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Case 光谱共聚焦

泓川科技 LTC 光谱共焦传感器在全自动晶圆减薄机中的集成应用与性能优化

日期: 2026-01-08
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泓川科技 LTC 光谱共焦传感器在全自动晶圆减薄机中的集成应用与性能优化

摘要

晶圆背面减薄是集成电路封装测试阶段的关键工艺,其加工精度直接决定芯片散热性能与可靠性。针对大尺寸晶圆减薄过程中测厚精度不足、表面适应性差、动态响应滞后等技术瓶颈,本文提出将泓川科技 LTC 系列光谱共焦位移传感器集成于全自动晶圆减薄机控制系统的解决方案。首先阐述光谱共焦测量的核心原理及 LTC 传感器的技术优势,随后详细设计传感器与减薄机伺服进给系统、全闭环控制架构的集成方案,最后通过实验验证该方案在定位精度、片间厚度一致性、加工效率等关键指标上的提升效果。实验结果表明:集成 LTC 传感器后,晶圆减薄机的伺服进给系统定位精度达 1.02 μm,重复定位精度 0.38 μm,片间厚度差≤1 μm,加工效率维持 20.7 pcs/h 的同时,良品率提升 8.3%。该研究为超精密晶圆加工装备的国产替代提供了关键技术支撑,也验证了泓川科技 LTC 系列传感器在半导体高端制造领域的应用潜力。
关键词:晶圆减薄;光谱共焦传感器;全闭环控制;伺服进给;测厚精度

引言

1.1 研究背景与意义

集成电路产业作为国家信息化核心支柱,其技术迭代对上游装备精度提出了严苛要求。晶圆背面减薄工艺通过去除硅片背面多余材料,可有效减小芯片封装体积、降低热阻,避免封装后因热应力导致的开裂风险 [1]。随着晶圆尺寸向 12 英寸(300 mm)及更大规格发展,以及芯片向轻薄化、高密度方向演进,对减薄机的加工精度要求已从微米级迈入亚微米级,其中片间厚度差需控制在 3 μm 以内,伺服进给系统的最小分辨率需达到 0.1 μm [2]。
测厚技术是晶圆减薄过程的核心反馈环节,其精度直接决定进给系统的控制效果。传统激光位移传感器采用三角测量原理,存在反射光依赖、测量角度受限、透明 / 镜面体测量失真等问题 [3],在晶圆精磨阶段易因表面质量变化导致测厚误差累积,进而影响加工一致性。因此,开发一种兼具超高精度、宽测量角度、强表面适应性的测厚方案,成为突破晶圆减薄机性能瓶颈的关键。
泓川科技自主研发的 LTC 系列光谱共焦位移传感器,基于色散共焦技术,实现了 3 nm 的重复精度和 ±0.03 μm 的线性误差,且具备抗干扰能力强、最小测量盲区小、支持多层透明测厚等优势 [4],为解决晶圆减薄测厚难题提供了理想的技术载体。本文将 LTC 传感器与全自动晶圆减薄机控制系统深度集成,通过硬件架构优化、控制算法改进及实验验证,构建高精度、高稳定性的加工系统,为半导体高端制造装备升级提供技术参考。

1.2 国内外研究现状

在晶圆减薄测厚技术领域,国外主流设备多采用电容式测厚仪或传统激光测厚仪,如 DISCO 公司 DFG 系列减薄机采用激光三角法测厚,其片间厚度差控制在 2-3 μm [5];东京精密 HR 系列则采用电容式传感器,虽精度较高,但对晶圆表面清洁度要求严苛,易受油膜、粉尘干扰。国内相关研究多集中于减薄机控制系统优化,如张逸民等 [2] 设计的全自动晶圆减薄机采用东精精密 E-DL120A 测厚仪,实现了 1.521 μm 的定位精度,但该测厚仪的线性误差为 0.3%× 量程,在精磨阶段难以满足亚微米级反馈需求。
在光谱共焦测量技术领域,泓川科技 LTC 系列传感器通过独特的色散共焦探头设计,将白色点光源分解为不同波长的单色光,利用波长 - 位移映射关系实现非接触式测量 [4]。与传统激光传感器相比,其核心优势在于:① 仅接收聚焦位置光线,抗杂光干扰能力强;② 支持 ±60° 超大测量角度,适配晶圆曲面、凹坑等复杂结构测量;③ 光斑直径最小可达 Φ2.7 μm,可检测微小目标物;④ 兼容透明、镜面等特殊表面测量,无位置偏移问题 [4]。这些特性与晶圆减薄的工艺需求高度契合,但其在减薄机控制系统中的集成应用尚未见系统研究。

1.3 主要研究内容

本文围绕 LTC 光谱共焦传感器在全自动晶圆减薄机中的集成应用展开,具体研究内容如下:
  1. 光谱共焦测量原理与 LTC 传感器技术特性解析,明确其在晶圆测厚场景的适配性;

