專(zhuān)利名稱(chēng)：一種介質(zhì)厚度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及非電量測(cè)量裝置，特別涉及一種新型介質(zhì)厚度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)線路板高頻性能的要求越來(lái)越高，特性阻抗控制成為很普遍的要求。介質(zhì)厚度是影響特性阻抗的一個(gè)很重要的因素，因此介質(zhì)厚度控制顯得越來(lái)越重要。線路板發(fā)展的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是激光鉆孔技術(shù)，在激光鉆孔的工藝開(kāi)發(fā)和品質(zhì)控制中，介質(zhì)厚度是影響最大的一個(gè)因素。此外，要取得良好的盲孔制作效果，也必須對(duì)介質(zhì)厚度實(shí)施精確監(jiān)控。
總之，隨著線路板性能的提高，介質(zhì)厚度的精確監(jiān)控顯得愈發(fā)重要。在已有技術(shù)的介質(zhì)厚度控制技術(shù)中，廣為采用的是金相切片法，這是一種破壞性的測(cè)試方法，成本很高而且效率很低，不能及時(shí)反饋數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型介質(zhì)厚度測(cè)量裝置，它對(duì)被測(cè)線路板沒(méi)有破壞性，并且能夠精確、實(shí)時(shí)地提供測(cè)量結(jié)果。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種介質(zhì)厚度測(cè)量裝置，包含橋式電路，其包含平衡變壓器、標(biāo)準(zhǔn)電容器和電阻器，其中，平衡變壓器的初級(jí)線圈與交流信號(hào)源連接，標(biāo)準(zhǔn)電容器的其中一端和待測(cè)厚度線路板的其中一面經(jīng)同一電阻器與次級(jí)線圈的均分壓抽頭相連，標(biāo)準(zhǔn)電容器的另一端和待測(cè)厚度線路板的另一面分別與次級(jí)線圈的兩個(gè)同極性端相連；檢波和整流電路，其包含兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中，前一放大器的反相輸入端與標(biāo)準(zhǔn)電容器的所述其中一端相連，前一放大器的輸出端與同相輸入端以及后一運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，后一放大器的輸出端經(jīng)極性反向的二極管與后一放大器的同相輸入端相連；以及輸出電路，其包含放大器，其中，放大器的同相輸入端與檢波和整流電路中后一放大器的輸出端相連。
比較好的是，在上述介質(zhì)厚度測(cè)量裝置中，所述標(biāo)準(zhǔn)電容器為已知厚度的線路板。
比較好的是，在上述介質(zhì)厚度測(cè)量裝置中，所述平衡變壓器的均分壓抽頭接地。
在上述本實(shí)用新型的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置中，即使全部采用普通元器件也可獲得很高的測(cè)量精度，因此降低了測(cè)量裝置的成本。而且由于采用已知厚度的線路板作為標(biāo)準(zhǔn)電容器，所以可以克服環(huán)境帶來(lái)的測(cè)量誤差。


圖1為按照本實(shí)用新型的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置中橋式電路的原理圖。
圖2為按照本實(shí)用新型的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置所用信號(hào)波形示意圖。
圖3為按照本實(shí)用新型的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置中檢波和整流電路的原理圖。
圖4為按照本實(shí)用新型的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置中輸出電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
為了能進(jìn)行非破壞性的高效率測(cè)量，比較好的方法是將介質(zhì)厚度轉(zhuǎn)換為電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)平行板電容器的電容C由下式得到C＝εrε0S/d(1)其中，S為平板電容器面積，d為電容器平板之間的間距，如果將線路板厚度及銅層視為一平板電容器，即可根據(jù)測(cè)得的電容值換算出介質(zhì)厚度。對(duì)于FR-4材料的線路板，假設(shè)εr＝4.6，ε0＝8.854×10-12C.V.m-1，S＝4×10-7m2，d＝1×10-4m，則根據(jù)式(1)計(jì)算得到電容值為0.163pF。直接測(cè)量如此小的電容顯然會(huì)帶來(lái)很大的測(cè)量誤差，而且對(duì)測(cè)量?jī)x器也有很高的要求，為此，本實(shí)用新型的方法是進(jìn)行相對(duì)值測(cè)量，即，將已知厚度的標(biāo)準(zhǔn)線路板作為標(biāo)準(zhǔn)電容器并將被測(cè)線路板與該標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行比較，根據(jù)測(cè)得的相對(duì)值確定被測(cè)板的介質(zhì)厚度。
以下借助附圖描述本實(shí)用新型的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置。
如上所述，測(cè)量介質(zhì)厚度的核心問(wèn)題是測(cè)量電容的相對(duì)值，為此，本實(shí)用新型采用圖1所示橋式電路提供檢測(cè)信號(hào)。如圖1所示，橋式電路包含平衡變壓器T、標(biāo)準(zhǔn)電容器C1、被測(cè)電容器C2和電阻器R，其中，平衡變壓器T的初級(jí)線圈n1與交流信號(hào)源連接，被測(cè)電容器C2即待測(cè)厚度的線路板，兩個(gè)電容器的其中一端(對(duì)于被測(cè)電容器而言即為線路板其中一個(gè)表面)經(jīng)電阻器R與次級(jí)線圈n2的均分壓抽頭O相連，標(biāo)準(zhǔn)電容器C1和被測(cè)電容器C2的另一端(對(duì)于被測(cè)電容器而言為線路板的另一表面)分別與次級(jí)線圈的兩個(gè)同名端A和B相連。此外，比較好的是，平衡變壓器T的均分壓抽頭O接地。
