Cengiz Özemli
Akademisyen
- Konu Yazar
- #1
## Rulo Üretimde İnce Film Kaplama Kontrolü için Gerçek Zamanlı Inline Ellipsometri
TU Wien araştırmacıları, yüksek hızlı rulo üretim (roll-to-roll) ortamları için inline görüntüleme ellipsometresi geliştirdi. Allied Vision'ın polarized endüstriyel kamerası ile entegre edilen bu sistem, hareket halindeki substratlarda kaplama kalınlığı ve homojenliğini gerçek zamanlı ölçerek üretim hattı hızında ince film kontrolünü sağlıyor.
### Roll-to-Roll Üretimde İnce Film Denetiminin Zorlukları
Rulo üretim süreçleri, polimer filmler veya metal folyolar gibi esnek substratlar üzerine dakika başına 100 metreyi geçen hızlarla fonksiyonel kaplamalar uygular. Bu kaplamalar, lityum iyon pil elektrotları, esnek elektronikler ve ekran bileşenlerinde kullanılır.
Yüksek hızdaki üretimlerde kalite kontrolü zordur. Geleneksel yöntemler genellikle örneklemeye veya çevrimdışı ölçümlere dayanır. Bu nedenle, viskozite değişimleri, sıcaklık dalgalanmaları veya kaplama hizalanma sorunları ancak tüm rulo işlendikten sonra fark edilir.
TU Wien'in geliştirdiği görüntüleme ellipsometresi, kaplama kalınlığı ve homojenliğini üretim sırasında tüm substrat genişliği boyunca sürekli izleme imkanı verir.
### Inline Ellipsometri için Optik Mimari
Ellipsometri, yansıyan ışığın polarizasyonundaki değişimi ölçerek film kalınlığı ve optik özellikleri belirler. Laboratuvarlarda yaygın olsa da, klasik ellipsometreler büyük optik yollar ve mekanik tarama gerektirdiğinden sanayi hatlarına uyarlanması zordur.
TU Wien sistemi, büyük açıklıklı Fresnel mercekleri ile geleneksel kırılma optiklerini değiştirir. Fresnel optikleri hem boyutu hem de maliyeti düşürürken, ellipsometrik ölçümler için gereken kontrollü geliş açısını korur.
Bu yapı, 300 mm genişliğindeki hareketli folyoların tam genişlikte incelenmesini sağlar ve sistem doğrudan roll-to-roll kaplama hattında çalışabilir.
### Endüstriyel Makine Görüşü ile Polarizasyonlu Görüntüleme
Sistemin kalbinde Allied Vision'ın polarized makine görüş kamerası bulunuyor. Sony IMX250MZR CMOS sensöre sahip kamera, 2448 × 2048 piksel çözünürlük ve 75 fps global shutter çalışması sunar. 3.45 µm piksel boyutuna sahiptir.
Sensör, 0°, 45°, 90° ve 135° olmak üzere dört farklı polarizasyon açısını aynı anda yakalayan nanotelpolarizatör dizisi içerir. 2 × 2 piksel grupları halinde filtrelenen bu yapı, tek karede çoklu polarizasyon durumlarını kaydeder.
Aydınlatma, 350 nm ila 1100 nm arası LED kaynağı ile sağlanır. Işık yolu boyunca 45° sabit doğrusal polarizer bulunur. Yazılım, yansıyan polarizasyon bileşenlerinin yoğunluk oranlarını ölçerek, üretim hızıyla elde edilen her kare için kaplama kalınlığı haritaları oluşturur.
### Fonksiyonel Kaplamalarda Endüstriyel Doğrulama
Görüntüleme ellipsometresi, organik elektroniklerde kullanılan PET folyo üzerindeki PEDOT katmanları ve pil üretiminde kullanılan bakır folyo üzerindeki elektrolit kaplamalar gibi endüstriyel malzemelerle test edildi.
Her iki durumda da sistem, substrat üretim hızında hareket ederken niceliksel kalınlık haritaları oluşturdu.
Polarimetrik analiz, geleneksel optik sistemlerde görünmeyen kaplama düzensizlikleri, kenar kusurları ve yüzey bozukluklarının tespitini sağladı. Bu erken tespit, süreç kontrolünü geliştirip malzeme israfını azaltabilir.
### Mekanik Stabilite ve Gürültü Azaltma
Inline ellipsometri ölçümleri, folyoların titreşimleri, substratın çift kırıklılığı ve arka yüzey yansımaları gibi mekanik ve optik problemlere açıktır.
Sistem, substratın rulo geometrisi üzerinde doğrudan ölçüm yaparak bu sorunları çözer. Bu yaklaşım, geliş açısının stabil kalmasını ve titreşimlerin azalmasını sağlar.
Arka yüzey yansımaları detektörden uzaklaştırılırken, LED ışık kaynağı 20-60 nm bant genişliğinde kullanılır. Bu genişlik, ön ve arka yansımalar arasında girişim parazitlerini önler, kalınlık ölçümündeki hataları ortadan kaldırır.
### Endüstriyel Roll-to-Roll Üretime Ölçeklenebilirlik
Ölçüm konsepti, pil elektrotları ve esnek elektronik üretim hatlarında yaygın olan yaklaşık 2 metreye kadar genişlikteki folyolar için ölçeklendirilebilir.
Sistem nanometre düzeyinde ışık soğurucu katmanlardan mikrometre ölçeğinde saydam kaplamalara kadar geniş bir kalınlık aralığını ölçebilir. Sabit dalga boyu, sabit aydınlatma açısı ve hareketli parça içermeyen tasarımı sayesinde üretim hatlarına entegrasyonu kolaydır.
Bu araştırma sonuçları, 2026 yılında Flexible and Printed Electronics dergisinde yayımlanan Ferdinand Bammer ve çalışma arkadaşlarının raporunda detaylandırılmıştır.