  2. 基于 LTC 传感器的减薄机控制系统硬件架构设计,包括传感器选型、接口集成、安装布局;

  3. 融合 LTC 测厚数据的全闭环控制算法优化,实现伺服进给系统的精准调节;

  4. 搭建实验平台,通过定位精度测试、片间厚度一致性测试、长时间稳定性测试验证系统性能。

理论基础

2.1 光谱共焦测量原理

光谱共焦测量技术的核心是利用色散元件将白色点光源分解为连续波长的单色光,不同波长的光线经物镜聚焦后形成沿光轴方向的纵向焦平面分布(如图 1 所示)[4]。当测量目标与探头的距离变化时,仅有特定波长的光线能准确聚焦于目标表面并沿原光路返回,经针孔光阑过滤杂光后被光谱仪接收。通过建立波长与位移的映射关系,即可实现目标距离的高精度测量。
图 1 光谱共焦测量原理示意图
泓川科技 LTC 系列传感器的波长 - 位移转换曲线通过出厂校准获得,其数学模型可表示为:
其中,为测量距离,为接收光的峰值波长,为校准系数。该模型经实验验证,在测量范围内的拟合优度,确保了波长到位移的高精度转换 [4]。
与传统激光三角法相比,光谱共焦技术具有三大优势:① 轴向测量精度高,不受横向偏移影响;② 无需依赖目标表面的漫反射,对镜面、透明体等低反射率表面适应性强;③ 测量光斑能量集中,可实现微小区域的精准检测 [6],这些特性完美匹配晶圆减薄过程中对不同表面状态(粗磨后的粗糙表面、精磨后的镜面)的测厚需求。

2.2 LTC 系列传感器核心技术参数

泓川科技 LTC 系列传感器涵盖多个子型号,适配不同测量范围与精度需求,其核心技术参数如表 1 所示 [4]。针对晶圆减薄场景,本文选用 LTC100B 与 LTC2400 两款型号进行组合应用:粗磨阶段选用 LTC2400(大光斑、宽测量角度),提升复杂表面测量稳定性;精磨阶段选用 LTC100B(小光斑、超高精度),保证亚微米级测厚精度。
表 1 泓川科技 LTC 系列传感器核心技术参数
型号测量范围测量角度光斑直径重复精度线性误差接口类型重量
LTC100B±0.05 mm±46.5°Φ2.7/5.4/43.2 μm3 nm<±0.03 μmUSB/RS485 / 以太网 / 模拟量256 g
LTC400±0.2 mm±43°Φ7/14/112 μm12 nm<±0.12 μmUSB/RS485 / 以太网 / 模拟量186 g
LTC2400±1.3 mm±60°Φ5.5/11/88 μm45 nm<±0.48 μmUSB/RS485 / 以太网 / 数字量228 g
LTC8000-Z±4 mm±7.3°Φ34/68/544 μm250 nm<±1.6 μmUSB/RS485 / 以太网 / 编码器触发29 g
由表 1 可知,LTC100B 的重复精度达 3 nm,线性误差小于 ±0.03 μm,光斑直径最小仅 Φ2.7 μm,可精准测量晶圆精磨后的微小厚度变化;LTC2400 的测量角度达 ±60°,能适配晶圆边缘 R 角、凹坑等复杂结构的测厚需求,且支持 USB、以太网等多种接口,可无缝集成于减薄机的 EtherCAT 总线控制系统 [2]。此外,LTC 系列传感器的温度漂移系数小于 0.03% F.S./°C,在 0-50°C 工作温度范围内性能稳定,满足工业现场环境要求 [4]。

2.3 晶圆减薄机控制核心需求

全自动晶圆减薄机的加工流程包括粗磨、精磨、清洗、传输等环节,其控制系统需满足以下核心需求 [2]:
  1. 伺服进给精度:砂轮主轴进给精度≤3 μm,最小分辨率 0.1 μm,以实现微量材料去除;

  2. 厚度测量精度:片间厚度差≤3 μm,实时测厚更新频率≥10 kHz,为进给控制提供快速反馈;

  3. 表面适应性:兼容粗磨后粗糙表面、精磨后镜面、透明涂层晶圆等多种测量对象;

  4. 系统稳定性:长时间连续运行(≥8 h)的厚度测量误差波动≤±0.5 μm。

传统测厚方案采用的激光三角法传感器,在精磨阶段因镜面反射导致有效反射光不足,测厚更新频率降至 5 kHz 以下,且线性误差受温度影响较大,难以满足上述需求 [2]。而 LTC 系列传感器的超高速采样频率(单通道最高 10 kHz,四通道最高 2.5 kHz)、低温度漂移及强表面适应性,可针对性解决这些技术痛点。

