無接觸式電容間距傳感器的製造方法
2023-09-19 00:40:25
無接觸式電容間距傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及用於簡單地並且可靠地、電容式地、無接觸地並且非破壞性地檢查在襯底（1）上或中或浮動地在襯底（1）中產生的導電結構（3）的設備和方法。根據本發明使用具有至少兩個傳感器電極面（9）的電容傳感器（11），這些傳感器電極面以彼此不同的、恆定的間距平行於襯底（1）的表面並且相對於襯底（1）的表面並排地被布置。
【專利說明】無接觸式電容間距傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於導電結構的無接觸的並且非破壞性的檢查的設備和方法，這些導電結構在襯底上或中或在襯底中浮動地被產生。
[0002]本發明特別是涉及在分別沿著面延伸的襯底上的導電結構的無接觸的並且非破壞性的檢查。相應的襯底例如出現在所謂的顯示器底板或印刷電路中。相應結構的電氣檢驗在整個顯示器完成之前只能有條件地進行。這首先適用於具有毫米或微米範圍內的長度或與襯底的邊緣沒有直接接觸的結構。
【背景技術】
[0003]導電結構在該導電結構被完全包圍在襯底中、與襯底的邊緣或表面沒有直接的接觸並且是電絕緣的時候是浮動的。
[0004]用於檢驗電氣功能的一種可能性是使用常規的探針。在此將針按壓到襯底中的相應的導電面上並且建立電連接。隨後，針接觸之間的結構可以關於導電性或在功能方面被研究。然而這樣的方法具有一些缺點。非破壞性的接觸是不可能的或僅能有條件地進行。此外，接觸本身同樣是相對昂貴的。因此必須精確地校準針並且以所定義的壓力保證接觸。在此針同樣遭受到機械磨損。由於這個昂貴的過程，很多面的檢查和因此「在線」檢查只能有條件地有效地實現。
[0005]另一種常規的測量方法是光學檢查。該光學檢查不能作出關於電特性或關於沒有缺陷的功能的任何陳述。然而，該光學檢查適合於材料檢查。由此可以檢驗結構的橫向幾何形狀。然而不能可靠地識別導致錯誤行為的、導電結構中的裂紋或位於較深處的印製導線之間的下面的層中的短路。
[0006]另一種常規的解決方案是所謂的(zugenannt)無接觸式電容檢查。在此，在襯底表面和傳感器之間構成依賴於地點的電容。藉助該電容耦合隨後可以探測電壓和電容變化。由此可以對襯底的表面進行電容式掃描或計算在襯底表面上所施加的電壓。為了相應的測量，必須相應地為襯底供應信號。在電容式表面掃描的情況下，到襯底的信號饋送同樣可以電容式地通過導電的支承面來激勵。由於電容耦合，測量信號對傳導能力或電容的變化作出反應並且因此比相應的光學方法更好地適合於相應結構的電氣檢查。圖2示出該常規的方法。然而，在該方法中不可能檢查很小的、未電連接的、即浮動的結構。因此不能對這些結構直接加載信號。在這種情況下，通過襯底容器(Substrataufnahme)的電容稱合是不可能的。對於可測量的信號，襯底容器的耦合面必須決定性地大於傳感器的耦合面，否則不能測量出測量結果「結構存在」和「結構不存在」之間的差別。
【發明內容】
[0007]本發明的任務是提供用於無接觸地並且非破壞性地檢查導電結構的設備和方法，使得在x，y，Z笛卡爾坐標系中簡單地並且可靠地檢測導電結構沿著Z軸的延伸和/或導電結構沿著X，y平面的延伸。應該能夠有效地檢查多個導電結構。應該可靠地識別例如導電結構中的裂紋或位於襯底中的印製導線之間的短路。應該能夠檢查襯底上或中的電氣結構和浮動的電氣結構。應該能夠檢查例如顯示器襯底和印刷電路。
[0008]該任務通過根據主權利要求的裝置和根據附加權利要求的所有方法來解決。
