CN203405180U - 一种pcb板内外层线路量测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PCB板内外层线路量测仪，包括偏振干涉共焦显微装置、工业相机、FPGA相位卡和计算机，工业相机用于捕捉偏振干涉共焦显微装置产生的测量信号并传送至FPGA相位卡，FPGA相位卡用于对测量信号进行相位测量，将含有PCB板内层或外层线路中待测线条台阶边缘位置信息的相位变化数据传送至计算机；由于采用了偏振干涉共焦显微装置，利用不同偏振方向的线偏振光照射到台阶边缘反射后产生的相位变化特性，对PCB板内层或外层线路的线条边缘进行定位，其精度可达0.1°，设置十字线也非常简单快捷，由此提高了对PCB板内外层线路线宽线距量测的精度和效率，在降低系统成本的同时也降低了人力成本。

Description

一种PCB板内外层线路量测仪

技术领域

本实用新型涉及PCB板内、外层线路的量测设备领域，尤其涉及的是一种可提高量测精度和效率、并降低人力成本的PCB板内外层线路量测仪。

背景技术

PCB板内、外层线路的宽度以及相邻线路之间的间距，称为线宽/间距，线宽/间距作为PCB板的重要技术指标，其数值范围在逐年缩小，目前的线宽/间距已发展到了75μm，甚至达到了50μm，而且线宽/间距为50μm /50μm的精细导线，已逐渐成为目前PCB板微细导线的主流，由此可见线宽的测量和控制在生产过程中也就显得更加重要。

但是，传统的放大镜加荧光灯的线宽量测仪依靠的是操作人员手摇移动坐标台，通过肉眼的视线对准误差，焦距调整过程繁琐，对技术的熟练程度要求较高，不仅人员劳动强度大、费时费力，而且还无法批量检测，量测的精度和效率非常低。

同时，人力成本不断上升，客户对产品质量要求越来越高，抽检已提升为全检，降低人力成本，提高检测效率是市场的大势所趋，传统测量仪器难以满足要求。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种PCB板内外层线路量测仪，可提高量测的精度和效率，并降低人力成本。

本实用新型的技术方案如下：一种PCB板内外层线路量测仪，包括带有光源的偏振干涉共焦显微装置、具有量测功能的工业相机、FPGA相位卡和计算机，所述工业相机用于捕捉所述偏振干涉共焦显微装置产生的测量信号并传送至所述FPGA相位卡，所述FPGA相位卡用于对所述测量信号进行相位测量，将含有PCB板内层或外层线路中待测线条台阶边缘位置信息的相位变化数据传送至所述计算机。

所述的PCB板内外层线路量测仪，其中：所述偏振干涉共焦显微装置包括横向塞曼激光器、分束器、第一探测器、第一透镜、第一针孔、第二透镜、反射棱镜、显微物镜、半透半反镜、检偏器、聚光透镜、第三探测器、第三透镜、第二针孔和第二探测器；其中，所述横向塞曼激光器作为光源发出的一对正交线偏振光，通过所述分束器后分成反射光和透射光，反射光进入所述第一探测器作为参考信号，透射光经过所述第一透镜汇聚到所述第一针孔上，并通过所述第二透镜变成平行光束，平行光束经所述反射棱镜反射后经所述显微物镜被聚焦在所述PCB板上，被聚焦后的光线被所述PCB板反射后再次经所述显微物镜变回平行光，并被所述半透半反镜分成两部分：透射部分通过所述反射棱镜在所述检偏器上发生干涉，干涉光经所述聚光透镜聚焦后进入所述第三探测器产生测量信号，通过与所述第一探测器产生的参考信号进行比相位测量，得到台阶边缘相位变化信息；反射部分由所述第三透镜汇聚到所述第二针孔上，由所述第二探测器接收得到光强信号。

