CN213301092U - 一种用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，包括三电极分析单元、定位控制单元和电解液槽，电解液槽的下半部分呈大体上圆锥体形状，大体上圆锥体部分的底部设置有真空单向装置，该电解液槽的顶部具有可利用盖子密封的开口，三电极分析单元包括放置在电解液槽中的工作电极、参比电极和反电极，其中工作电极位于所述电解液槽的大体上圆锥体部分的底部，参比电极和反电极位于工作电极的上方，定位控制单元与电解液槽连接。该装置用于印刷线路板表面镀层恒面积测量。

Description

一种用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置

技术领域

本实用新型属于印刷线路板表面镀层测量分析领域，具体地说，涉及一种用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置。

背景技术

随着线路板线路密集化和功能集成化发展，对印刷线路板表面镀层厚度的均匀性要求越来越高，对多个表面处理制程管控也越来越难，X射线荧光测厚仪器因对测试板内层，材质的干扰比较敏感，而且无法分辨金属层和金属间相化合物，有一定的局限性。常规测量装置对测量生产线路板实际镀层厚度比较困难，甚至无法测量。为了更加准确、快速的测量各种线路板的镀层厚度，以便更加真实的反映生产线上的线路板的镀层厚度，设计一种适合印刷线路板(PCB) 表面镀层真实厚度的量测装置十分必要，恒面积测量装置被业界广泛接受。但是由于印刷线路板(PCB)的外形及尺寸多种多样，实际生产中要求测量指定的任意位置就凸显了常规测量装置的局限性。因此设计一种可满足这种需求的恒面积测量装置就尤为紧迫。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，该装置包括三电极分析单元、定位控制单元和电解液槽，

该电解液槽的下半部分呈大体上圆锥体形状，大体上圆锥体部分的底部设置有真空单向装置，该真空单向装置使得在电解液槽的底部接触到待测印刷线路板表面并受到一定压力时使电解液从电解液槽中流出到与该底部接触的印刷线路板表面镀层上，但是外部空气不能进入电解液槽，电解液槽的顶部具有可利用盖子密封的开口，

上述三电极分析单元包括工作电极、参比电极和反电极，工作电极、参比电极和反电极放置在电解液槽中，其中工作电极位于所述电解液槽的大体上圆锥体部分的底部，参比电极和反电极位于所述工作电极的上方，

上述定位控制单元与电解液槽连接，用于使电解液槽移动到预定位置以测量印刷线路板的预定测量位置的镀层厚度。

优选地，上述大体上圆锥体部分的底部外表面是圆周具有凸缘的平面，并且该底部设置有多个贯穿孔，用于电解液从电解液槽中流出。

优选地，靠近电解液槽底部的大体上圆锥体部分侧面设置有可发射激光圈的激光灯，用于精确标定出印刷线路板的预定测量位置。

优选地，上述定位控制单元包括固定架和安装在固定架上电解液槽支撑臂，该电解液槽支撑臂用于安装电解液槽，使得电解液槽可以上下移动。

优选地，上述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括用于放置待测印刷线路板的样品台，上述定位控制单元固定安装在样品台的边缘。

优选地，上述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括恒电流控制单元，该恒电流控制单元用于向反电极和工作电极输出持续、恒定的电流，并且监控参比电极测量的工作电极电势，根据该工作电极电势绘制出电极电势随时间变化的曲线。

优选地，上述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括校准单元，该校准单元用于随时对恒电流控制单元进行校准和自我检测。

优选地，上述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括外部检查仪器，该外部检查仪器用于对校准单元进行检测。

优选地，上述外部检查仪器是万用表。

优选地，上述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括操作单元，该操作单元用于输入测量参数和显示测量结果。

优选地，上述操作单元是电脑。

本实用新型的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置使用时，电解液槽的底部平面接触待测印刷线路板表面镀层并受到一定压力时，电解液从电解液槽中流出到待测印刷线路板表面镀层上，电解液槽底部的工作电极可测量印刷线路板表面镀层附近的电势，利用三电极对印刷线路板表面镀层的厚度进行测量。该测量可以在氧化也可以在还原模式下运行，氧化模式可以提供纯金属层和下面可能的金属间相化合物的厚度信息。在测量过程中检测到的层不可逆地被除去。还原模式用于确定金属层的表面状况，氧化层被测量并量化，所有还原元素(例如，氧化物，硫化物)在测量过程中相继从刷线路板表面除去。

在氧化模式下，为进行厚度检测，将已知面积的表面浸泡于使用适当电解液施以恒定电流的阳极溶液。通过电极电势的变化可以检测到金属层完全溶解。电流与被氧化的金属质量成正比。通过这个过程，在电流和支持电解液的作用下所有金属层可以依次分别从基材上除去。

