CN110779436A - 应用于pcb多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，包含下列步骤：首先备置设置在PCB多层板的上层的第一感测单元，及设置在该下层的第二感测单元，接着该第一、二感测单元向该上、下层表面产生感应电动势或电场，该上、下层的金属面的阻抗形成涡电流或反射信号，该第一、二感测单元量测该涡电流或反射信号，得到第一阻抗值及第二阻抗值，然后该上、下层的涡电流或反射信号产生反射的逆电动势或再反射信号，该第一、二感测单元量测该逆电动势或再反射信号，得到第三阻抗值及第四阻抗值，最后处理单元依据该第一、二、三、四阻抗值执行厚度计算，取得该上层的第一厚度以及该下层的第二厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种量测方法，特别涉及一种应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法。
背景技术
随着半导体制程技术不断地演进，金属镀膜制程搭配蚀刻或研磨制程大量应用在制作集成电路的连接导通，已成为先进制程的重要关键技术。
传统的薄膜量测设备进行金属薄膜厚度的量测大多以接触式的量测技术为主。然而，金属薄膜不具透光性，多半是使用破坏性、接触式的四点探针量测方法来量测镀膜厚度，且接触式的量测方式会因为接触到金属薄膜而造成薄膜本体的损伤，导致传统量测技术通常是先撷取样品的一部分，并且以静态的方式进行量测，此外，传统量测设备的准确率只能量测到单一金属层的薄膜厚度，而无法针对多层薄膜结构进行量测。
近年来，非接触式量测镀膜厚度的方法渐渐受到重视。已知的技术有利用对金属薄膜的特定区域施加特定热量，由金属薄膜的温度变化推算其厚度；利用对金属薄膜施加脉冲能量，由产生的声波振幅及频率来推算金属薄膜的厚度；利用对金属薄膜施加线圈磁场(magnetic field of Helmholtz coil)，由涡电流(eddy current)损失量推算金属薄膜的厚度，上述的量测方法须建立完整的理论模型及比对数据库，以推算出金属薄膜的厚度。因此，如何设计出更快速准确地针对多层薄膜结构进行量测，是本领域目前重要的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的，是提供一种应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，包含下列步骤。
首先，备置设置在PCB多层板的上层的第一感测单元，及设置在该PCB多层板的下层的第二感测单元，接着，该第一、二感测单元分别产生交变磁场，并向该PCB多层板的上、下层表面产生感应电动势或电场，该上、下层的金属面的阻抗形成位于该上、下层表面的涡电流或反射信号，该第一、二感测单元量测该涡电流或反射信号，以得到位于该上层的第一阻抗值，以及位于该下层的第二阻抗值，然后，形成于该上、下层的涡电流或反射信号产生自该上、下层反射的逆电动势或再反射信号，该第一、二感测单元量测该逆电动势或再反射信号，以得到自该上层反射的第三阻抗值，以及自该下层反射的第四阻抗值，最后，处理单元与该第一、二感测单元电连接并依据该第一、二感测单元所取得的第一、二、三、四阻抗值执行厚度计算，以取得该PCB多层板的上层的第一厚度，以及该下层的第二厚度。
本发明的另一技术手段，是在于上述的第一厚度的厚度计算是将该上层的第一、三阻抗值差值除以该第一、二感测单元向该上、下层表面产生感应电动势或电场的作用面积，而该第二厚度的厚度计算是将该下层的第二、四阻抗值差值除以该第一、二感测单元向该上、下层表面产生感应电动势或电场的作用面积。
本发明的又一技术手段，是在于上述的第一、二感测单元的波束宽度(BeamWidth)为X，该PCB多层板与该上、下层的间距各为d，该PCB多层板的作用面积A为((tanθX/2x d)x 2)2。
本发明的再一技术手段，是在于上述的第一、二感测单元的波束宽度X为61度。
本发明的另一技术手段，是在于上述的第一、二感测单元与该PCB多层板的上、下层的间距介于0.1mm～10mm。
本发明的又一技术手段，是在于上述的第一、二感测单元为微带天线，用以非接触式量测该上、下层的金属层的厚度，该微带天线包括具有第一面及相反的第二面的基板、设置于该基板的第二面的金属接地层、设置于该基板的第一面的辐射体、设置于该基板的第一面的微带线，及馈入部，该辐射体具有第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、及第四辐射部，该微带线具有第一屏壁，及与该第一屏壁垂直交叉连接的第二屏壁，该馈入部具有与该金属接地层连接的连接端，及位于该第一面且与该连接端及该微带线连接的馈入端。