基于 LTC 传感器的晶圆减薄机系统设计

3.1 系统总体架构

本文设计的基于 LTC 传感器的全自动晶圆减薄机控制系统,采用 “PC + 运动控制卡 + 传感器” 的开放式架构,总体分为硬件层、控制层、软件层三部分,如图 2 所示。
图 2 基于 LTC 传感器的减薄机控制系统架构

3.1.1 硬件层设计

硬件层核心包括伺服进给单元、LTC 测厚单元、传输单元及辅助单元,各部分功能如下:
  1. 伺服进给单元:采用雷赛 DMCE3032 运动控制卡、三菱 HG-KNS73BJ 伺服电机,驱动砂轮主轴(Z1、Z2 轴)实现粗磨、精磨进给,电机配备 22 位编码器,提供高分辨率位置反馈 [2];

  2. LTC 测厚单元:采用双探头布局,LTC100B 探头安装于精磨工位,测量晶圆表面厚度;LTC2400 探头安装于粗磨工位,测量吸盘表面与晶圆表面的相对厚度,两者数据通过以太网接口接入运动控制卡,实现厚度差值计算;

  3. 传输单元:包括上银机械手、转台、片盒台,负责晶圆的自动上下料与工位转换,转台定位精度达 5 μm [2];

  4. 辅助单元:包括真空吸附系统、冷却系统、清洗系统,通过 IO 模块与运动控制卡联动,确保加工过程稳定。

LTC 传感器的安装布局需满足以下要求:① 探头与晶圆表面的距离控制在参考距离范围内(LTC100B 参考距离 8 mm),避免超出测量范围;② 探头光轴与晶圆表面垂直,减少角度误差;③ 探头与砂轮主轴的距离≥50 mm,避免磨削粉尘干扰。实际安装时,采用防振支架固定传感器,并用气管吹扫探头表面,进一步提升抗干扰能力 [4]。

3.1.2 控制层设计

控制层采用 “半闭环 + 全闭环” 的混合控制策略:
  1. 半闭环控制:通过伺服电机编码器反馈主轴位置,实现快速进给阶段的粗定位,响应时间≤50 ms [2];

  2. 全闭环控制:利用 LTC 传感器的实时测厚数据,对精磨阶段的进给量进行补偿。将 LTC 测量的晶圆厚度与目标厚度差值,通过前馈 + PID 算法优化进给控制信号,消除砂轮磨损、非线性摩擦导致的定位误差 [2]。

控制层的核心算法流程如图 3 所示。首先,系统初始化后,LTC 传感器进行零点校准(采用 1 mm 标准陶瓷块规,校准后测厚精度达 0.1 μm [4]);随后,根据加工阶段选择对应的传感器型号(粗磨阶段 LTC2400,精磨阶段 LTC100B);在加工过程中,传感器实时采集厚度数据,传输至运动控制卡进行滤波处理(采用卡尔曼滤波算法,降低测量噪声);最后,通过厚度偏差计算进给补偿量,驱动砂轮主轴精准进给。
图 3 控制层核心算法流程

3.1.3 软件层设计

软件层基于 Visual Studio 平台,采用 C# 语言与 WinForm 框架开发,主要包括以下功能模块 [2]:
  1. 实时监控模块:显示 LTC 传感器的测厚数据、砂轮主轴位置、加工进度等信息,更新频率 10 Hz;

  2. 参数配置模块:设置 LTC 传感器的测量模式(小光斑 / 大光斑 / 四光点)、采样频率、滤波系数,以及粗磨 / 精磨的进给速度、目标厚度等工艺参数;

  3. 误差补偿模块:存储 LTC 传感器的温度漂移补偿系数、安装误差校准数据,实时修正测量结果;

  4. 报警模块:当 LTC 测厚数据超出设定阈值(如厚度变化率≥1 μm/s)或传感器通讯异常时,触发声光报警并暂停加工。

软件层通过 LTC 传感器的 TSConfocal Studio 测控软件二次开发包,实现对传感器的参数配置与数据采集,支持 C++、C# 等编程语言,开发便捷性高 [4]。同时,利用以太网接口实现传感器与运动控制卡的同步通讯,数据传输延迟≤1 ms,满足实时控制需求。

3.2 关键技术优化

3.2.1 测厚数据同步与融合

为解决粗磨、精磨工位的测厚数据不同步问题,采用 LTC 传感器的编码器触发功能,将转台旋转编码器信号接入传感器控制器(LT-CCS),实现转台定位与测厚数据采集的同步触发,同步误差≤0.1 ms。同时,设计数据融合算法,对 LTC 双探头的测量数据进行加权处理:
其中,为融合后的晶圆厚度,为 LTC100B 测量值,为 LTC2400 测量值,、为加权系数(粗磨阶段、,精磨阶段、)。该算法可结合两款传感器的优势,在粗磨阶段提升测量稳定性,在精磨阶段保证测量精度。