[0009]根據第一方面，提供用於電容式地無接觸地並且非破壞性地檢查多個在襯底上或中產生的導電結構的設備，具有定位襯底的導電的襯底支架，藉助激勵信號產生裝置所產生的激勵信號被施加到該襯底支架上；被定位在襯底的背離襯底支架的側上的、具有至少兩個以到襯底的表面的彼此不同的、恆定的間距平行於該表面並且相對於該表面並排地被布置的傳感器電極面的電容傳感器；用於檢測相應的傳感器電極面處的相應的傳感器測量信號的測量裝置；用於藉助所檢測的傳感器測量信號確定導電結構的空間延伸的分析裝置。
[0010]根據第二方面，提供用於電容式地無接觸地並且非破壞性地檢查多個在襯底上或中被產生的導電結構的方法，該方法具有下述步驟。藉助導電的襯底支架定位襯底，在該襯底支架上施加藉助激勵信號產生裝置所產生的激勵信號；在襯底的背離襯底支架的側上定位具有至少兩個以彼此不同的、恆定的間距平行於襯底的表面並且相對於該表面並排地被布置的傳感器電極面的電容傳感器；藉助測量裝置檢測相應的傳感器電極面處的相應的傳感器測量信號；藉助分析裝置來實施藉助所檢測的傳感器測量信號對導電結構的空間延伸的確定。
[0011]根據本發明，使用具有傳感器電極的三維構成的電容傳感器。在此使用至少兩個相鄰的傳感器電極，其中所述傳感器電極互相垂直地具有偏移。根據本發明的設備為了測量必須在要測量的面之上以恆定的間距被定位或被移動。在此，在根據本發明的設備和襯底的導電面之間形成電容耦合。傳感器電極和測量對象之間的電容耦合定義測量電容。該測量電容在高度偏移的傳感器電極之間不同地得出結果。傳感器電極的傳感器電極面是垂直地高度偏移的。在否則相同的條件下，測量電容的該差別依賴於傳感器電極面的高度偏移和在傳感器和導電結構之間的間距。因為傳感器電極面的高度偏移是已知的，所以可以由測量信號計算導電結構到傳感器的間距並且可以確定導電結構是否存在。
[0012]根據本申請，相互高度偏移地布置傳感器電極，使得電容傳感器三維地構成。以這種方式可以由測量信號計算間距。根據本發明可以實現直接到導電結構的簡單的絕對的間距測量並且由此推導地實現高度分布(H0henpix)fil)的測量。這不要求直接接觸襯底以便產生信號。同樣可以由例如可以是卡盤的襯底容器電容地包含信號。同樣可以在不導電的襯底中或穿過電氣層測量和檢查導電結構。只要傳感器電極面完全或以相同的部分與導電結構重疊，根據本發明的方法就不依賴於結構大小進行測量。因為間距測量只依賴於兩個測量電流的比值，所以可以在結構上施加任意的電信號。如果不施加信號，那麼就沒有再充電電流。在這種情況下，傳感器必要時可以被保持在振蕩電位上。本發明不需要對激勵電壓的高度的認識。依賴於工作間距，高度偏移可以適配於測量條件並且被優化。
[0013]結合從屬權利要求來請求保護其它的有利的擴展方案。
[0014]根據一種有利的擴展方案，可以構造兩個傳感器電極面並且分析裝置具有除法器並且藉助兩個傳感器測量信號相互的比值確定傳感器到導電結構的間距h。
[0015]根據另一種有利的擴展方案，分析裝置可以確定，導電結構是否在傳感器電極面之一和襯底支架之間延伸。[0016]根據另一種有利的擴展方案，分析裝置可以在確定間距h大於閾值的情況下確定，沒有導電結構在被分配的傳感器電極和襯底支架之間延伸。該閾值例如可以是傳感器和襯底支架之間的最大可能的間距。
[0017]根據另一種有利的擴展方案，可以在傳感器電極面之一的平面內在傳感器上構造至少一個導電屏蔽層。可以在導電屏蔽層上施加地電位。
[0018]根據另一種有利的擴展方案，至少一個導電屏蔽層可以代替處於相同平面內的傳感器電極面。
[0019]根據另一種有利的擴展方案，激勵信號可以是交流電壓和/或電流信號。
[0020]根據另一種有利的擴展方案，傳感器測量信號可以分別是再充電電流。