在圖2所示的橋式電容中，交流信號(hào)經(jīng)過(guò)平衡變壓器T分壓后，同名端A和B的電壓極性相同并且電壓值嚴(yán)格相等。當(dāng)電容器C1和C2存在微小差別時(shí)，C點(diǎn)的電壓將發(fā)生微小的變化，通過(guò)測(cè)量該點(diǎn)電信號(hào)即可確定出兩個(gè)電容器的相對(duì)值，從而確定標(biāo)準(zhǔn)與待測(cè)線路板厚度的相對(duì)值。
圖2示出了提供給平衡變壓器T初級(jí)線圈n1的交流信號(hào)波形圖，如圖2所示，該交流信號(hào)為極性交替變化的方波，比較好的是，信號(hào)頻率設(shè)定為16MHz，峰值電壓為5伏特。
由上可見(jiàn)，C點(diǎn)輸出的檢測(cè)信號(hào)為高頻信號(hào)，為了采用普通儀表測(cè)量電信號(hào)的大小，需要將該高頻交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。為此，在本實(shí)用新型中，采用圖3所示的檢波和整流電路，其包含兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和A2，其中，前一放大器A1的反相輸入端V1-與橋式電路中的C點(diǎn)相連，前一放大器A1的輸出端V1o與同相輸入端V1+以及后一運(yùn)算放大器A2的反相輸入端V2-相連，后一放大器A2的輸出端V2o經(jīng)極性反向的二極管D與后一放大器A2的同相輸入端V1+相連。這種電容結(jié)構(gòu)雖然采用的都是普通器件，但是已經(jīng)能夠保證足夠的輸入阻抗和檢測(cè)靈敏度。
檢波和整流電路輸出的直流信號(hào)被送至圖4所示的輸出電路，該輸出電路包含放大器A3和外圍輔助電路，其中，放大器A3的同相輸入端V3+與檢波和整流電路中后一放大器A2的輸出端V2o相連。
在實(shí)際的測(cè)量裝置中，可用一塊已知厚度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板來(lái)代替標(biāo)準(zhǔn)電容C1。雖然隨著環(huán)境的變化，標(biāo)準(zhǔn)板的電容值會(huì)發(fā)生變化，但是由于被測(cè)板的電容也會(huì)同步發(fā)生變化，因此它們的相對(duì)值保持固定。這種自位校準(zhǔn)的方法可使本實(shí)用新型的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)，不需要特別的環(huán)境控制以保證標(biāo)準(zhǔn)電容的穩(wěn)定，因而很適合在工廠使用。
以下對(duì)上述介質(zhì)厚度測(cè)量裝置的測(cè)量精度進(jìn)行分析。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)Δd與ΔC成正比，則可根據(jù)下式(2)計(jì)算誤差δδ＝ΔS/S×d(2)如果標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)厚度d1＝150μm，ΔS＝0.0254mm×1mm，S＝1mm×1mm，則δ為3.8μm，可見(jiàn)，對(duì)于待測(cè)板介質(zhì)厚度在150μm左右的線路板，本介質(zhì)厚度測(cè)量裝置的精度即可達(dá)到3.8μm以?xún)?nèi)。此外，由(2)式可知，通過(guò)選擇較大的測(cè)試焊盤(pán)增大面積S有利于提高測(cè)量精度。
權(quán)利要求1.一種介質(zhì)厚度測(cè)量裝置，其特征在于，包含橋式電路，其包含平衡變壓器、標(biāo)準(zhǔn)電容器和電阻器，其中，平衡變壓器的初級(jí)線圈與交流信號(hào)源連接，標(biāo)準(zhǔn)電容器的其中一端和待測(cè)厚度線路板的其中一面經(jīng)同一電阻器與次級(jí)線圈的均分壓抽頭相連，標(biāo)準(zhǔn)電容器的另一端和待測(cè)厚度線路板的另一面分別與次級(jí)線圈的兩個(gè)同極性端相連；檢波和整流電路，其包含兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中，前一放大器的反相輸入端與標(biāo)準(zhǔn)電容器的所述其中一端相連，前一放大器的輸出端與同相輸入端以及后一運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，后一放大器的輸出端經(jīng)極性反向的二極管與后一放大器的同相輸入端相連；以及輸出電路，其包含放大器，其中，放大器的同相輸入端與檢波和整流電路中后一放大器的輸出端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)電容器為已知厚度的線路板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的介質(zhì)厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所述平衡變壓器的均分壓抽頭接地。
專(zhuān)利摘要一種新型介質(zhì)厚度測(cè)量裝置，它可無(wú)損傷地測(cè)量線路板厚度，并且能夠精確、實(shí)時(shí)地提供測(cè)量結(jié)果，包含橋式電路，其包含平衡變壓器、標(biāo)準(zhǔn)電容器和電阻器，標(biāo)準(zhǔn)電容器的其中一端和待測(cè)厚度線路板的其中一面經(jīng)同一電阻器與次級(jí)線圈的均分壓抽頭相連，標(biāo)準(zhǔn)電容器的另一端和待測(cè)厚度線路板的另一面分別與次級(jí)線圈的兩個(gè)同極性端相連；檢波和整流電路，其包含兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中，前一放大器的反相輸入端與標(biāo)準(zhǔn)電容器的所述其中一端相連，輸出端與同相輸入端以及后一運(yùn)算放大器的反相輸入端相連，后一放大器的輸出端經(jīng)極性反向的二極管與同相輸入端相連；以及輸出電路，其包含放大器，其中，放大器的同相輸入端與檢波和整流電路中后一放大器的輸出端相連。
文檔編號(hào)G01B7/02GK2615637SQ0323004
公開(kāi)日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月4日
發(fā)明者薛繼武, 沈衛(wèi)崗 申請(qǐng)人:上海美維電子有限公司