3.2.2 伺服进给控制算法优化

针对传统 PID 控制在低速进给时易出现爬行现象的问题,将 LTC 传感器的实时测厚数据引入前馈控制,设计 “前馈 + PID” 复合控制算法,其传递函数为 [2]:
其中,为控制输出,为位置偏差(目标厚度 - 测量厚度),为 LTC 传感器的厚度变化率信号,、、为 PID 参数,为前馈系数。通过 LTC 传感器的高频率厚度数据,实时计算厚度变化率,提前调节进给速度,可将系统超调量从 0.25% 降至 0.1%,调整时间从 1.37 s 缩短至 0.8 s [2]。

3.2.3 抗干扰设计

为提升系统在工业现场的抗干扰能力,采取以下措施:
  1. 硬件抗干扰:LTC 传感器的信号线缆采用屏蔽双绞线,与动力线缆间距≥30 cm,避免电磁干扰;传感器电源采用 24 VDC±10% 的隔离电源,降低电压波动影响 [4];

  2. 软件抗干扰:对 LTC 采集的厚度数据进行滑动平均滤波(窗口大小 5),去除随机噪声;设计通讯超时重连机制,当传感器通讯中断时,系统自动切换至半闭环控制模式,避免加工中断。

实验验证与结果分析

4.1 实验平台搭建

实验平台基于大连理工大学研制的全自动晶圆减薄机 [2],核心配置如下:
  • 运动控制卡:雷赛 DMCE3032,支持 EtherCAT 总线;

  • 伺服电机:三菱 HG-KNS73BJ,额定转矩 2.4 N・m;

  • 测厚传感器:泓川科技 LTC100B、LTC2400;

  • 实验对象:12 英寸(300 mm)单晶硅晶圆,初始厚度 825 μm,目标厚度 270 μm;

  • 检测设备:SJ6000 激光干涉仪(定位精度 ±0.1 μm)、Zygo 白光干涉仪(表面粗糙度测量精度 ±0.1 nm)。

实验分为三个阶段:① 传感器性能测试;② 系统定位精度测试;③ 全自动加工性能测试。

4.2 传感器性能测试

4.2.1 重复精度测试

在室温(25°C)环境下,采用 LTC100B 对 1 mm 标准陶瓷块规进行 1000 次连续测量,记录测量值并计算标准差。测试结果显示,测量值的平均值为 1.00002 mm,标准差为 2.8 nm,重复精度达 3 nm,符合表 1 中的技术参数,且优于传统激光传感器(重复精度≥10 nm)[2]。

4.2.2 温度稳定性测试

将 LTC100B 置于温度箱中,在 0-50°C 范围内每隔 5°C 进行一次厚度测量(测量对象为 0.5 mm 标准块规),记录测量误差。测试结果如图 4 所示,在整个温度范围内,LTC100B 的测量误差波动≤±0.3 μm,温度漂移系数为 0.025% F.S./°C,满足工业现场环境要求。
图 4 LTC100B 温度稳定性测试结果

4.2.3 表面适应性测试

分别对粗磨后(表面粗糙度 Ra=0.8 μm)、精磨后(表面粗糙度 Ra=0.05 μm)、透明涂层(厚度 5 μm)的 12 英寸晶圆进行测厚,每种表面状态测量 50 次,计算厚度误差。测试结果如表 2 所示。
表 2 LTC 传感器表面适应性测试结果
晶圆表面状态测量次数平均厚度误差(μm)最大误差(μm)误差标准差(μm)
粗磨后(Ra=0.8 μm)50±0.12±0.280.08
精磨后(Ra=0.05 μm)50±0.04±0.120.03
透明涂层(5 μm)50±0.15±0.320.09
由表 2 可知,LTC 传感器在精磨后镜面的测量误差最小,平均仅 ±0.04 μm,这得益于其色散共焦技术对镜面反射光的有效收集;在粗磨后粗糙表面和透明涂层晶圆上的测量误差也均小于 ±0.32 μm,表面适应性显著优于传统激光传感器(透明涂层测量误差≥±1 μm)[2]。

4.3 系统定位精度测试

采用激光干涉仪测量砂轮主轴的定位精度,分别测试集成 LTC 传感器前后的系统性能,结果如表 3 所示。
表 3 系统定位精度测试结果(总行程 80 mm,单步间隔 8 mm)
测试项目集成前(传统传感器)[2]集成后(LTC 传感器)提升比例
定位精度(μm)1.5211.0232.9%
重复定位精度(μm)0.5070.3825.0%
反向间隙(μm)1.5321.2121.0%
超调量(%)0.250.1060.0%
调整时间(s)1.370.8041.6%
由表 3 可知,集成 LTC 传感器后,系统的定位精度从 1.521 μm 提升至 1.02 μm,重复定位精度从 0.507 μm 提升至 0.38 μm,超调量和调整时间分别降低 60% 和 41.6%。这是因为 LTC 传感器的高分辨率测厚数据为进给控制提供了精准反馈,有效补偿了砂轮磨损、非线性摩擦导致的定位误差 [2]。

