Difetti tipici del disco encoder: foro di spillo, graffio, residuo di cromo e linea interrotta

Al microscopio su un disco encoder si vedono talvolta punti chiari nelle linee nere, punti scuri nelle fenditure chiare, tracce chiare sottili e allungate o linee interrotte. Questo articolo presenta uno per uno i quattro difetti tipici – foro di spillo, graffio, residuo di cromo e linea interrotta – con aspetto, cause ed effetto sul segnale, e spiega quali aspetti guardare nel giudizio.

Mettendo un disco in vetro sotto il microscopio, quasi ovunque si vedono strisce bianche e nere regolari. Ogni tanto, però, compare qualcosa di «diverso»: un punto chiaro in una linea nera, un punto scuro in una fenditura chiara, una traccia chiara sottile e allungata che attraversa di sbieco diverse linee, oppure una linea interrotta per un tratto.

Sono tutti difetti tipici dei dischi encoder. Hanno origini diverse e influiscono in modo diverso sul segnale, vedi Figura 1.

Figura 1 – Schema ingrandito dei quattro difetti tipici: mentre il disco scorre davanti a una piccola finestra di lettura, la curva blu è la luce effettivamente trasmessa, quella grigia la luce trasmessa in assenza di difetti.

Prima distinguere «dovrebbe essere scuro» da «dovrebbe essere chiaro»

Prendiamo un disco in vetro a trasmissione: le linee di cromo bloccano la luce e sono scure, le fenditure di vetro la trasmettono e sono chiare. Tutti i difetti si dividono a grandi linee in due categorie:

Chiaro dove dovrebbe essere scuro: manca un pezzo di cromo, come nei fori di spillo, nei graffi sul cromo e nelle linee interrotte. Risultato: passa luce e il minimo del segnale si alza.
Scuro dove dovrebbe essere chiaro: nella fenditura c’è qualcosa in più, come residui di cromo, particelle o sporco. Risultato: la luce viene schermata e il massimo del segnale si abbassa.

Per i dischi metallici a riflessione il principio è lo stesso, solo che «chiaro» diventa la zona riflettente e «scuro» la zona non riflettente.

Fori di spillo e linee interrotte: manca un pezzo di cromo

Il foro di spillo è un piccolo foro nello strato di cromo. Le cause più comuni sono tre: prima della deposizione sul substrato c’era una particella che, staccandosi dopo la deposizione, lascia un punto senza cromo; nel fotoresist c’è una bolla o una particella attraverso cui si infiltra la soluzione di attacco, che asporta cromo che doveva restare; oppure è la fotomaschera stessa ad avere un difetto, che viene replicato su ogni disco e quindi compare sempre nella stessa posizione.

Nella linea interrotta una linea è tagliata trasversalmente, di solito da una particella più grande, da un graffio che attraversa la linea o da un gruppo di fori di spillo. È il difetto in cui manca più cromo: quando la finestra di lettura vi passa sopra, il minimo si alza in modo più evidente.

Graffi: quasi sempre da contatto

I graffi nascono per lo più durante la movimentazione, l’impilamento, la presa con pinzette o la pulizia con un panno che trattiene particelle. Un graffio sul cromo lo asporta e appare come una linea chiara, spesso trasversale su più linee; un graffio sul lato vetro diffonde la luce ed è particolarmente visibile con luce radente. Anche il montaggio dopo la consegna può produrre graffi, per cui pure la manipolazione del disco va fatta con il metodo giusto.

Residuo di cromo: cromo in più nella fenditura

Il residuo di cromo è cromo che doveva essere inciso ma non è stato rimosso del tutto; si presenta come un punto di cromo nella fenditura o come una sporgenza sul bordo della linea. Con il consueto fotoresist positivo, il resist sopra le fenditure trasparenti va prima esposto e sviluppato, poi il cromo sottostante viene inciso; se durante l’esposizione una particella fa ombra, o se sviluppo o incisione sono insufficienti, il cromo rimane. Nei casi gravi il residuo unisce due linee adiacenti: si parla allora di «linee unite» o di «ponte».

Il giudizio guarda tre cose: dimensione, posizione, numero

La dimensione va valutata insieme alla larghezza linea. Con raggio di lettura 20 mm e 2500 linee la larghezza linea è di circa 25 μm; con raggio 5 mm e 5000 linee il passo è di soli 6,3 μm e la larghezza linea di circa 3 μm. Lo stesso foro di spillo da 5 μm nel primo caso è solo un puntino sulla linea, nel secondo è già più largo della linea.

La posizione determina la severità. La finestra di lettura della traccia incrementale copre molte linee contemporaneamente e un singolo piccolo difetto viene mediato. Le finestre della traccia di zero e della traccia assoluta sono piccole e coinvolgono poche linee, quindi un difetto della stessa dimensione pesa di più; sulla traccia assoluta può addirittura far leggere male un bit. Fuori dalle tracce, nella zona di incollaggio vicino al foro, i requisiti si possono allentare.

Contano anche numero e distribuzione. Un singolo piccolo foro di spillo e una zona fitta di fori hanno un significato del tutto diverso.

Quali dimensioni e quanti difetti siano ammessi va concordato tra le parti nel disegno o in una specifica dei difetti, accompagnata da campioni limite. Vanno indicate anche le condizioni di controllo, ad esempio ingrandimento e tipo di illuminazione. Lo stesso difetto, con un altro ingrandimento e un’altra illuminazione, può apparire completamente diverso.

Conclusioni

Fori di spillo, linee interrotte e graffi sul cromo significano «cromo mancante»: il minimo del segnale si alza; il residuo di cromo significa «cromo in più»: il massimo del segnale si abbassa. Valutando la dimensione del difetto insieme alla larghezza linea, separando le zone funzionali da quelle non funzionali e concordando in anticipo le condizioni di controllo, le due parti arriveranno alle stesse conclusioni.

Traduzione dell’articolo originale cinese (0032). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com