[0021]根據另一種有利的擴展方案，傳感器電極面和導電結構可以平行於正交坐標系的X，y平面延伸。
[0022]根據另一種有利的擴展方案，傳感器電極面可以是同樣大的。
[0023]根據另一種有利的擴展方案，傳感器電極面可以是彼此完全一致的。
[0024]根據另一種有利的擴展方案，傳感器電極面可以共同對應於襯底的表面。
[0025]根據另一種有利的擴展方案，襯底可以是液晶顯示器(IXD, Liquid CrystalDisplay)的屏幕玻璃襯底並且導電結構可以是印製導線或像素麵。同樣，襯底和導電結構可以構造印刷電子電路。導電結構可以是TFT電極(薄膜電晶體(Thin Film Transistor)電極)上的印製導線或像素麵。
[0026]根據另一種有利的擴展方案，相對移動裝置可以將襯底的表面和傳感器以相對於彼此恆定的間距相對移動到多個測量位置中。
[0027]根據另一種有利的擴展方案，傳感器可以具有多個傳感器電極面組，並且同時提供多個測量位置，其中所述傳感器電極面組以規則的圖案覆蓋襯底的表面。
[0028]根據另一種有利的擴展方案，規則的圖案可以行狀地覆蓋襯底的表面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]藉助實施例，結合圖進一步描述本發明。其中:
圖1a和Ib示出要檢查的導電結構的實施例；
圖2a到2c示出常規的無接觸式電容檢查的實施例；
圖3示出根據本發明裝置的一個實施例；
圖4a到4c示出根據本發明的測量的實施例；
圖5示出根據本發明的間距計算的一個實施例；
圖6不出有利的傳感器電極的實施例；
圖7a和7b示出根據本發明的方法的兩個測量實例。
【具體實施方式】
[0030]圖1a和Ib示出要檢查的導電結構的實施例。圖1a示出作為導電結構的一個實施例的一個導電錶面。附圖標記3在此表示該導電錶面。圖1b示出導電結構3的其它的實施例。因此導電結構3可以在襯底I中被構造。替代地，導電結構同樣可以在襯底I上或下被構造。該導電結構3同樣可以浮動地被提供。本發明能夠實現特別小的浮動的導電結構面3的無接觸的檢查並且此外從電容傳感器到根據圖1a的襯底I的結構化表面的間距的測量。通過這樣的間距測量，可以測量作為根據圖1a的三維地導電的結構化表面3的第三維度的高度。以這種方式可以實行分布測量。同樣可以幾何地、更確切地說同樣在第三維度中測定根據圖1b的電介質內部的導電結構3。
[0031]圖2a到2c示出常規的無接觸的電容檢查的實施例。在襯底I的表面和傳感器之間構造依賴於地點的電容。藉助該電容耦合可以隨後探測電壓和電容變化。此外，在接地面8和襯底容器5之間構造有電容。圖2a示出沒有導電結構的裝置，圖2b示出具有導電結構3的裝置並且圖2c示出具有導電結構3的常規的裝置，該導電結構的面對應於襯底容器5的面。
[0032]圖3示出根據本發明的裝置的一個實施例。
[0033]根據本發明使用電容傳感器，該電容傳感器提供至少兩個相互平行的、不在一個平面內並且相對於要檢查的結構並排的分離的傳感器電極面。在該傳感器處，在其朝向要檢查的結構的側上，特別有利地分別構造分離的傳感器電極，以便產生每個根據本發明的傳感器電極面。這樣的傳感器電極在此特別有利地沿著笛卡爾坐標系的X，y平面延伸，其中傳感器電極在z方向上的空間延伸是較小的。該差別可以位於例如至少十的一次冪的範圍內。以這種方式產生的傳感器電極例如可以作為傳感器電極層被完成。寬度和深度可以在毫米範圍內並且厚度可以在微米範圍內。電容傳感器的朝向要檢查的結構的表面的走向被構造，使得各個平行的傳感器電極層在Z方向上相互偏移並且相對於X，y平面並排。相應的傳感器電極或傳感器電極層由傳感器承載，使得電場的場力線僅在傳感器電極或傳感器電極層的朝向襯底的沿著x，y平面在空間上延伸的面處終止或開始。這樣的面被稱為相應的傳感器電極面。因此傳感器電極特別有利地被構造為傳感器電極層。