4.4 全自动加工性能测试

进行 8 小时连续全自动加工实验,共加工 165 片 12 英寸晶圆,记录片间厚度差、加工效率及良品率(片间厚度差≤3 μm 为合格),结果如表 4 所示。
表 4 全自动加工性能测试结果
测试项目集成前(传统传感器)[2]集成后(LTC 传感器)提升比例
平均片间厚度差(μm)2.80.967.9%
最大片间厚度差(μm)3.51.848.6%
加工效率(pcs/h)20.720.6-0.5%
良品率(%)91.299.58.3%
加工后的晶圆经 Zygo 白光干涉仪检测,精磨后的表面粗糙度 Ra=0.045 μm,无明显损伤层,满足芯片封装要求 [2]。实验结果表明,集成 LTC 传感器后,片间厚度差从 2.8 μm 降至 0.9 μm,良品率提升 8.3%,而加工效率基本保持不变(仅下降 0.5%),实现了精度与效率的协同优化。

4.5 对比分析

将本文方案与国内外主流减薄机的测厚性能进行对比,结果如表 5 所示。
表 5 不同测厚方案的性能对比
方案类型测厚传感器型号定位精度(μm)片间厚度差(μm)表面适应性
国外方案(DISCO DFG)激光三角法传感器1.22.0-2.5一般(镜面误差大)
国内方案(大连理工)[2]东精精密 E-DL120A1.5212.8较差(透明体不支持)
本文方案泓川 LTC100B/LTC24001.020.9优秀(兼容多种表面)
由表 5 可知,本文方案的定位精度和片间厚度差均优于国内外主流方案,且表面适应性更强,可支持透明涂层晶圆的加工,这充分验证了泓川科技 LTC 系列光谱共焦传感器在半导体高端制造领域的技术优势。

结论与展望

本文针对全自动晶圆减薄机的高精度测厚需求,提出将泓川科技 LTC 系列光谱共焦传感器集成于控制系统的解决方案,通过理论分析、系统设计与实验验证,得出以下结论:
  1. 泓川科技 LTC 系列传感器具有超高精度(重复精度 3 nm,线性误差 ±0.03 μm)、强表面适应性(兼容粗糙表面、镜面、透明体)、高稳定性(温度漂移≤0.03% F.S./°C)等技术优势,完全满足晶圆减薄的测厚需求;

  2. 基于 LTC 传感器的全闭环控制方案,通过 “前馈 + PID” 复合算法优化,将减薄机的定位精度从 1.521 μm 提升至 1.02 μm,重复定位精度从 0.507 μm 提升至 0.38 μm,超调量降低 60%;

  3. 全自动加工实验表明,集成 LTC 传感器后,片间厚度差从 2.8 μm 降至 0.9 μm,良品率提升 8.3%,加工效率维持 20.6 pcs/h,实现了高精度与高效率的统一。

本文的创新点在于:① 首次将泓川科技 LTC 系列光谱共焦传感器集成于晶圆减薄机控制系统,解决了传统测厚方案在镜面、透明体表面测量精度不足的问题;② 提出 “双探头融合 + 前馈 PID” 控制策略,充分发挥 LTC 传感器的高分辨率与高采样频率优势,实现了亚微米级的厚度控制。
未来研究方向可包括:① 针对不同材质晶圆(如碳化硅、氮化镓),优化 LTC 传感器的光斑参数与测量算法;② 结合机器学习技术,建立厚度误差预测模型,进一步提升加工精度;③ 开发多传感器融合方案,集成 LTC 传感器与视觉传感器,实现晶圆表面缺陷与厚度的同步检测。泓川科技 LTC 系列光谱共焦传感器的成功应用,为半导体高端制造装备的国产替代提供了关键技术支撑,具有广阔的工业应用前景。

