專利名稱：：金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及--種測(cè)量探頭，具體的是涉及一種金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭。特別適用于測(cè)量微米級(jí)金屬箔的厚度。技術(shù)背景測(cè)量金屬箔表面金屬層的厚度最常見(jiàn)的是測(cè)量敷銅板表面銅層的厚度，通常使用的儀器是銅箔測(cè)厚儀。銅箔測(cè)厚儀一般由測(cè)量探頭，測(cè)量電路，數(shù)據(jù)處理電路，顯示電路以及電源部分組成。測(cè)量時(shí)，測(cè)量電路提供測(cè)量信號(hào)(電流信號(hào))給測(cè)量探頭，測(cè)出銅箔的表面電阻。數(shù)據(jù)處理電路根據(jù)表面電阻與厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系函數(shù)，將電阻值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的厚度值，并傳給顯示電路加以顯示。由此可見(jiàn)，測(cè)量探頭是重要測(cè)量工具，直接影響數(shù)據(jù)采集的效果。測(cè)量探頭的性能指標(biāo)包括測(cè)量范圍，測(cè)量誤差，測(cè)量重復(fù)精度和使用壽命。測(cè)量范圍是指可以測(cè)量的金屬箔的厚度范圍。例如，印刷電路板銅箔厚度一般在5um-150um。測(cè)量誤差是指測(cè)量值與實(shí)際值的吻合程度，兩者偏差越小，精度越高。測(cè)量精度可由參考標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行定期校準(zhǔn)。測(cè)量重復(fù)精度是指重復(fù)測(cè)量同一區(qū)域時(shí)測(cè)量結(jié)果的差異情況，差異越小，重復(fù)精度越好。如在先技術(shù)中，電源(或恒流源)直接加在探針上，測(cè)量金屬箔厚度時(shí)，探頭需要先對(duì)好位置，再按下探針測(cè)量，探針壓縮需要一定的時(shí)間，接觸電阻也處于變化中，而負(fù)載電阻的變化會(huì)導(dǎo)致測(cè)量電源的反射過(guò)沖，增加雜波千擾。在這一過(guò)程中，探頭往往還沒(méi)有被壓縮到位，就已經(jīng)開(kāi)始測(cè)量了。因此，測(cè)量信號(hào)中就加入了雜波干擾，從而影響探頭測(cè)量的重復(fù)精度甚至測(cè)量精度。探頭的使用壽命也是重要的性能指標(biāo)。由于探頭的老化會(huì)影響測(cè)量性能，因此探頭使用一定次數(shù)需要更換。目前，在先技術(shù)探頭的使用壽命約為50萬(wàn)次。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述在先技術(shù)中的缺陷，提供一種用于金屬箔測(cè)厚儀上的測(cè)量探頭，克服彈簧探針壓縮過(guò)程對(duì)測(cè)量的干擾，提高測(cè)量重復(fù)精度，延長(zhǎng)使用壽命。彈簧探針的壓縮過(guò)程會(huì)有三個(gè)因素發(fā)生變化1、探針與銅箔的接觸電阻；2、探針針尖的輕微移位；3、針尖與針管的接觸電阻。這些變化都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成干擾，降低測(cè)量的重復(fù)精度。本實(shí)用新型為了濾除這些干擾，所采取的技術(shù)方案是提供一種用于金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，包括外殼，置于外殼內(nèi)的電路板，置于外殼內(nèi)電路板上的帶有定位孔的探針定位塊；至少4根相互平行的彈簧探針，垂直安裝在電路板上，彈簧探針的針尖穿過(guò)探針定位塊上的定位孔伸出到外殼外，彈簧探針的針尾連接有電源線和信號(hào)引出線；一采樣控制器，連接在彈簧探針針尾上的電源線上，用于控制彈簧探針與電源之間的通與斷。在測(cè)量時(shí)，直到探頭與待測(cè)銅箔接觸穩(wěn)定后，才啟動(dòng)采樣控制器，進(jìn)行銅箔表面銅層厚度的測(cè)量。測(cè)量結(jié)束，關(guān)閉采樣控制器，然后探頭被抬起，彈簧探針的針尖被彈出。在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，探針與銅箔接觸穩(wěn)定，彈簧壓縮過(guò)程中的雜波干擾沒(méi)有被帶入采樣周期，這樣就達(dá)到了提高重復(fù)精度的目的。本實(shí)用新型探頭的測(cè)量效果與在先技術(shù)中的探頭相比具有較高的重復(fù)精度。以CMI700銅箔測(cè)厚儀的測(cè)量波形為例，測(cè)量時(shí)，初始的兩個(gè)方波為觸發(fā)方波，其后的三個(gè)方波為采樣方波，接著一個(gè)兩周期的方波為測(cè)量結(jié)束方波。如圖5所示，是無(wú)開(kāi)關(guān)控制的測(cè)量電壓波形，圖中三個(gè)采樣方波上的雜波干擾較多，重復(fù)精度差。