本发明的再一技术手段，是在于上述的基板更具有第一边、与该第一边对向设置的第二边、位于该第一、二边间的第三边，及与该第三边对向设置的第四边，该微带线的第一屏壁具有第一短边，及对向的第二短边，该第二屏壁具有第三短边，及对向的第四短边，该第一短边不与该第一边连接，而该第二短边与该第二边连接，该第一、二屏壁界定出四个辐射区，该第一、二、三、四辐射部是分设于该四辐射区中。
本发明的另一技术手段，是在于上述的第一、三辐射部的一侧与该第二屏壁的第三短边至该第三边的距离相同，该第二、四辐射部的一侧与该第二屏壁的第四短边至该第四边的距离相同，该第一屏壁的第一短边至该第一边的距离大于该第一、二辐射部的一侧至该第一边的距离。
本发明的又一技术手段，是在于上述的第一、三辐射部的一侧与该第三短边至该第三边的距离及该第二、四辐射部的一侧与该第四短边至该第四边的距离大于该第一、二辐射部的一侧至该第一边的距离与该第三、四辐射部的一侧至该第二边的距离。
本发明的再一技术手段，是在于上述的第一、二感测单元的发射频率介于1MHz～2.5GHz。
本发明的另一技术手段，是在于上述的PCB多层板的层数是介于2～16层间。
本发明的又一技术手段，是在于上述的PCB多层板的上、下层结构为金属层，且该上层具有该第一厚度，该下层具有该第二厚度，并依序向内堆栈有至少绝缘层与至少黏着层至该PCB多层板的预定层数。
本发明的有益功效在于，藉由该第一、二感测单元透过非接触方式量测该PCB多层板的两个表面的金属层厚度，且该PCB多层板的层数可以是介于2～16层间的多层板，以满足不同产业的需求，此外，透过该微带天线的特殊设计，使该第一、二感测单元向该上、下层表面产生感应电动势的作用面积具均匀性，以达到准确地量测而计算出该PCB多层板的上、下层铜厚的最终目的。
附图说明
图1说明本发明应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法的较佳实施例；
图2说明本较佳实施例中的流程示意；
图3说明本较佳实施例中微带天线的态样；
图4说明该微带天线的另一视角态样；
图5为2D辐射场型模拟图；及
图6为3D辐射场型模拟图。
具体实施方式
有关本发明的相关申请专利特色与技术内容，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
参阅图1、2，为本发明应用于PCB(印刷电路板Printed Circuit Board)多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法的较佳实施例，其包含下列步骤。
首先，进行步骤91，备置设置在PCB多层板1的上层11的第一感测单元2，及设置在该PCB多层板1的下层12的第二感测单元3。本发明的量测方法的量测对象可以是各种表面镀层材料为金属的PCB多层板1结构。
于此，该PCB多层板1的层数是介于2～16层间，而该PCB多层板1的最上层11与最下层12结构均为金属层，其材质可为铜、铁等导电材质，进一步地，该上层11具有第一厚度，而该下层12具有第二厚度，并依序向内堆栈有至少一个绝缘层13与至少一个黏着层14至该PCB多层板1的预定层数。
较佳地，该第一、二感测单元2、3与该PCB多层板1的上、下层11、12的间距介于0.1mm～10mm，再者，该第一、二感测单元2、3的发射频率介于1MHz～2.5GHz。
在本较佳实施例中，该第一、二感测单元2、3为微带天线5，用以透过非接触方式量测该PCB多层板1的最上层11与最下层12的金属层的厚度，具体来说，该第一、二感测单元2、3是分设在靠近但不接触该PCB多层板1的上层11与该下层12。
再请参阅图3、4，该微带天线5包括具有第一面511及相反的第二面512的基板51、设置于该基板51的第二面512的金属接地层52、设置于该基板51的第一面511的辐射体53、设置于该基板51的第一面511的微带线54，及馈入部55。
该基板51为Duroid高频微波电路板，更具有第一边513、与该第一边513对向设置的第二边514、位于该第一、二边间513、514的第三边515，及与该第三边515对向设置的第四边516。该金属接地层52能以印刷或蚀刻制程形成于该第二面512，或以冲压、雕刻制程形成该金属接地层52后再将其设置于该第二面512，以作为整体的接地面。
该辐射体53分别概呈正方体，具有第一辐射部531、第二辐射部532、第三辐射部533、及第四辐射部534，该辐射体53以印刷或蚀刻制程形成于该第一面511，或以冲压、雕刻制程形成该辐射体53后再将其设置于该第一面511。
该微带线54概呈十字形态并具有第一屏壁541，及与该第一屏壁541垂直交叉连接的第二屏壁542，该微带线54的第一屏壁541具有第一短边5411，及对向的第二短边5412，该第二屏壁542具有第三短边5421，及对向的第四短边5422，该第一短边5411不与该第一边513连接，而该第二短边5412与该第二边514连接，该第一、二屏壁541、542界定出四个辐射区543，该第一、二、三、四辐射部531、532、533、534是分设于该四辐射区543中。