所述的PCB板内外层线路量测仪，其中：所述横向塞曼激光器为低频差横向塞曼He-Ne激光器。

所述的PCB板内外层线路量测仪，其中：所述反射棱镜为半孔径反射棱镜。

所述的PCB板内外层线路量测仪，其中：所述第二探测器产生的光强信号经由一锁相放大器放大后传送至所述计算机。

本实用新型所提供的一种PCB板内外层线路量测仪，由于采用了偏振干涉共焦显微装置，利用不同偏振方向(平行和垂直台阶边缘)的线偏振光照射到台阶边缘反射后产生的相位变化特性，对PCB板内层或外层线路的线条边缘进行定位，其精度可达0.1°，设置十字线也非常简单快捷，由此提高了对PCB板内外层线路线宽线距量测的精度和效率，在降低系统成本的同时也降低了人力成本。

附图说明

图1是本实用新型PCB板内外层线路量测仪的工作原理结构框图。

图2是本实用新型PCB板内外层线路量测仪所用偏振干涉共焦显微系统的光路原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的具体实施方式。

进行线宽测量其核心的内容是对线宽边缘进行准确的定位及量测，边界定位量测构成了用光学测微法测量线宽的基本任务

如图1所示，图1是本实用新型PCB板内外层线路量测仪的工作原理结构框图，该PCB板内外层线路量测仪包括偏振干涉共焦显微装置120和工业相机110，所述偏振干涉共焦显微装置120的光学干涉测量系统是一种偏振外差干涉共焦显微线宽测量系统200，该偏振外差干涉共焦显微线宽测量系统200的光源采用的是(双频)横向塞曼激光器121；通过计算机130控制PZT微动工作台140进行测量扫描，所述计算机130发出的控制信号控制Z轴扫描150的移动行程，对焦点进行定位，以获得最佳的测量光斑，测量系统利用共焦光路对PCB板(即待测样品160)进行光强测量，其光强值经锁相放大器(图未示出)获得并送入所述计算机130；同时，干涉系统产生的干涉信号(即测量信号)经具有量测功能的工业相机110捕捉后送至FPGA相位卡170进行相位测量，得到含有PCB板内层或外层线路中待测线条台阶边缘位置信息的相位变化曲线(即相位变化数据)，利用所述计算机130对该曲线进行分析，确定台阶边缘的位置，从而计算出PCB板内外层线路的线条宽度。

结合图2所示，图2是本实用新型PCB板内外层线路量测仪所用偏振干涉共焦显微系统的光路原理图，在本实用新型PCB板内外层线路量测仪的优选实施方式中，所述双频横向塞曼激光器121可采用低频差横向塞曼He-Ne激光器，其输出的一对正交线偏振光首先通过一个分束器204将入射光分成反射光和透射光两束，反射光束直接进入第一探测器201作为参考信号，透射光束首先经过第一透镜211汇聚到第一针孔205上，然后通过第二透镜212变成平行光束，该平行光束经半孔径反射棱镜207反射后经显微物镜210被聚焦在PCB板(即待测样品160)上，被聚焦后的光线被PCB板(即待测样品160)反射后再次经该显微物镜210变回平行光，并被半透半反镜214分成两部分：透射部分先通过半孔径反射棱镜207在检偏器208上发生干涉，干涉光经聚光透镜209聚焦后进入第三探测器203产生测量信号，再通过与所述第一探测器201产生的参考信号进行比相位测量，得到台阶边缘相位变化信息；反射部分先由第三透镜213汇聚于尺寸与所述第一针孔205相同的第二针孔206上，然后由第二探测器202接收得到光强信号，该光强信号最好由锁相放大器进行测量，由此可保证测量精度并可抑制杂散光的影响；而且由于采用了半孔径反射棱镜207，减少了沿原路返回双频横向塞曼激光器121的光，减少了对激光器的光回授，保证了激光器的稳频精度。

粗看起来在图2的光路上并不存在明显的参考光路和测量光路，参与干涉的两束线偏振光的相位变化是在待测样品的线条台阶边缘产生的，PCB板上内层或外层线路的线条台阶边缘会对入射的不同偏振方向的线偏振光产生不同的附加相位，当两束相互垂直的线偏振光照射PCB板后返回(即进入像空间)时变有了不同的附加相位，并在检偏器208上发生干涉，然后利用外差相位测量技术就可以精确地测出这一相位变化；而且这一相位变化直接反映了PCB板内层或外层线路的线条台阶边缘的位置信息，因此通过对这一相位变化的分析即可对PCB板内层或外层线路的线条台阶边缘进行定位，从而求出其线条宽度。

