NV-Stromkamera: den Kurzschluss finden, den niemand sieht (3D)
Über diese App
Eine Platine mit verstecktem Kurzschluss: Sichtprüfung, Röntgen und Wärmebild zeigen nichts Eindeutiges. Eine Diamantschicht mit NV-Zentren macht das Magnetfeld der Ströme als Bild sichtbar, daraus folgen Strompfad und Fehlerort. Drei Fehlerfälle zum Selbstsuchen, Abstand und Biot-Savart zum Ausprobieren.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Worum es geht
Jeder Strom erzeugt ein Magnetfeld, das mit dem Abstand abfällt (Biot-Savart). Über einer Leiterbahn zeigt die senkrechte Feldkomponente zwei Streifen, positiv auf der einen und negativ auf der anderen Seite. Ein Quanten-Diamant-Mikroskop legt eine Diamantschicht mit Milliarden NV-Zentren auf die Probe, regt sie mit grünem Licht an und liest das rote Leuchten mit einer Kamera aus. Jeder Bildpunkt liefert ein eigenes ODMR-Spektrum; die Verschiebung der Resonanz, rund 28 kHz je Mikrotesla, ergibt das Feld.
Was die App zeigt
Eine Platine hat einen versteckten Kurzschluss, durch den 2 mA fließen. Sichtprüfung, Röntgen und Wärmebild zeigen nichts Eindeutiges: Fäden von wenigen Mikrometern sind zu dünn für das Röntgenbild, und 6,6 mW verlaufen im Wärmebild zu einem breiten Fleck. Das NV-Bild zeigt das Magnetfeld des Stroms; daraus werden Strompfad und Fehlerort rekonstruiert. Drei Fehlerfälle: Dendrit unter dem Lack, Faden in einer inneren Lage, Schluss an einer Durchkontaktierung.
Was du ausprobieren kannst
Wechsle zwischen den Prüfverfahren und nimm dann ein NV-Bild auf. Tippe auf die Stelle, an der du den Fehler vermutest, und lass dir die Entfernung zum echten Fehler nennen. Vergrößere den Abstand zwischen Diamant und Kupfer: Das Feld wird schwächer und breiter, die Ortung gröber. Im Fall mit dem Faden in einer inneren Lage siehst du, warum tiefe Fehler schwerer zu orten sind.
Häufige Fragen
- Was ist ein Quanten-Diamant-Mikroskop?
- Ein Quanten-Diamant-Mikroskop (QDM) ist ein Weitfeld-Magnetometer aus einer Diamantschicht mit vielen NV-Zentren. Grünes Licht regt sie an, eine Kamera nimmt ihr rotes Leuchten auf, während eine Mikrowelle durchgestimmt wird. Aus der Verschiebung der Resonanz in jedem Bildpunkt entsteht eine Karte des Magnetfelds.
- Wie findet man mit Magnetfeldbildern einen Kurzschluss?
- Ein Kurzschluss leitet Strom, und jeder Strom hat ein Magnetfeld. Das Feldbild zeigt, entlang welcher Leiterbahnen Strom fließt und wo er sie verlässt. Eine Software rechnet aus dem Feld die Stromdichte zurück; die Auflösung liegt etwa beim Abstand zwischen Strom und Sensorschicht.
- Warum zeigt ein Wärmebild kleine Leckströme schlecht?
- Bei wenigen Milliampere werden nur Milliwatt frei. Die Wärme verläuft im Kupfer und im Trägermaterial, sodass ein schwacher, breiter Fleck entsteht. Lock-in-Thermografie ist empfindlicher, bleibt aber unschärfer als das Magnetfeld, das direkt am Strom hängt.
- Was kann ich in dieser App ausprobieren?
- Du vergleichst Sichtprüfung, Röntgen und Wärmebild mit dem NV-Bild, suchst den Fehler in drei Fällen selbst, lässt die Strompfade rekonstruieren und änderst den Abstand der Diamantschicht. Der Erklärmodus führt Schritt für Schritt vom unsichtbaren Fehler zum Fehlerort.
Fach: Quantensensorik
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