CN114252003A - 铜箔厚度测量探针及其探测头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜箔厚度测量探针及其探测头，包括用于接触铜箔测量面的针杆，针杆的一端插置于针管内，针杆在针管内作轴向运动；所述针管内设置弹簧，弹簧抵住针杆以使针杆在弹簧力作用下紧密地接触铜箔测量面，多根探针穿过锥座且通过导电线与航空插座连接，该探头采用导电弹性针杆与覆铜板铜箔表面接触，避免了对铜箔材料造成机械损伤，能够保证测量的良好电学接触，保证了方块电阻测量数据的准确度和重复性以及再现性，各条探针之间根据待测平面受力略有不同，能够实时适应各种差异性的平面，真实地反映接触点的准确测量数据，提高测量精度。

Description

铜箔厚度测量探针及其探测头

技术领域

本发明涉及电子材料性能测量，具体是一种利用半导体方块电阻测量原理来测量覆铜板铜箔厚度的探测头。

背景技术

作为印刷电路板的基板材料——覆铜板(Copper Clad Laminate，覆铜板层压板，简称CCL)是在玻璃环氧基板覆合(电镀或粘合)一层铜箔，铜箔的厚度通常有18μm、35μm、55μm和70μm等4种。铜箔的厚度参数影响着电路板铜导线的电阻值、电感量、噪声电压及承受电流的大小，因此，检测铜箔厚度显得十分重要。

已知的铜箔厚度测量设备，都是基于微电阻、涡流或四探针法等原理研发，较常用的接触式金属四探针法，探针为碳化钨或高速钢，四根探针共同被单个弹簧施加压力以接触铜箔平面，探针需通过针夹再与弹簧连接，各条探针接受弹簧力是均匀一致的，仅能用于测量平面度(平整面)较高的针头位，若待测量平面不均匀，则会影响测量精度或导致测量失败，又因针尖为45°～60°的锥体，在施加压力较大时，容易“刺伤”铜箔并留下压痕，导致整块覆铜板报废。为了避免接触式测量造成的不良后果，也有采用涡流式原理制造的涡流测厚仪，但精度不及四探针法而且造价相当高昂。

已知的铜箔厚度测量设备存在的缺点，究其原因，主要跟探针材质、弹簧施加压力和探针针头形状等因素有关，只有研发合理结构的探针及其探测头才能解决在线铜箔厚度高速测量尚未解决的难题。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明提出一种选用合理的探针材质、弹簧施加压力及其结构、探针针头形状以提升测量准确度、延长使用寿命、对被测铜箔面友好的铜箔厚度测量探测头。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种铜箔厚度测量探针，包括用于接触铜箔测量面的针杆，所述针杆的一端插置于针管内，针杆在针管内作轴向运动；所述针管内设置弹簧，弹簧抵住针杆以使针杆在弹簧力作用下紧密地接触铜箔测量面。

优选地，所述针杆的针头为半球形或圆弧形。

优选地，所述半球形针头的曲率半径为0.23-0.25mm。

优选地，所述针杆的材料为碳素工具钢。

同时，本发明采用的技术方案是：一种铜箔厚度测量探测头，包括圆筒，圆筒的两端分别装配锥座和航空插座，锥座内有四根铜箔厚度测量探针穿过，探针顶端通过导电线与航空插座连接，其特征在于：所述铜箔厚度测量探针由用于接触铜箔测量面的针杆、用于插置针杆的针管及针管内设置的弹簧组成，弹簧抵住针杆与针管内壁之间，针杆在弹簧力作用下紧密地接触铜箔测量面。

优选地，所述锥座安装针板，针板开设有针孔，针孔内嵌装宝石轴套，宝石轴套供针杆穿过。

优选地，所述针杆的针头为半球形或圆弧形。

优选地，所述半球形针头的曲率半径为0.23～0.25mm。

优选地，所述针杆的材料为碳素工具钢。

优选地，所述锥座设置侧板，侧板安装绝缘罩，绝缘罩固定地封装针管。

实用上述技术方案，本发明使用了全新改进的探针材质、针头形状、弹簧压力和针杆导向结构，取得了意想不到的效果：

1、该探头采用导电弹性针杆与覆铜板铜箔表面接触，半圆形探针针头，相较于传统锥形探针针头，避免了对铜箔材料造成机械损伤，半圆形的探针的接触面积大，能够保证测量的良好电学接触，保证了方块电阻测量数据的准确度和重复性以及再现性。

2、由于针管的内部设置有能上下弹性伸缩的弹簧，当多个探针对对象进行测量时，各条探针由于其连接的能上下弹性伸缩的弹簧的作用而保证与对象的对应针头分的表面紧密接触，从而使得所有探针均能与对象的对应针头分的表面保持紧密接触，从而保证了测量精度，降低了被测表面的平面度要求。

