prozesses verwendete Hardware ist ein Emulator. Emulatoren werden an ein Evaluierungsboard angeschlossen.

Konfiguration des Evaluierungsboards

Ein Evaluierungsboard ist in der Regel eine einzelne Leiterplatte mit IC-Chips, Kommunikationsgeräten, Sensoren, Eingangs-/Ausgangsanschlüssen usw. Es gibt verschiedene Arten von Evaluierungsboards, je nach den darauf montierten Komponenten, aber die von den Mikrocontroller-Herstellern verkauften Evaluierungsboards sind weit verbreitet.

Evaluierungsboards für Mikrocontroller werden verwendet, um die Funktionen und Schaltungsmerkmale des Mikrocontrollers, auf dem sie montiert sind, zu testen und zu erproben.

1. Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller ist ein LSI zum Schreiben von Programmen und zur Kombination mit anderen Schaltungen, um beliebige Operationen durchzuführen. Er besteht aus einer CPU, die verschiedene Prozesse durchführt, sowie aus Flash-Speicher und SRAM zum Schreiben von Programmen.

2. Stromversorgungs-IC

Ein IC, das die für den Betrieb eines Mikrocontrollers erforderliche Spannung aus einer 100-V-Wechselspannung erzeugt.

3. Taktgeber

Ein Oszillator mit einer bestimmten Frequenz, der den Mikrocontroller betreibt. Er ist manchmal in den Mikrocontroller eingebaut. 

4. Kommunikationsgeräte

USB-Anschlüsse und LANs für die Kommunikation mit externen PCs bei der Programmierung.

5. Eingangs-/Ausgangsanschlüsse

USB-Pins für die Kommunikation/Stromversorgung und Input/Output (I/O)-Pins zum Senden von Daten an externe Schnittstellen.

Zu den Debugging-Funktionen gehören LEDs und Reset-Tasten zur visuellen Überprüfung des Mikrocontroller-Status, Schalter für den Schaltbetrieb, Sensoren zur Messung externer Informationen und eine 7-Segment-Anzeige zur Darstellung der gesammelten Daten.

Weitere Informationen zu Evaluierungsboards

1. ICE (In Circuit Emurator)

Dieser kann die Funktionen einer CPU übernehmen und kann anstelle der CPU auf der zu entwickelnden Platine angebracht werden, um die Funktionsweise des Programms zu überprüfen. Da sich auf der Zielplatine kein Mikrocontroller befindet, verfügt der ICE selbst über einen Emulationschip und einen Speicher, während die Zielplatine für den Betrieb der Peripherieschaltungen zuständig ist. Erweiterte Debugging-Funktionen wie Echtzeit-Tracing können genutzt werden.

Im Allgemeinen sind oft Beispielprogramme für den Betrieb des Evaluierungsboards für Mikrocontroller enthalten.

2. Verwendung des Evaluierungsboards

Evaluierungsboards werden zu Evaluierungszwecken häufig an einen PC angeschlossen. Die Schnittstelle ist im Allgemeinen USB, RS232C oder andere Anschlüsse, mit denen der PC ausgestattet ist.

Die Platine kann über ein Netzteil mit Strom versorgt werden, das an eine haushaltsübliche 100-V-Steckdose angeschlossen werden kann, oder über ein Kabel, das anstelle eines Netzteils an eine Stromversorgungseinheit wie z. B. ein geregeltes Netzteil angeschlossen wird, um eine Auswertung aufgrund von Spannungsänderungen zu ermöglichen.

Die Umgebung auf dem Evaluierungs-PC wird häufig vom Hersteller des Evaluierungsboards bereitgestellt, wobei ein für dieses Evaluierungsboard spezifisches Softwarepaket verwendet wird. Der Hersteller oder eine andere Partei, die die Lieferung erhalten hat, kann jedoch auch seine eigene Auswertesoftware vorbereiten.

Da Wellenformen häufig mit Messgeräten wie Oszilloskopen und Logistik-Analysatoren gemessen werden, verfügen einige Evaluierungsboards bereits über Anschlüsse für solche Geräte.