进一步地，该第一、三辐射部531、533的一侧与该第二屏壁542的第三短边5421至该第三边515的距离相同，该第二、四辐射部532、534的一侧与该第二屏壁542的第四短边5422至该第四边516的距离相同，该第一屏壁541的第一短边5411至该第一边513的距离大于该第一、二辐射部531、532的一侧至该第一边513的距离。
再者，该第一、三辐射部531、533的一侧与该第三短边5421至该第三边515的距离及该第二、四辐射部532、534的一侧与该第四短边5422至该第四边516的距离大于该第一、二辐射部531、532的一侧至该第一边513的距离与该第三、四辐射部533、534的一侧至该第二边514的距离。
该馈入部55用以馈入信号，具有与该金属接地层52连接的连接端551，及位于该第一面511且与该连接端551及该微带线54连接的馈入端552。
接着，进行步骤92，该第一、二感测单元2、3分别产生交变磁场，并向该PCB多层板1的上、下层11、12表面产生感应电动势或电场，该上、下层11、12的金属面的阻抗形成位于该上、下层11、12表面的涡电流或反射信号，该第一、二感测单元2、3量测该涡电流或反射信号，以得到位于该上层11的第一阻抗值，以及位于该下层12的第二阻抗值。
然后，进行步骤93，形成于该上、下层11、12的涡电流或反射信号产生自该上、下层11、12反射的逆电动势或再反射信号，该第一、二感测单元2、3量测该逆电动势或再反射信号，以得到自该上层11反射的第三阻抗值，以及自该下层12反射的第四阻抗值。
最后，进行步骤94，处理单元6与该第一、二感测单元2、3电连接，并依据该第一、二感测单元2、3所取得的第一、二、三、四阻抗值执行厚度计算，以取得该PCB多层板1的上层11的第一厚度，以及该下层12的第二厚度。
其中，该第一厚度的厚度计算是将该上层11的第一、三阻抗值差值除以该第一、二感测单元2、3向该上、下层11、12表面产生感应电动势或电场的作用面积，而该第二厚度的厚度计算是将该下层12的第二、四阻抗值差值除以该第一、二感测单元2、3向该上、下层11、12表面产生感应电动势或电场的作用面积。
透过上述的量测方法亦可先量测该第一、二感测单元2、3相对该上、下层11、12的不同间距、不同厚度、发射频率、PCB多层板1材质等条件的第一、二、三、四阻抗值，以取得标准曲线数值，于实际操作时即可透过标准曲线数值带入其标准值进行厚度计算。
进一步地，该第一、二感测单元2、3的波束宽度(Beam Width)为X，该PCB多层板1与该上、下层11、12的间距各为d，该PCB多层板的作用面积A为((tanθX/2x d)x 2)2，其中，该第一、二感测单元的波束宽度X为61度。
举以该PCB多层板1与该上、下层11、12的间距为2mm带入上述的计算式((tan30.5°x 2mm)x 2)2，所得该第一感测单元2、3向该上、下层11、12表面产生感应电动势或电场的作用面积约5.12mm，将该上层11的第一、三阻抗值差值除以该作用面积数值以得到该第一厚度，将该下层12的第二、四阻抗值差值除以该作用面积数值以得到该第二厚度。
配合参阅图5，为Y-Z平面的2D辐射场型模拟图，透过该第一、二屏壁541、542的设置，令该微带天线5的波束宽度(Beam Width)为61度，可减少讯息受反射信号所产生的相位差异所导致信号的干扰，而能有效地运用于该PCB多层板1的铜厚量测。
再请参阅图6，为3D辐射场型模拟图，藉由该第一、二屏壁541、542垂直交叉成十字形态的微带线54且分设于该第一、二、三、四辐射部531、532、533、534间，可达到场型均匀的功效，因此，透过该微带天线5的特殊设计，使该第一、二感测单元2、3向该上、下层11、12表面产生感应电动势的或电场作用面积具均匀性，以达到准确地量测而计算出该PCB多层板1的上、下层11、12铜厚的最终目的。
综上所述，本发明应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，藉以该第一、二感测单元2、3透过非接触方式量测该PCB多层板1的两个表面的金属层厚度，该第一、二感测单元2、3取得的第一、二、三、四阻抗值执行厚度计算，以得该PCB多层板1的上层11的第一厚度与该下层12的第二厚度，且该PCB多层板1的层数可以是介于2～16层间的多层板，除了可以满足不同产业的需求外，更可快速且准确地取得金属层的厚度，故确实可以达成本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (12)
1.一种应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，包含下列步骤︰
(A)备置设置在所述PCB多层板的上层的第一感测单元，及设置在所述PCB多层板的下层的第二感测单元；
