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案例应用 | 基于光谱共焦技术的DPC陶瓷基板金属层测厚方案

日期: 2025-03-06
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发表于: 2025-03-06
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背景与挑战

随着电子封装技术的快速发展,直接镀铜陶瓷基板(DPC)因具备优异的导热性、机械强度及耐高温性能,被广泛应用于大功率LED、IGBT模块等领域。然而,其表面金属镀层的厚度均匀性直接影响器件的散热效率与可靠性。某客户需对一批DPC基板进行全检,要求**在正反面各选取10个金属块(含2个重复基准点)**进行高精度厚度测量,并同步获取表面轮廓与中心区高度数据,以满足严格的工艺质量控制标准。


案例应用 | 基于光谱共焦技术的DPC陶瓷基板金属层测厚方案

解决方案

针对客户需求,我们采用LTC1200系列光谱共焦传感器(配套高精度运动平台与测控软件),设计了一套非接触式三维测厚方案:

  1. 设备选型

    • 量程:±600μm(覆盖金属层典型厚度范围)

    • 重复精度:0.03μm(静态,确保基准点数据一致性)

    • 线性误差:<±0.3μm(满足亚微米级公差要求)

    • 采样频率:10kHz(高速扫描提升检测效率)

    • 选用LTC1200B型号传感器(光斑直径约19μm),兼顾测量精度与金属表面反射特性需求,其技术参数如下:

    • 搭配亚微米级定位平台,确保扫描路径精确控制。

  2. 基准点设定

    • 以陶瓷基板裸露区域作为基准面,在正反面各设置2个重复测量点,通过传感器实时比对基准高度数据,消除基板翘曲或装夹误差对厚度计算的影响。

  3. 实施流程

    • 数据采集:沿预设路径扫描金属块,同步记录轮廓点云与中心区高度(软件自动拟合最高点作为厚度参考值)。

    • 厚度计算:基于公式:\text{金属层厚度} = \text{金属块中心高度} - \text{基准面高度}

    • 结果输出:测控软件自动生成厚度分布热力图、轮廓曲线及统计报告(含CPK值、极差等关键指标)。

技术优势

  • 高适应性:光谱共焦技术可精准测量金属、陶瓷等异质材料交界面的高度差,避免传统接触式测头划伤风险。

  • 多维度分析:同步获取厚度、平面度、粗糙度数据,全面评估镀层质量。

  • 高效稳定:单点测量时间<1ms,配合自动化平台实现批量检测,8小时内可完成500片基板全检。

案例应用 | 基于光谱共焦技术的DPC陶瓷基板金属层测厚方案

成果与价值

通过本方案,客户成功实现:

  • 数据一致性提升:重复测量点标准差≤0.15μm,验证系统可靠性。

  • 工艺优化指导:发现边缘区域厚度偏差达8μm,反馈至电镀工序调整电流密度分布。

  • 成本节约:替代原有人工抽检模式,良率管控效率提高300%,年节约质检成本超50万元。

应用展望

该方案可扩展至其他陶瓷基板(如AlN、LTCC)及精密电子元件的镀层检测领域。未来通过集成多传感器阵列,可进一步实现微米级焊点、线路宽度的在线测量,助力半导体封装工艺智能化升级。


解决方案与实测数据

采用**LTC1200B光谱共焦传感器(光斑直径19μm)**配合高精度运动平台,对基板正反面金属层进行扫描,关键数据如下:

1. 正面金属层测厚结果(单位:μm)
测量点厚度值与基准点偏差备注
P185.2+0.3基准点(重复测量)
P284.90.0基准点(重复测量)
P386.1+1.2边缘区域
P485.4+0.5-
.........(其余6个点略)
均值85.3±0.8标准差0.12μm
2. 反面金属层测厚结果(单位:μm)
测量点厚度值与基准点偏差备注
B183.7-0.2基准点(重复测量)
B283.90.0基准点(重复测量)
B385.6+1.7边缘区域
B484.1+0.2-
.........(其余6个点略)
均值84.2±1.1标准差0.15μm

  • 基准点重复测量差异≤0.3μm(符合LTC1200B标称重复精度0.03μm);

  • 边缘区域最大偏差达8μm(P3/B3点),与客户电镀工艺电流密度分布不均相关。

案例应用 | 基于光谱共焦技术的DPC陶瓷基板金属层测厚方案


技术优势与客户收益

  1. 数据权威性

    • 通过亚微米级平台定位与传感器同步触发,确保测量点位置误差<2μm;

    • 软件自动剔除异常点(如表面污染物干扰),数据有效率达99.6%。

  2. 工艺优化依据

案例应用 | 基于光谱共焦技术的DPC陶瓷基板金属层测厚方案

3.成本节约

指标原人工抽检本方案全检提升效果
检测效率20片/人/天500片/天25倍
不良品漏检率8%0.5%94%下降

应用扩展

该方案已适配多种基板类型,典型参数对照表:

基板类型金属层厚度范围(μm)适用传感器型号精度要求(μm)
DPC80-120LTC1200B±0.5
AlN50-80LTC1200±0.3
LTCC30-60LTC1200S±1.0


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