3. Preis des Evaluierungsboards

Die Preise sind je nach Halbleiterhersteller und Verwendungszweck sehr unterschiedlich, aber einige kleine Boards, die ausschließlich für die Entwicklung von Funktechnologien wie RFID bestimmt sind, kosten weniger als 40 USD. Grundsätzlich können viele dieser Boards für bis zu etwa 1.000 USD erworben werden, so dass sich die Kosten für die Einführung zu Lernzwecken in einem vernünftigen Rahmen bewegen.

Beachten Sie, dass die Kosten für einen Auftrag zur Entwicklung eigener Produkte vom Angebot des Halbleiterherstellers abhängen.

Was ist ein Wärmeschrumpfschlauch?

Wärmeschrumpfschläuche sind Schläuche, die so verarbeitet wurden, dass sie bei Erwärmung schrumpfen.

Der geformte Harzschlauch ist strahlenbehandelt und wird vor allem zum Schutz und zur Isolierung von elektrischen Leitungen verwendet. Zur Verwendung werden die Drähte einfach durch den Wärmeschrumpfschlauch geführt und mit einer Heißluftpistole oder ähnlichem erhitzt. Das Verfahren ist einfach und kann in jeder Arbeitsumgebung eingesetzt werden.

Anwendungen von Wärmeschrumpfschläuchen

Wärmeschrumpfschläuche sind ein Material, das so schrumpft, dass es sich dem ummantelten Draht anpasst. Sie werden hauptsächlich zum Schutz, zur Isolierung, zur Abdichtung und zum Schutz vor Korrosion von Drähten und Bauteilen verwendet.

Spezifische Anwendungen sind wie folgt:

• Interne Verdrahtung in Haushaltsgeräten
• Interne Verdrahtung in elektronischen Produkten
• Stromversorgungskabel in Industrieanlagen
• Kabelbäume für Kraftfahrzeuge
• Chirurgische Geräte für die laparoskopische Chirurgie

Funktionsweise der Wärmeschrumpfschläuche

Wärmeschrumpfschläuche werden aus polymeren Werkstoffen wie Polyethylen und verschiedenen Elastomeren hergestellt. Diese Materialien haben die Eigenschaft, unter Wärmeeinwirkung zu schrumpfen und dabei ihre Flexibilität beizubehalten.

Bei der Herstellung der Schläuche werden die genannten Polymere mit Elektronenstrahlen bestrahlt, um eine Vernetzungsreaktion auszulösen. Wenn der Schlauch nach der Vernetzungsreaktion erwärmt und gedehnt wird, verfestigt er sich, während er gedehnt bleibt, und wenn er erneut erwärmt wird, schrumpft er wieder auf seine Größe vor der Dehnung. Das ist die Funktionsweise der Wärmeschrumpfschläuche.

Arten von Wärmeschrumpfschläuchen

Wärmeschrumpfschläuche können je nach Aufbau in einlagige und zweilagige Schrumpfschläuche unterteilt werden.

Bei Wärmeeinwirkung schrumpfen sie in Richtung des Durchmessers mit einem Schrumpfungsverhältnis von 2:1 bis 3:1. Zu den Materialien gehören Gummi, PE, Fluorkunststoff und Silikonharz. Da es viele Arten von Wärmeschrumpfschläuchen gibt, ist es wichtig, den richtigen Typ zu wählen.

1. Einschichtige Wärmeschrumpfschläuche

Einschichtige Wärmeschrumpfschläuche sind eine gängige Art von Schläuchen und werden je nach Dicke des Schlauchs in dünnwandige, mittelwandige und dickwandige Schläuche unterteilt. Der Zweck von einschichtigen Wärmeschrumpfschläuchen ist die Isolierung oder der teilweise Schutz. Die Schläuche sind in verschiedenen Farben erhältlich und können zur Kennzeichnung verwendet werden.