本实用新型PCB板内外层线路量测仪利用不同偏振方向的线偏振光照射到待测样品上反射后产生的相位变化特性进行边缘定位，如将平行和垂直待测样品(即PCB板内层或外层线路的线条)台阶边缘的一对线偏振光照射到该待测样品上，利用其反射后产生的相位变化特性进行台阶边缘定位，结合具有能够功能的工业相机，直接与电脑显示器或投影仪相连就能实现高清图像预览、测量和拍照功能，且与PC能非常便利第交换采集到的图像，可直接替代基于PC的测量相机，能大大降低测量系统成本和节省空间，广泛应用于生产检验量测、材料研究、PCB和SMT检查量测分析、印刷、纺织检查、医疗检测等应用领域，例如，对PCB板内层或外层线路上的线条进行直线长度的测量，对圆形、椭圆形线条进行周长和面积的测量，对矩形线条的面积进行测量，对斜线线条的角度进行测量等等。

而且，实用新型PCB板内外层线路量测仪还具有以下优点：速度快、效率高，设置十字线及测量操作非常简单方便；具有高帧率、高画质、智能化特征；大视野成像，全视野获取工件的平面信息，可连续性批量作业；高像素、高精度的量测功能，测量误差小；可依据软件的修改，调整工件测量的参数，节省硬件成本，增强灵活性；可自动保存所有参数，灵活设置数据输出格式，可用于数据SPC统计与分析，利于产品质量管控等等。

应当理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不足以限制本实用新型的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本实用新型的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种PCB板内外层线路量测仪，其特征在于，包括带有光源的偏振干涉共焦显微装置、具有量测功能的工业相机、FPGA相位卡和计算机，所述工业相机用于捕捉所述偏振干涉共焦显微装置产生的测量信号并传送至所述FPGA相位卡，所述FPGA相位卡用于对所述测量信号进行相位测量，将含有PCB板内层或外层线路中待测线条台阶边缘位置信息的相位变化数据传送至所述计算机。

2.根据权利要求1所述的PCB板内外层线路量测仪，其特征在于：所述偏振干涉共焦显微装置包括横向塞曼激光器、分束器、第一探测器、第一透镜、第一针孔、第二透镜、反射棱镜、显微物镜、半透半反镜、检偏器、聚光透镜、第三探测器、第三透镜、第二针孔和第二探测器；其中，所述横向塞曼激光器作为光源发出的一对正交线偏振光，通过所述分束器后分成反射光和透射光，反射光进入所述第一探测器作为参考信号，透射光经过所述第一透镜汇聚到所述第一针孔上，并通过所述第二透镜变成平行光束，平行光束经所述反射棱镜反射后经所述显微物镜被聚焦在所述PCB板上，被聚焦后的光线被所述PCB板反射后再次经所述显微物镜变回平行光，并被所述半透半反镜分成两部分：透射部分通过所述反射棱镜在所述检偏器上发生干涉，干涉光经所述聚光透镜聚焦后进入所述第三探测器产生测量信号，通过与所述第一探测器产生的参考信号进行比相位测量，得到台阶边缘相位变化信息；反射部分由所述第三透镜汇聚到所述第二针孔上，由所述第二探测器接收得到光强信号。

3.根据权利要求2所述的PCB板内外层线路量测仪，其特征在于：所述横向塞曼激光器为低频差横向塞曼He-Ne激光器。

4.根据权利要求2所述的PCB板内外层线路量测仪，其特征在于：所述反射棱镜为半孔径反射棱镜。

5.根据权利要求2所述的PCB板内外层线路量测仪，其特征在于：所述第二探测器产生的光强信号经由一锁相放大器放大后传送至所述计算机。

Images