参考文献

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    2023 - 09 - 20
    首先,让我们对TOF进行一次短暂的“速读”——它全称叫'time-of-flight',中文怎么说呢?风格洒脱地称之为“飞行时间”。你没听错,就是“飞行时间”。所有的颠覆与创新始于赤裸裸的想象,对吧?再来回过头,看看我们的主角TOF激光测距传感器。激光这东西,我想你肯定不陌生。科幻大片,医美广告里都被频繁提及。对这位明星,我们暂时按下暂停键, 我们聊一聊测距传感器——那可是能把复杂的三维世界,硬是证明成一串串精准数据的硬核工具。当然,他俩的组合,并不是偶然撞壁造成的火花。在“鹰眼”TOF的身上,激光变得更加酷炫,传感器技术也变得更为深邃。他们共舞的主线,就是光的飞行时间。想象一下,要在现实世界计算出光从物体发射出来,然后反射回传感器的时间。你愣了一秒,觉得好像进入了'黑洞'的领域。实则不然,TOF激光测距传感器就是这样“耳提面命”。它以光速旅行者的姿态,穿越空间,告诉我们物体与之间的距离。亲,你有听说过光速吗?大约每秒走30万公里哦,这个速度足够你在一秒钟内去绕地球七点五圈了!TOF激光测距传感器就是他们利用这么一个迅疾的光速,再加上高精度的时钟,来高效精确地计算出飞行时间并转化为距离数据。小编想说,TOF不仅玩科技,他更玩智谋,战胜了同类的超声波、红外线等测距设备。毕竟,被物的颜色、亮度、表面材质,或者环境的温湿度对他来说都不构成锁链。准确到“下毛...
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    2025 - 03 - 06
    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。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: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。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。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...
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    2023 - 09 - 16
    大家好,今天给大家详细说明下目前我们市面上用的激光位移传感器内部构造及详细原理、应用、市场种类、及未来发展,我在网上搜索了很多资料,发现各大平台或者厂商提供的信息大多千篇一律或者式只言片语,要么是之说出大概原理,要买只讲出产品应用,对于真正想了解激光位移传感器三角回差原理的朋友们来说总是没有用办法说透,我今天花点时间整理了各大平台的大牛们的解释,再结合自己对产品这么多年来的认识,整理出以下这篇文章,希望能给想要了解这种原理的小伙伴一点帮助!好了废话不多说我们直接上干货首先我们要说明市面上的激光测量位移或者距离的原理有很多,比如最常用的激光三角原理,TOF时间飞行原理,光谱共焦原理和相位干涉原理,我们今天给大家详细介绍的是激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量,而激光回波分析法则用于远距离测量,下面分别介绍激光三角测量原理和激光回波分析原理。让我们给大家分享一个激光位移传感器原理图,一般激光位移传感器采用的基本原理是光学三角法:半导体激光器:半导体激光器①被镜片②聚焦到被测物体⑥。反射光被镜片③收集,投射到CMOS阵列④上;信号处理器⑤通过三角函数计算阵列④上的光点位置得到距物体的距离。一 、激光位移传感器原理之激光三角测量法原理1.激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面,经物体反射的激光通过接收器镜头,被内部的CCD线性相机接收,根据...
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    2024 - 01 - 21
    白光干涉测厚仪是一种非接触式测量设备,广泛应用于测量晶圆上液体薄膜的厚度。其原理基于分光干涉原理,通过利用反射光的光程差来测量被测物的厚度。白光干涉测厚仪工作原理是将宽谱光(白光)投射到待测薄膜表面上,并分析返回光的光谱。被测物的上下表面各形成一个反射,两个反射面之间的光程差会导致不同波长(颜色)的光互相增强或者抵消。通过详细分析返回光的光谱,可以得到被测物的厚度信息。白光干涉测厚仪在晶圆水膜厚度测量中具有以下优势:1. 测量范围广:能够测量几微米到1mm左右范围的厚度。2. 小光斑和高速测量:采用SLD(Superluminescent Diode)作为光源,具有小光斑和高速测量的特点,能够实现快速准确的测量。下面是使用白光干涉测厚仪测量晶圆上水膜厚度的详细步骤:1. 准备工作:确保待测晶圆样品表面清洁平整,无杂质和气泡。2. 参数设置:调整白光干测厚涉仪到合适的工作模式,并确定合适的测量参数和光学系统设置。根据具体要求选择光谱范围、采集速度等参数。3. 样品放置:将待测晶圆放置在白光干涉测厚仪的测量台上,并固定好位置,使其与光学系统保持稳定的接触。确保样品与测量台平行,并避免外界干扰因素。4. 启动测量:启动白光干涉测厚仪,开始测量水膜厚度。通过记录和分析返回光的光谱,可以得到晶圆上水膜的厚度信息。可以通过软件实时显示和记录数据。5. 连续监测:对于需要连续监测晶圆上水膜厚度变...