2. Zweischichtige Wärmeschrumpfschläuche

Zweischichtige Wärmeschrumpfschläuche bestehen aus zwei Schichten, einer Innenschicht und einer Außenschicht. Er wird zur elektrischen Isolierung und zum mechanischen Schutz verwendet. Aufgrund der dickeren Schichten kann er auch zum Schutz gegen Feuchtigkeit und korrosive Umgebungen verwendet werden. Wie einlagige Wärmeschrumpfschläuche werden sie in verschiedenen Farben verkauft und können zur Kennzeichnung verwendet werden.

Weitere Informationen zu Wärmeschrumpfschläuchen

1. Verwendung von Wärmeschrumpfschläuchen

Die Größe des Wärmeschrumpfschlauchs sollte so gewählt werden, dass der Innendurchmesser nach der Schrumpfung dünner ist als der vorgesehene Gegenstand. Auch die Länge schrumpft geringfügig, daher sollten Sie eine etwas größere Länge wählen und abschneiden. Die Schrumpfungsraten variieren auch je nach Material, daher sollten Sie vor der Verarbeitung die Heizbedingungen überprüfen. Beim Schneiden ist es wichtig, dass die Schnittflächen sauber und ausgerichtet sind, da durch Schnitte an der Schnittfläche Schäden entstehen können.

Allgemeine Wärmeschrumpfschläuche schrumpfen ab ca. 120 °C, daher sollte eine Heißluftpistole als Heizgerät verwendet werden. Niedertemperaturtypen schrumpfen ab ca. 80 °C, so dass sie mit einem Fön verarbeitet werden können. Bei kleinen Durchmessern und geringen Mengen kann stattdessen auch ein Lötkolben verwendet werden. In diesem Fall muss darauf geachtet werden, dass die Spitze des Lötkolbens nicht mit der Umgebung in Berührung kommt.

2. Vorsichtsmaßnahmen für Wärmeschrumpfschläuche

Bei der Arbeit mit Wärmeschrumpfschläuchen wird ein Heizgerät verwendet. Für eine sichere Verwendung ist es unerlässlich, darauf zu achten, dass Verbrennungen vermieden werden und das Gerät sachgemäß verwendet wird. Insbesondere beim Erhitzen mit offener Flamme, z. B. mit einem Gasbrenner, schmilzt der Schlauch durch Überhitzung, so dass die Flamme rechtzeitig ausgeschaltet werden muss.

Außerdem ist es bei der Umhüllung von Gegenständen mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Metallen, schwierig, sie zu schrumpfen, da sie beim Erhitzen leicht Wärme verlieren, was durch eine längere Wärmezufuhr als üblich vermieden werden kann. Elektrolytkondensatoren und wiederaufladbare Batterien sollten nicht verwendet werden. Sie können nämlich durch Erhitzung platzen. Daher sollte auch die Arbeit in der Nähe dieser Geräte so weit wie möglich vermieden werden.

Was ist ein Blattschalter?

Blattschalter sind Schalter, die Strom leiten, indem sie zwei oder drei dünne Kupferplatten miteinander in Kontakt bringen. Wie andere Schaltertypen haben sie eine EIN-AUS- oder EIN-EIN-Funktion.

Einige Blattschalter haben freiliegende Kontakte, während andere mit einer Kunststoffabdeckung versehen sind. Beide sind einfach konstruiert und bestehen aus wenigen Teilen, so dass sie im Falle eines Kontaktausfalls durch einfache Wartungsmaßnahmen wie Polieren der Kontakte und Auftragen eines Kontaktbelebungsmittels wiederhergestellt werden können.

Anwendungen von Blattschaltern

Blattschalter werden im Allgemeinen zur Erkennung der Position des Tonabnehmerkörpers oder des Motors eines CD-Spielers verwendet. Blattschalter mit erhöhter Staubbeständigkeit und längerer Lebensdauer werden auch in Drucktastenschaltern in Aufzügen verwendet.