3、由于探针与弹簧自成一体，无需通过中间件(针夹)再与弹簧连接，减少了不稳定的机械接触，也减少了针间距的变化，使测量重复性更好。各条探针之间根据待测平面受力略有不同，能够实时适应各种差异性的平面，真实地反映接触点的准确测量数据，提高测量精度。

附图说明

图1是铜箔厚度测量探测头的结构示意图。

图2是铜箔厚度测量探针的结构示意图。

图3是探针的针杆的装配图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1至图3，铜箔厚度测量探测头主要由外壳、探针6、航空插座10和绝缘件组成。外壳由圆筒2和锥座1构成，圆筒2的两端分别套装航空插座10和锥座1。外壳的内部主要容纳航空插座10、探针6、侧板5和绝缘件等。

锥座1的两端分别安装孔板4、针板5和侧板5，孔板4供针管6.1穿过。锥座1的针杆端设置绝缘盖9，绝缘盖9开设有方形通孔以供针杆穿出，绝缘盖9将针板5固定。针板5开设有多个针孔3.1，针孔3.1内嵌装红宝石轴套11，红宝石轴套11供针杆6.2穿过。生产线上的探针是耗材，作为导向功能的红宝石轴套的耐磨性能保证了探针间距的稳定，达到生产线上要求的测量重复性。红宝石轴套11的内孔直径比探针直径仅大5μm以内，确保探针在上下运动时不会产生影响测量精度的左右晃动。侧板5的一端(底端)安装于锥座1，侧板5位于针管6.1的旁边。侧板5的另一端(顶端)安装绝缘罩7，绝缘罩7用于固定地封装针管6.1。

探针6由针管6.1、针杆6.2和弹簧6.3构成，针管6.1仅有一个开口，针管6.1内部空置弹簧6.3，针管6.2轴向地插置针杆6.2，弹簧6.3抵住针杆6.3和针管6.1内壁。针杆6.2引接导电线8，导线8接入航空插座10。针杆6.2的直径为0.485mm，材料选用SK4(T10)号碳素工具钢。针杆的针头为半球形，曲率半径R为0.2425±0.005mm，在1.5N压力下不会对铜箔产生损伤，又能取得稳定的测试信号。碳素工具钢的硬度和弹性模量与铜箔匹配可以形成良好的接触面，接触电阻小又不会使铜箔产生不可逆形变。而常用探针材料如碳化钨，虽然硬度更高、更耐磨，但是与铜箔接触只能改变铜箔的形状，使铜箔产生范性形变受到损伤。

根据测量铜箔的方块电阻与电阻率的关系式：厚度W＝ρ/R(R-方块电阻，ρ-电阻率)，电阻率是已知常数，只要应用本专利申请的探测头测量得到方块电阻，就能计算得出铜箔的厚度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也能够经适当组合，形成本领域技术人员能够理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种铜箔厚度测量探针，包括用于接触铜箔测量面的针杆，其特征在于：所述针杆的一端插置于针管内，针杆在针管内作轴向运动；所述针管内设置弹簧，弹簧抵住针杆以使针杆在弹簧力作用下紧密地接触铜箔测量面。

2.根据权利要求1所述的铜箔厚度测量探针，其特征在于：所述针杆的针头为半球形或圆弧形。

3.根据权利要求2所述的铜箔厚度测量探针，其特征在于：所述半球形针头的曲率半径为0.23-0.25mm。

4.根据权利要求1所述的铜箔厚度测量探针，其特征在于：所述针杆的材料为碳素工具钢。

5.一种铜箔厚度测量探测头，包括圆筒，圆筒的两端分别装配锥座和航空插座，锥座穿设四条铜箔厚度测量探针，探针通过导电线与航空插座连接，其特征在于：所述铜箔厚度测量探针由用于接触铜箔测量面的针杆、用于插置针杆的针管及针管内设置的弹簧组成，弹簧抵住针杆与针管内壁之间，针杆在弹簧力作用下紧密地接触铜箔测量面。

6.据权利要求5所述的铜箔厚度测量探测头，其特征在于：所述锥座安装针板，针板开设有针孔，针孔内嵌装宝石轴套，宝石轴套供针杆穿过。

7.根据权利要求5所述的铜箔厚度测量探测头，其特征在于：所述针杆的针头为半球形或圆弧形。

8.根据权利要求7所述的铜箔厚度测量探测头，其特征在于：所述半球形针头的曲率半径为0.23-0.25mm。

9.根据权利要求5所述的铜箔厚度测量探测头，其特征在于：所述针杆的材料为碳素工具钢。

10.根据权利要求5所述的铜箔厚度测量探测头，其特征在于：所述锥座设置侧板，侧板安装绝缘罩，绝缘罩固定地封装针管。

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