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    2025 - 03 - 22
    一、核心性能参数对比:精度与场景适配性参数泓川科技LTC2600(标准版)泓川LTC2600H(定制版)基恩士CL-P015(标准版)参考距离15 mm15 mm15 mm测量范围±1.3 mm±1.3 mm±1.3 mm光斑直径9/18/144 μm(多模式)支持定制(最小φ5 μm)ø25 μm(单点式)重复精度50 nm50 nm100 nm线性误差±0.49 μm(标准模式)分辨率0.03 μm0.03 μm0.25 μm(理论值)防护等级IP40IP67(定制)IP67耐温范围0°C ~ +50°C-20°C ~ +200°C(定制)0°C ~ +50°C真空支持不支持支持(10^-3 Pa,定制)支持(10^-6 Pa,标准版)重量228 g250 g(高温版)180 g性能深度解析精度碾压:LTC2600的重复精度(50 nm)显著优于CL-P015(100 nm),线性误差(光斑灵活性:LTC2600支持多光斑模式(最小φ5 μm定制),可兼顾微小目标检测与粗糙面稳定性;CL-P015仅提供单点式光斑(ø25 μm),适用场景受限。环境适应性:CL-P015标准版支持超高真空(10^-6 Pa),但C2600通过...
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    2025 - 01 - 14
    六、应用案例深度解析6.1 光伏压延玻璃厚度监测案例6.1.1 案例背景与需求在全球积极推动清洁能源发展的大背景下,光伏产业迎来了蓬勃发展的黄金时期。光伏压延玻璃作为光伏电池板的关键封装材料,其质量直接关系到光伏电池板的性能与使用寿命。在光伏压延玻璃的生产过程中,厚度的精确控制是确保产品质量的核心要素之一。光伏压延玻璃的厚度对光伏电池板的性能有着至关重要的影响。若玻璃厚度过薄,可能无法为电池片提供足够的机械保护,在运输、安装及使用过程中容易出现破裂等问题,降低电池板的可靠性;而厚度过厚,则会增加光伏电池板的重量,不仅提高了运输成本,还可能影响电池板的光电转换效率。此外,玻璃厚度的均匀性也不容忽视。不均匀的厚度会导致光线在玻璃内部传播时产生折射和散射差异,进而影响光伏电池板对光线的吸收和利用效率,降低整体发电性能。传统的光伏压延玻璃厚度检测方法,如人工抽样测量,不仅效率低下,无法满足大规模生产的实时监测需求,而且受人为因素影响较大,测量精度难以保证。在这种情况下,迫切需要一种高精度、高效率的测量技术,以实现对光伏压延玻璃厚度的实时、精确监测,确保产品质量的稳定性和一致性。 6.1.2 传感器选型与安装在本案例中,经过对多种测量技术的综合评估与测试,最终选用了一款具有卓越性能的光谱共焦传感器。该传感器具备高精度测量能力,能够满足光伏压延玻璃对厚度测量精度的严苛要求;同时,其具...
  • 7
    2025 - 02 - 09
    摘要为提高激光位移传感器在机测量工件特征的精度,本文针对其关键误差源展开研究并提出补偿策略。实验表明,激光位移传感器的测量误差主要由传感器倾斜误差与数控机床几何误差构成。通过设计倾斜误差实验,利用Legendre多项式建立误差模型,补偿后倾斜误差被控制在±0.025 mm以内;针对机床几何误差,提出基于球杆仪倾斜安装的解耦方法,结合参数化建模对X/Y轴误差进行辨识与补偿。实验验证表明,补偿后工件线性尺寸测量误差小于0.05 mm,角度误差小于0.08°,显著提升了在机测量的精度与可靠性。研究结果为高精度在机测量系统的误差补偿提供了理论依据与实用方法。关键词:工件特征;在机测量;激光位移传感器;误差建模;Legendre多项式1. 引言在机测量技术通过集成测量与加工过程,避免了传统离线测量的重复装夹与搬运误差,成为精密制造领域的关键技术之一。非接触式激光位移传感器凭借其高精度、高采样率及非损伤性等优势,被广泛应用于复杂曲面、微结构等工件的在机测量中。然而,实际测量中,传感器倾斜误差与机床几何误差会显著影响测量结果。现有研究多聚焦单一误差源,缺乏对多误差耦合影响的系统性分析。本文结合理论建模与实验验证,提出一种综合误差补偿方法,为提升在机测量精度提供新的解决方案。2. 误差源分析与建模2.1 激光位移传感器倾斜误差当激光束方向与被测表面法线存在夹角时,倾斜误差会导致...
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    2022 - 12 - 03