在还原模式下，此测量遵循与氧化模式相同的原则，但在此过程中通过阴极电流使金属层表面的镀层(例如金属氧化物)被还原。在这种模式下还原元素(如氧化物)将分配到特定电势下，在测量过程中从表面被除去。

在镀层的氧化或还原过程中，电极上存在特定电势的时间被记录下来。在通恒定电流后这个电势持续的时间称为转相时间t。氧化或还原质量的关系式是根据法拉第定律确定的。对于金属或非金属镀层，分子量M，电子数n和密度ρ为常数。镀层厚度d只取决于应用的电流i和被剥去镀层的面积A，而面积由测试样本上焊盘的长和宽决定。因此，厚度可利用以下公式求取。

本实用新型提供的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置利用三电极单元得到的电极电势随时间变化的曲线，通过操作单元操作和显示，利用上述公式即可方便、快捷、准确分析相关表面镀层的厚度。本实用新型的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置对待测印刷线路板的形状无特殊要求，只要目标待测位置面积满足一定的标准即可(例如，只要目标待测位置面积>0.07cm²)。该测量装置有校准单元保证了测量装置的测量可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施的附图做简单地介绍，很显然下面的附图仅仅是本实用新型的一个实施例。

图1是本实用新型一个实施例的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置的结构示意图。

图2是图1的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置的大体上圆锥体部分的放大图。

图3是图1的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置的结构示意图的定位控制单元的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的描述中，制备电解液槽的主体的材料可以为石英玻璃材料。该电解液槽为真空单向设计，可以在使用过程中和待机过程中防止电解液滴漏。电解液槽的容积可根据实际需要设定。例如，在常规实验室的使用中，电解液槽的容积可以为约100ml，并且设置高/低工作液位，正常工作时所需电解液体积40ml～80ml。

本实用新型的描述中，电解液槽底部的真空单向装置可以说常用的真空单向装置，其功能在电解液槽底部接触到待测印刷线路板表面镀层并受到一定压力时只允许电解液槽中的电解液流出，不允许外部空气进入电解液槽，这样配合电解液槽顶部的可密封的开口，使得整个电解液槽是真空单向设计，可以在使用过程中和待机过程中防止电解液滴漏。

本实用新型的测量装置可测量印刷线路板表面镀层的面积为半径约0.15cm 的圆，约0.07cm²。

本实用新型的测量装置的电解液槽支撑臂的长度可根据实际需要设定。例如，在常规实验室的使用中，该电解液槽支撑臂的长度可以为约15～20cm。

本实用新型的测量装置的样品台的尺寸可根据实际需要设定。例如，在常规实验室的使用中，该样品台的尺寸为30cm*50cm。

本实用新型的测量装置的恒电流控制单元可以向工作电极和反电极输出10 μA～10mA的电流。

本实用新型的测量装置的校准单元包括精确的金属膜电阻(例如，电阻为约1000±0.05％Ohm)，其电性质不会随时间改变而改变。

本实用新型的描述中，工作电极包括但不局限于镀金材质，反电极包括但不局限于铂金材质，参比电极包括但不局限于银材质。

本实用新型的描述中，印刷线路板的表面镀层包括但不局限于纯金属层(例如，锡、银)，金属间相化合物层(例如，Cu_XSn_Y)和氧化物层(例如，SuO、CuO、 Cu₂O)。当印刷线路板表面的镀层种类的不同时，电解液也要更换成相应的电解液。

下面结合附图对本实用新型做详细描述。

如图1所示，用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置1包括三电极分析单元10，定位控制单元20和电解液槽30。三电极分析单元10由反电极11、参比电极12和工作电极13组成。

在图1所示的实例中，电解液槽30呈陀螺形状，上半部分呈圆柱形，下半部分呈大体圆锥体形状，顶部具有可利用盖子密封的开口31(在该图所示的实施例中，开口31是利用盖子密封的)。电解液通过开口11加入到电解液槽中。工作电极13固定安装在电解液槽30底部，反电极11和参比电极12位于工作电极13的上方。

如图2所示，电解液槽30的底部安装有真空单向装置32，该真空单向装置 32使得在电解液槽的底部接触到待测印刷线路板表面并受到一定压力时使电解液从电解液槽中流出到与该底部接触的待测印刷线路板表面镀层，但是外部空气不能进入所述电解液槽。在图2中还可以看到靠近电解液槽底部的大体上圆锥体部分的侧面设置有可发射激光圈的激光灯33，用于精确标定出印刷线路板的预定测量位置，使用时将印刷线路板表面镀层预定测量位置放置在激光圈的标定的位置。

如图3所示定位控制单元20包括固定架21，电解液槽支撑臂22，安装在电解液槽支撑臂22末端的固定环23。固定环23用于固定安装电解液槽30。电解液槽支撑臂23可利用固定架21内部的电机(图中未示出)上下移动电解液槽30。