Wenn sich der Tonabnehmerkörper zum Ende hin bewegt, berührt er den Blattschalter und der Kontakt schaltet sich ein. Dadurch wird der Aufnehmerkörper so gesteuert, dass er sich nicht weiter bewegt, wenn Strom durch ihn fließt. Wenn der Blattschalter einen schlechten Kontakt hat, kann er nicht erkennen, dass sich der Aufnehmerkörper bis zum Ende bewegt hat, und versucht, sich gewaltsam zu bewegen, was eine Störung verursacht.

Funktionsweise von Blattschaltern

Blattschalter bestehen aus zwei oder drei dünnen Kupferplättchen, die auf einem Sockel befestigt sind und in einer langen, vorstehenden Position stehen. Die Kupferplatten haben eine Kontaktstelle am Ende und einen Anschluss auf der anderen Seite. Die dünnen Kupferplatten verbiegen sich schon bei leichter Krafteinwirkung leicht, und wenn die Kontaktstellen miteinander in Berührung kommen, fließt Strom durch sie. Durch die Erfassung dieses Stroms auf der Schaltungsseite kann die Position des gewünschten Objekts erkannt werden.

Bei einem Blattschalter mit zwei Kupferplatten ist der Schalter ausgeschaltet, wenn sie weit voneinander entfernt sind, und eingeschaltet, wenn sie sich berühren; bei einem Blattschalter mit drei Platten ist die mittlere Kupferplatte ursprünglich in Kontakt mit einer Seite, so dass der Schalter dort schaltet, wo Strom fließt.

Blattschalter sind einfach aufgebaut, da der Strom durch die Kupferplatten fließt, wenn sie miteinander in Kontakt kommen, aber mit der Zeit können die Kontakte abgenutzt und korrodiert werden. Wenn die Kontakte korrodiert bleiben, fließt kein Strom, selbst wenn sie in Kontakt sind, was zu einem schlechten Kontakt führt. Als Gegenmaßnahme wird Gold, das korrosionsbeständiger ist als Kupfer, in Blattschaltern verwendet, die unter rauen Bedingungen eingesetzt werden.

Was ist ein Wechselstrommagnet?

Der Begriff Wechselstrommagnet bezieht sich auf Magnete, die bei Anlegen einer Wechselspannung funktionieren. Eine Magnetspule ist ein spiralförmig gewickelter Leiter aus Kupfer und anderen Materialien, der Elektrizität leitet, und wird allgemein als Spule bezeichnet.

Während eine Spule im Allgemeinen als Spule bezeichnet wird, z. B. eine flache oder dreidimensionale Spule, wird eine spiralförmig gewickelte Spule als Magnetspule oder kurz als Solenoid bezeichnet.

Anwendungen von Wechselstrommagneten

Die häufigste Anwendung für Wechselstrommagnete sind Magnetventile. Magnetventile werden so bezeichnet, da sie immer eine Magnetspule in ihrer Konstruktion verwenden.

Magnetventile werden hauptsächlich in Ventilen verwendet, die Flüssigkeiten wie Wasser oder Öl stoppen oder durchströmen oder die Richtung des Flüssigkeitsstroms umschalten, auch bekannt als 2-Wege- oder 3-Wege-Ventile, und werden am häufigsten in verschiedenen Stellantrieben für den Einsatz in Fahrzeugen und in Haushaltsgeräten wie Kühlschränken, Klimaanlagen und Wärmepumpen-Wasserheizungen verwendet, die einen Flüssigkeits-Kälte-Wärme-Zyklus verwenden. Im Haushalt werden sie in Kühlschränken, Klimaanlagen, Wärmepumpen-Wassererhitzern und anderen Geräten eingesetzt, die den Kälte-Wärme-Kreislauf nutzen.

Funktionsweise von Wechselstrommagneten

Die Funktonsweise von Wechselstrommagneten beruht auf der Kraft, die durch einen elektrischen Strom und ein Magnetfeld erzeugt wird. Diese Beziehung zwischen Strom, Magnetfeld und Kraft wird auch durch Elektromagnete und die elektromotorische Kraft erklärt, die durch elektromagnetische Induktionserscheinungen erzeugt wird.