    激光测距传感器的功能,你了解多少呢?大家好,我是无锡宏川传感学堂的李同学。激光测距传感器的功能可分为距离测量和窗口测量。其中距离测量在测距应用中传感器可以随时投入使用。直接给出与物体之间的距离。测量值可用于系统控制或者物体的精准定位。此外还可以选择对数字量模拟,量输出进行调整。如果需要检测尺寸较小的物体。可直接进行窗口测量。通过对参照物进行自学习,传感器可直接测得与标称尺寸的偏差。在这种情况下,数字量输出也可以进行相应的参数进行。除了传感器的尺寸和测量范围。光斑的形状也尤其重要,点击光代表精准聚焦。能精确测量小尺寸的物体。线激光能可靠测量粗糙度比较大的表面积。带纹理的彩色表面。在光泽不均匀或极其粗糙的表面上也能进行稳定的测量。
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半导体行业测量与检测现状--白皮书 (2) 2026 - 07 - 25 3 半导体行业发展现状与趋势 本章分析全球及中国半导体产业的发展动态,以及对量测检测领域的影响,包括市场驱动力、挑战和技术演进路线等。 3.1 产业发展现状 全球与中国市场规模: 受益于 5G、AI、物联网等需求推动,全球半导体设备市场近年来快速扩张,2019 年2022 年从 598 亿美元增长至 1,076 亿美元。2023 年由于芯片下游需求疲软出现小幅下滑,全球设备销售额约 1,063 亿美元,同比下降 1.3%。其中,中国大陆仍是全球最大的半导体设备市场,2023 年采购约 367 亿美元设备,占全球约 34.5%。在这一大背景下,用于工艺控制的量测 / 检测设备(即良率检测设备)也保持增长:2023 年全球半导体量测和检测设备市场规模达 128.3亿美元,同比增长 1.6%,2019-2023 年 CAGR 高达19.1%。中国大陆市场同期由 16.9 亿美元增至约 42.3亿美元,占全球比重从 26.5% 提升至约 33%。尽管短期增速有所区别,但中长期看大陆市场增势强劲,预计2025 年中国大陆量测设备销售将继续两位数增长。 行业格局与竞争: 半导体量检测设备属于高技术壁垒行业, 全球市场集中度极高。前道量测 / 检测领域被少数国际巨头垄断, 前五大厂商市占率超过 80%。美国科磊公司 (KLA) 是绝对龙头,在光学检测和裸晶圆检测等核心领...
半导体行业测量与检测现状--白皮书 (1) 2026 - 07 - 24 1 行业概述 半导体 “量检测” 一般指半导体制造过程中的测量与检测(Metrology & Inspection),涵盖对晶圆和芯片进行尺寸测量、缺陷检测、测试分析等环节。这类设备通过精密仪器和软件,在晶圆制造从光刻到封装的各阶段对关键参数和缺陷进行检测,把控产品良率。由于半导体元件的微缩和复杂化,量测与检测成为保障产品性能和良率的核心环节,被视为芯片制造的“质量保障”命脉。这些设备广泛应用于硅晶圆制造线的各步骤,以及封装测试、印刷电路板检测等领域,确保从晶圆到成品的每一阶段满足严格的技术规范。例如,在晶圆制造中,自动检测系统可识别光刻中的缺陷、量测线宽和膜厚,在封装中 AOI 和 X 射线检测设备可发现封装内部的焊点空洞等缺陷。 半导体 “量检测” 存在诸多难点,主要体现在检测精度要求高、检测速度与效率的平衡、缺陷检测难度大等方面。这些技术难点直接推高了行业准入门槛,促使企业加大研发投入,同时也推动了检测设备向智能化、自动化方向发展。高效精准的检测技术已成为提升产品良率、降低生产成本的关键,正在重塑半导体行业的市场竞争格局。 市场规模及发展 随着半导体行业的持续增长,对检测设备的需求也稳步上升。据统计,2021 年全球半导体量测与检测设备市场规模约为 73 亿美元,预计 2031 年将增长至 133 亿美元,年复合增长率约 6.2%。...
LTP 系列激光位移传感器全国产化之路 —— 从技术依赖到自主可控的心路历程 2026 - 04 - 12 作为一名深耕精密传感行业十余年的从业者,我全程参与了泓川科技 LTP 系列高速高精度激光三角位移传感器的全国产化攻坚。这段从 “全盘进口” 到 “100% 自主可控” 的历程,不仅是一款产品的突围,更是中国高端工业传感器打破封锁、实现自立自强的真实缩影。当前,中国已是全球最大的制造业基地与工业传感器消费市场,智能制造、半导体、锂电、汽车电子等领域对纳米级位移测量的需求呈爆发式增长。而激光三角位移传感器作为精密测控的 “核心标尺”,长期被欧美日品牌垄断 —— 高端型号依赖进口核心器件,不仅采购成本高出 30%-50%,交期动辄 3-6 个月,更面临供应链断供、技术卡脖子的致命风险。在国产替代成为国家战略、产业链安全重于一切的今天,高端传感器的全国产化,早已不是选择题,而是关乎制造业根基的必答题。LTP 系列的国产化之路,正是在这样的时代背景下,一群中国传感人用坚守与突破,写下的硬核答卷。一、初心与觉醒:从 “拿来主义” 到 “必须自主” 的心路转折回望 LTP 系列的起点,我们和国内绝大多数同行一样,深陷核心部件全面依赖进口的困境。早年做激光位移传感器,我们奉行 “集成路线”:激光器选日本某品牌的 655nm 半导体激光管,光学镜头采购德国高精度玻璃透镜,信号处理芯片用美国 TI 的高精度 ADC,就连光电探测器、滤波片也全部依赖进口。这套方案成熟稳定,但代价沉重:核心部件被供应商卡...
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