本實(shí)用新型的有開(kāi)關(guān)控制的測(cè)量電壓波形如圖6所示。圖中三個(gè)采樣方波上的雜波干擾很少，重復(fù)精度好。本實(shí)用新型探頭與在先技術(shù)中的探頭相比具有較高的重復(fù)精度。性能指標(biāo)見(jiàn)表1。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1中的測(cè)量數(shù)據(jù)都測(cè)自CMI700銅箔測(cè)厚儀。從上述的圖5、圖6、表1中可以看出，本實(shí)用新型的探頭因?yàn)榧友b了采樣控制器，重復(fù)精度得到顯著提高。圖1是本實(shí)用新型測(cè)量探頭一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是圖1中4根彈簧探針測(cè)量回路的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是圖1探頭的測(cè)微電阻電路的原理結(jié)構(gòu)示意圖圖4是彈簧探針一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是在先技術(shù)探頭測(cè)得的電壓波形圖；圖6是本專利探頭測(cè)得的電壓波形圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型測(cè)量探頭的結(jié)構(gòu)特征。如圖1所示，本實(shí)用新型的測(cè)量探頭包括外殼1，置于外殼1內(nèi)的電路板5，置于外殼1內(nèi)電路板5上的帶有定位孔的探針定位塊2，至少4根相互平行的彈簧探針3，垂直安裝在電路板5上，彈簧探針3的針尖穿過(guò)探針定位塊2上的定位孔伸出到外殼1夕卜，彈簧探針3的針尾位于電路板5上并連接有電源線9和信號(hào)引出線6;—采樣控制器8，連接在彈簧探針3針尾上的電源線9上，用于控制彈簧探針3與電源(圖上未顯示)之間的通與斷，控制測(cè)量探頭的工作時(shí)間。在本實(shí)施例中，如圖1所示，探針定位塊2用固定螺柱4固定在外殼1內(nèi)。電源線9和信號(hào)引出線6置于電纜線中，通過(guò)電纜頭7與外部測(cè)量?jī)x的測(cè)量電路連接。所述的采樣控制器8可以是開(kāi)關(guān)，或者是繼電器，或者是光電耦合器，或者是光敏電阻。在本實(shí)施例中，采樣控制器8是采用微型大電流按鈕開(kāi)關(guān)。當(dāng)然，開(kāi)關(guān)既可以是手動(dòng)開(kāi)關(guān)，也可以是自動(dòng)開(kāi)關(guān)。由于探頭尺寸的局限，開(kāi)關(guān)必須微型化。本實(shí)施例中所采用的微型按鈕開(kāi)關(guān)，接觸電阻小于lmQ，接觸電阻波動(dòng)不超過(guò)5uQ，即小于5uQ。所述的探針定位塊2，在本實(shí)施例中，采用的是塑膠塊。因?yàn)閺椈商结樀尼樇?01是穿過(guò)探針定位塊2上的定位孔伸出到外殼1外，即探針定位塊2上的定位孔對(duì)探針起到定位的作用。實(shí)驗(yàn)證明，探頭測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性與4根彈簧探針之間的中心距離有關(guān)系，也就是說(shuō)與探針定位塊上定位孔的加工精度有直接關(guān)系。探針定位塊上定位孔的加工參數(shù)見(jiàn)表2。表2101、02探針中心距02、03探針中心距03、04探針中心距0.7-1.0mm1-1.5mm1.2-6.8mm1-1.5mm探針壓縮行程為0.3mm-3mm。在測(cè)量的過(guò)程中，為f使全部(4根)彈簧探針都能夠被充分地壓縮到位，則全部彈簧探針的針尖必須高出外殼的外緣0.3mm-3mm。在本實(shí)施例中，探針壓縮行程為1.5mm。防塵高度為0.3-4mm。彈簧探針在被壓縮時(shí)，為了防止灰塵堵塞探針定位塊的定位孔，要求探針定位塊的表面比外殼的外緣凹進(jìn)(稱謂防塵高度)0.3mm-4mm。在本實(shí)施例中，探針定位塊的表面低于外殼的外緣2mm(或稱探針定位塊的表面比外殼的外緣凹進(jìn)2mm)。圖2是圖1探頭的4根彈簧探針測(cè)量回路的示意圖，4根彈簧探針01、02、03、04，其中兩根彈簧探針Ol、04是電流探針，外接有電流表A;另外兩根彈簧探針02、03是電壓探針，外接有電壓表V。測(cè)厚儀開(kāi)始測(cè)量，首先測(cè)量電路提供測(cè)量信號(hào)(電流信號(hào))給探頭，通過(guò)探頭的兩根電流探針01、04流過(guò)待測(cè)的銅箔表面，電流的大小由測(cè)量電路上的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路自動(dòng)測(cè)量計(jì)算；兩根電壓探針02、03檢測(cè)到銅層微電阻產(chǎn)生的電勢(shì)差，電勢(shì)差的大小由測(cè)量?jī)x的測(cè)量電路自動(dòng)測(cè)量計(jì)算。圖2中A表示測(cè)量電路中的電流表，連接的是電流探針01、04，V表示測(cè)量電路中的電壓表，連接的是電壓探針02、03。