图1所示的实例中，用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置1还包括样品台40，用以放置印刷线路板。定位控制单元20的固定架21可安装在样品台40上，位于固定架21的边缘。

图1所示的实例中，用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置1还包括恒电流控制单元14和校准单元15。恒电流控制单元14使得进入工作电极13和反电极11的电流是持续、恒定的，并监控所述参比电极12测量的工作电极电势，根据该工作电极电势绘制出电极电势随时间变化的曲线。校准单元15的作用是对恒电流控制单元14进行内部校准和自我检测。本实用新型的测量装置校准时，将恒电流控制单元14与校准单元15校准单元连通，打开电路电势补偿，校准单元15分别对恒电流控制单元14的正电势数字模拟转换器，负电势数字模拟转换器以及电流放大器进行检测和校准，然后在恒电流的模式下自我检测电流的准确度，以检测电量输出的完整性。

图1所示的实例中，用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置1还包括外部检查仪器16(例如，万用表)和电脑17。万用表用于对校准单元16的阻值进行检测，在大于1kOhm范围内测量校准单元16的电阻。电脑17用于输入操作上述三电极分析单元10，定位控制单元20、电解液槽30、恒电流控制单元 14、校准单元15和外部检查仪器16的参数，并且显示由这些部件的状态或输出的信息，例如图像或数值。

图1所示的实例中，恒电流控制单元14和校准单元15位于腔室50中。腔室50的侧壁上还设置有开关51、电源接口52、操作单元接口53电压接口54 和COM口54’。开关51用于控制整个测量装置的通电情况。电源接口52用于通过电线使测量装置1与外部电源连接。操作单元接口53用于使电脑17接入测量装置1。电压接口54和COM口54’用于使外部检查仪器16接入测量装置1 使外部检查仪器16与校准单元15连接。

利用上述测量装置定点测量印刷线路板样品表面镀层的工作过程如下：

使用时，在电解槽30内加入相应的适量的电解液，将刷线路板放置到样品台40上，将电解槽30上的的激光灯33打开，使其发出的激光圈照射在样品台 40上，然后将印刷线路板的待测定位置移动到该激光圈处，通过电脑17上的应用程序界面选择所测表面镀层种类按钮(例如Ag、AgX、Sn、SnX、CuO等中的一种)，并操作定位控制单元20使电解槽30向下移动并接触到印刷线路板样品表面镀层，点击开始按钮或按空格键开始测量，应用程序主窗口内将出现电极电势随时间变化的曲线，根据该曲线和上述厚度计算公式即可得到镀层厚度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置包括三电极分析单元、定位控制单元和电解液槽，

所述电解液槽的下半部分呈圆锥体形状，圆锥体部分的底部设置有真空单向装置，所述真空单向装置使得在所述电解液槽的底部接触到待测印刷线路板表面并受到一定压力时使电解液从电解液槽中流出到与所述底部接触的印刷线路板表面镀层上，但是外部空气不能进入所述电解液槽，所述电解液槽的顶部具有可利用盖子密封的开口，

所述三电极分析单元包括工作电极、参比电极和反电极，所述工作电极、参比电极和反电极放置在所述电解液槽中，其中所述工作电极位于所述电解液槽的圆锥体部分的底部，所述参比电极和所述反电极位于所述工作电极的上方，

所述定位控制单元与所述电解液槽连接，用于使所述电解液槽移动到预定位置以测量印刷线路板的预定测量位置的镀层厚度。

2.根据权利要求1所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述圆锥体部分的底部外表面是圆周具有凸缘的平面，并且所述底部设置有多个贯穿孔，用于电解液从电解液槽中流出。

3.根据权利要求2所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，靠近电解液槽底部的圆锥体部分的侧面设置有可发射激光圈的激光灯，用于精确标定出印刷线路板的预定测量位置。

4.根据权利要求1所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述定位控制单元包括固定架和安装在固定架上电解液槽支撑臂，所述电解液槽支撑臂用于安装所述电解液槽，使得所述电解液槽可以上下移动。

5.根据权利要求1或2所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括用于放置待测印刷线路板的样品台，所述定位控制单元固定安装在所述样品台的边缘。

6.根据权利要求1或2所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括恒电流控制单元，所述恒电流控制单元用于向所述反电极和所述工作电极输出持续、恒定的电流，并且监控所述参比电极测量的工作电极电势，根据所述工作电极电势绘制出电极电势随时间变化的曲线。

7.根据权利要求6所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括校准单元，所述校准单元用于随时对所述恒电流控制单元进行校准和自我检测。

8.根据权利要求7所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括外部检查仪器，所述外部检查仪器用于对所述校准单元进行检测。

9.根据权利要求1或2所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置还包括操作单元，所述操作单元用于输入测量参数和显示测量结果。

10.根据权利要求9所述的用于印刷线路板表面镀层恒面积测量的装置，其特征在于，所述操作单元是电脑。

Images