Einsatz von Magnetfeldsensoren in der zerstörungsfreien Materialprüfung und Qualitätssicherung

Zusammenfassung

Die zerstörungsfreie Materialprüfung spielt in der Industrie eine wichtige Rolle, insbesondere im Bereich der Qualitätskontrolle. Dabei haben sich in den letzten Jahren vermehrt Verfahren durchgesetzt, die auf magnetischer Bildgebung basieren. Im vorliegenden Beitrag werden Sensoren basierend auf zwei unterschiedlichen Effekten, dem Riesenmagnetowiderstand (engl. giant magnetoresistance, GMR) und dem Faraday-Effekt beschrieben und ihre Einsatzmöglichkeiten in der Qualitätssicherung demonstriert.

Die Einsatzgebiete kommerzieller Sensoren, die auf diesen beiden Effekten basieren, reichen von der Qualitätssicherung in der Stahlindustrie bis zur Endkontrolle von integrierten Schaltungen in der Halbleiterindustrie. Es wird gezeigt, dass GMR-Sensoren in der Lage sind, selbst kleinste Einschlüsse in Stahlbändern bereits während der Produktion sicher zu erkennen. Mittels eines GMR-Zeilensensors können stromdurchflossene Leiter innerhalb eines Halbleiter-Chips kontrolliert werden. Damit eröffnen sich parallel zu den sonst üblichen potentiometrischen auch magnetfeldbasierte Charakterisierungsverfahren in der Endkontrolle der ICs. Der Prüfung mittels GMR-Zeilensensoren wird auch die Messdatenaufnahme über flächig messende, auf dem Faraday-Effekt beruhende Sensoren gegenübergestellt.

Abstract

Non-destructive material testing is an important part of industrial quality assurance applications. As a consequence, a variety of testing methods based on magnetic field imaging have recently been developed for this field of application. In this paper, magnetic field sensors based on the giant magneto resistance effect (GMR) and the magneto-optical Faraday effect are presented and their applicability for quality assurance purposes is analyzed. These applications span from the detection of non-ferromagnetic inclusions within steel sheets to the recognition of defective bond wire connections in integrated circuits. It is demonstrated that industrial GMR-sensors are able to resolve inclusions the size of a tenth of a millimeter within a steel sheet. Furthermore, a GMR-sensor array for the estimation of the current flowing thru bond wires of an IC is presented. Finally, an area sensor based on the Faraday effect is utilized for the detection of defective bond wire connections.