彈簧探針被壓縮在待測(cè)銅箔上掃描，測(cè)厚儀根據(jù)電勢(shì)差和電流值計(jì)算出銅箔的電阻，從而計(jì)算出銅箔的厚度。圖3是圖1探頭應(yīng)用四端法測(cè)量金屬箔微電阻的電路原理圖。如圖3所示，電阻R1、R2、R3、R4分別是彈簧探針01、02、03、04的接觸電阻，具體的是R1，R4為電流探針01、04的接觸電阻，R2、R3為電壓探針02、03的接觸電阻，Rx為待測(cè)金屬箔的電阻。采樣控制器K(在本實(shí)施例中為微型按鈕開(kāi)關(guān))連接于彈簧探針與恒流源(電源)之間的電源線Ic上，采樣控制器K的開(kāi)與關(guān)控制著恒流源對(duì)彈簧探針的供電，即控制著探頭的工作時(shí)間。圖4是彈簧探針一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，彈簧探針3包括針筒303,置于針筒303內(nèi)的彈簧302，位于針筒303—端的針尖301，位于針筒303另一端的針尾304以及覆蓋在彈簧探針表面上的金屬膜。為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，要求彈簧探針本身接觸電阻的變化越小越好，因此在彈簧探針(包括針筒和針尖)的表面上覆蓋有重金屬膜。在本實(shí)施例中，在彈簧探針的表面鍍有足夠厚度的鎳/金復(fù)合膜或鎳/鐒復(fù)合膜。目的是減小彈簧探針的接觸電阻，提高耐磨性能，并能抵抗氧化和腐蝕。在本實(shí)施例中，彈簧探針的性能如下探針的自由行程為2-6mm;測(cè)量時(shí)，探針被壓縮的行程要小于2/3自由行程，為0.5-2mm;探針針尖直徑為50-250um，針身直徑為0.5-0.7mm，針管直徑為0.7-lmm。彈簧壓力在30-180g之間，過(guò)小會(huì)降低重復(fù)測(cè)量精度，過(guò)高則會(huì)壓傷銅箔。彈簧探針使用壽命為100萬(wàn)次，信號(hào)電纜線單根導(dǎo)線電阻小于1Q。圖5是在先技術(shù)中的探頭測(cè)量銅箔時(shí)探針上的電壓波形圖(儀器為泰克TDS2022B示波器，橫坐標(biāo)為掃描時(shí)間，縱坐標(biāo)為電壓幅度)，顯然，曲線上有不規(guī)則的雜波干擾，測(cè)量重復(fù)精度不佳的原因即在于此。圖6是本實(shí)用新型加有采樣控制器的探頭，在與圖5相同的測(cè)量條件下所測(cè)量的結(jié)果，可以看出雜波干擾基本被排除了。因此本實(shí)用新型的探頭具有較高的測(cè)量重復(fù)精度。權(quán)利要求1.一種金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，包括外殼，置于外殼內(nèi)的電路板，置于外殼內(nèi)電路板上的帶有定位孔的探針定位塊，其特征在于包括至少4根相互平行的彈簧探針，垂直的安裝在電路板上，彈簧探針的針尖通過(guò)探針定位塊上的定位孔伸出到外殼外，彈簧探針的針尾連接有電源線和信號(hào)引出線；一采樣控制器，連接在彈簧探針針尾上的電源線上，用于控制彈簧探針與電源之間的通與斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，其特征在于所述的采樣控制器是開(kāi)關(guān)，或者是繼電器，或者是光電耦合器，或者是光敏電阻。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，其特征在于所述的采樣控制器的波動(dòng)電阻小于5uQ。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，其特征在于所述的彈簧探針包括針筒，置于針筒內(nèi)的彈簧，位于針筒一端的針尖，位于針筒另一端的針尾，覆蓋在彈簧探針表面上的的重金屬膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，其特征在于所述的彈簧探針的針尖高出外殼的外緣0.3mm-3mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，其特征在于所述的探針定位塊的表面低于外殼的外緣0.3mm-4mm。專利摘要一種金屬箔測(cè)厚儀的測(cè)量探頭，包括外殼，置于外殼內(nèi)的電路板，置于外殼內(nèi)電路板上的帶有定位孔的探針定位塊，至少4根相互平行的彈簧探針垂直安裝在電路板上，彈簧探針的針尖穿過(guò)探針定位塊上的定位孔伸出到外殼外，彈簧探針的針尾連接有電源線和信號(hào)引出線，在電源線上串聯(lián)一采樣控制器。采樣控制器用于控制彈簧探針與電源之間的通與斷。該設(shè)計(jì)可以消除彈簧探針壓縮過(guò)程對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，提高探頭測(cè)量的重復(fù)精度。文檔編號(hào)G01B7/06GK201096491SQ20072007432公開(kāi)日2008年8月6日申請(qǐng)日期2007年8月31日優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日發(fā)明者葉道慶申請(qǐng)人:上海美維科技有限公司