(B)所述第一、二感测单元分别产生交变磁场，并向所述PCB多层板的上、下层表面产生感应电动势或电场，所述上、下层的金属面的阻抗形成位于所述上、下层表面的涡电流或反射信号，所述第一、二感测单元量测所述涡电流或反射信号，以得到位于所述上层的第一阻抗值，以及位于所述下层的第二阻抗值；
(C)形成于所述上、下层的涡电流或反射信号产生自所述上、下层反射的逆电动势或再反射信号，所述第一、二感测单元量测所述逆电动势或再反射信号，以得到自所述上层反射的第三阻抗值，以及自所述下层反射的第四阻抗值；及
(D)处理单元与所述第一、二感测单元电连接并依据所述第一、二感测单元所取得的第一、二、三、四阻抗值执行厚度计算，以取得所述PCB多层板的上层的第一厚度，以及所述下层的第二厚度。
2.根据权利要求1所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一厚度的厚度计算是将所述上层的第一、三阻抗值差值除以所述第一、二感测单元向所述上、下层表面产生感应电动势或电场的作用面积，而所述第二厚度的厚度计算是将所述下层的第二、四阻抗值差值除以所述第一、二感测单元向所述上、下层表面产生感应电动势或电场的作用面积。
3.根据权利要求2所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一、二感测单元的波束宽度(Beam Width)为X，所述PCB多层板与所述上、下层的间距各为d，所述PCB多层板的作用面积A为((tanθX/2xd)x2)2。
4.根据权利要求3所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一、二感测单元的波束宽度X为61度。
5.根据权利要求4所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一、二感测单元与所述PCB多层板的上、下层的间距介于0.1mm～10mm。
6.根据权利要求5所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一、二感测单元为微带天线，用以非接触式量测所述上、下层的金属层的厚度，所述微带天线包括具有第一面及相反的第二面的基板、设置于所述基板的第二面的金属接地层、设置于所述基板的第一面的辐射体、设置于所述基板的第一面的微带线，及馈入部，所述辐射体具有第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、及第四辐射部，所述微带线具有第一屏壁，及与所述第一屏壁垂直交叉连接的第二屏壁，所述馈入部具有与所述金属接地层连接的连接端，及位于所述第一面且与所述连接端及所述微带线连接的馈入端。
7.根据权利要求6所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述基板更具有第一边、与所述第一边对向设置的第二边、位于所述第一、二边间的第三边，及与所述第三边对向设置的第四边，所述微带线的第一屏壁具有第一短边，及对向的第二短边，所述第二屏壁具有第三短边，及对向的第四短边，所述第一短边不与所述第一边连接，而所述第二短边与所述第二边连接，所述第一、二屏壁界定出四个辐射区，所述第一、二、三、四辐射部是分设于所述四辐射区中。
8.根据权利要求7所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一、三辐射部的一侧与所述第二屏壁的第三短边至所述第三边的距离相同，所述第二、四辐射部的一侧与所述第二屏壁的第四短边至所述第四边的距离相同，所述第一屏壁的第一短边至所述第一边的距离大于所述第一、二辐射部的一侧至所述第一边的距离。
9.根据权利要求8所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一、三辐射部的一侧与所述第三短边至所述第三边的距离及所述第二、四辐射部的一侧与所述第四短边至所述第四边的距离大于所述第一、二辐射部的一侧至所述第一边的距离与所述第三、四辐射部的一侧至所述第二边的距离。
10.根据权利要求9所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述第一、二感测单元的发射频率介于1MHz～2.5GHz。
11.根据权利要求10所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述PCB多层板的层数是介于2～16层间。
12.根据权利要求11所述的应用于PCB多层板的非接触式上下层铜厚的量测方法，其特征在于，所述PCB多层板的上、下层结构为金属层，且所述上层具有所述第一厚度，所述下层具有所述第二厚度，并依序向内堆栈有至少一个绝缘层与至少一个黏着层至所述PCB多层板的预定层数。
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