Die meisten von uns haben schon einmal von diesem Prinzip gehört, das sich aus dem berühmtesten Gesetz über Elektrizität, Magnetfelder und Kräfte ableitet, der Flemingschen Regel der linken Hand, dem ersten Gesetz, das man in der Physik über elektromagnetische Kräfte lernt.

Um es im Detail zu erklären: Das Prinzip besagt, dass, wenn Mittelfinger, Zeigefinger und Daumen der linken Hand in einer spiralförmigen Spule im rechten Winkel zueinander stehen, ein Strom (Spule) in Richtung Mittelfinger fließt und ein magnetischer Fluss (Eisenkern oder Magnet) in Richtung Zeigefinger entsteht, eine Kraft in Richtung Daumen erzeugt wird.

Dieses physikalische Phänomen, dass sich der Eisenkern durch Umschalten der Stromrichtung und Ein- und Ausschalten der Stromversorgung bewegt, wird in Aktoren wie verschiedenen Magnetventilen genutzt. Flemings Linke-Hand-Regel ist eigentlich ein Prinzip, das allen elektrischen Aktuatoren, einschließlich Motoren und Magnetventilen, gemeinsam ist.

Das Gegenteil von Flemings rechter Regel ist übrigens das Gesetz des Generators, der eine von außen zugeführte Kraft in Elektrizität umwandelt. In jedem Fall beruht es auf der elektromagnetischen Induktion, die besagt, dass eine Kraft durch Elektrizität und ein Magnetfeld erzeugt wird.

Arten von Solenoiden

Wie oben erläutert, handelt es sich bei einer Wechselstrommagnete um eine spiralförmig gewickelte Spule, bei der die angelegte Kraft durch das Gesetz der elektromagnetischen Induktion in eine Antriebskraft für den mechanischen Antrieb im Eisenkern umgewandelt wird.

1. Wechselstrommagnete

• Der durch Wechselstrom verursachte Einschaltstrom neigt zum Auftreten und das erzeugte Geräusch ist relativ hoch
• Starker Zug auf den beweglichen Eisenkern (Plunger) während des Einschaltstroms, was zu Stabilitätsproblemen führt
• Der Magnet selbst hat hervorragende Eigenschaften wie Betriebsgeschwindigkeit und Zugkraft

2. Gleichstrommagnet

• Konstanter Stromwert und stabiler Betrieb
• Im Gegensatz zu Wechselstrommagneten gibt es keinen
• Einschaltstrom und die Geräuschentwicklung ist relativ gering

Der Magnet selbst hat aufgrund der langsamen Betriebsgeschwindigkeit, des geringen Stroms und der Anzugskraft des Ankers schlechtere Eigenschaften als Wechselstrommagnete.

Daher wird bei der Auswahl eines Magneten aufgrund seiner Eigenschaften ein Wechselstrommagnet verwendet, der jedoch bei übermäßiger Belastung durchbrennen kann, so dass Sicherheitsmaßnahmen wie Thermosicherungen und Überstromschutzschaltungen in Betracht gezogen werden müssen.

Je nach Betriebsart des beweglichen Eisenkerns (Plunger) werden Magnete auch in Druckmagnete (die den Eisenkern aus der Spule herausdrücken) und Zugmagnete (die den Eisenkern in die Spule hineinziehen) unterteilt. Es gibt auch Push-Pull-Typen, die beide Betriebsarten beherrschen.

Eine charakteristische Art von Magneten ist der selbsthaltende Typ, der Permanentmagnete verwendet, um die Position des Ankers zu fixieren. Dieser Typ eignet sich für Anwendungen, bei denen der Stromverbrauch minimiert werden muss (z. B. bei batteriebetriebenen Geräten), da nur in dem Moment Strom zugeführt werden muss, in dem der Anker bewegt wird, und während der Haltezeit kein Strom erforderlich ist.

Magnete sind in einer Vielzahl von Spezifikationen erhältlich, und es ist wichtig, dass Sie die Spezifikationen für Ihre Anwendung sorgfältig prüfen, bevor Sie einen Magneten auswählen.