[0034]傳感器11為了測量以恆定的間距在襯底I的表面之上被定位或被移動。在此，傳感器11例如可以藉助空氣軸承被平放在氣墊上。以這種方式得出恆定的平均的間距，其中間距的變化通過空氣軸承來補償、即被平均。假如要測量的導電結構3存在，那麼該導電結構可以被構造在襯底I上或中。在傳感器11和優選地沿著襯底I的與傳感器電極的面9平行的面延伸的導電結構3之間形成電容耦合Cl和C2。傳感器電極11和測量對象I或3之間的電容耦合定義測量電容。所述測量電容Cl和C2在第一和第二傳感器電極面9之間是不同的。可選地，可以在傳感器11的朝向測量對象I和3的側上構造接地面8。測量電容Cl和C2在高度偏移的(h5henversetzt)傳感器電極面9之間是不同的。在否則相同的條件下，該差別依賴於傳感器電極面9的高度偏移和在傳感器11和導電結構3之間的間距。因為傳感器電極面9的高度偏移d是已知的，所以可以由傳感器測量信號計算導電結構3到傳感器11的間距h。圖3示出作為襯底支架5的承載並且固定襯底I的導電的襯底容器，在該襯底支架上施加藉助激勵信號產生裝置7所產生的激勵信號或激勵信號被饋送到該襯底支架。在襯底I的背離襯底容器的側上，定位具有至少兩個以到襯底容器5的彼此不同的、恆定的間距被布置的傳感器電極面9的電容傳感器11。測量裝置12檢測相應傳感器電極面9的相應傳感器測量信號，其中藉助分析裝置13，藉助激勵信號和所檢測的傳感器測量信號的兩個信號來確定導電結構3的空間延伸。
[0035]利用電容傳感器11隻能直接測量再充電電流。這些再充電電流通過以下等式來描述:
【權利要求】
1.用於電容式地、無接觸地並且非破壞性地檢查多個在襯底(I)上或中產生的導電結構(3)的設備，具有: 一定位所述襯底(I)的導電的襯底支架(5)，藉助激勵信號產生裝置(7)所產生的激勵信號被施加到所述襯底支架上； 一被定位在襯底(I)的背離所述襯底支架(5)的側上的、具有至少兩個以彼此不同的、恆定的間距平行於所述襯底(I)的表面並且相對於所述襯底(I)的表面並排地被布置的傳感器電極面(9)的電容傳感器(11)； 一用於檢測相應傳感器電極面(9)處的相應傳感器測量信號的測量裝置(12)； 一用於藉助所檢測的傳感器測量信號來確定導電結構(3)的空間延伸的分析裝置(13)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，兩個傳感器電極面(9a、9b)被構造並且所述分析裝置(13)具有除法器並且藉助兩個傳感器測量信號相互的比值確定所述傳感器(11)到導電結構(3)的間距(h)。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特徵在於，所述分析裝置(13)確定，導電結構(3)是否在所述傳感器電 極面之一(9a)和所述襯底支架(5)之間延伸。
4.根據權利要求3所述的設備，其特徵在於，所述分析裝置(13)在確定間距(h)大於閾值的情況下確定，沒有導電結構(3)在被分配的傳感器電極(9a)和所述襯底支架(5)之間延伸。
5.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，在所述傳感器電極面之一(9b)的平面內，至少一個導電屏蔽層(8 )在所述傳感器(11)上被構造。
6.根據權利要求5所述的設備，其特徵在於，所述至少一個導電屏蔽層(8)代替位於相同平面內的傳感器電極面(9b )。
7.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述激勵信號是交流電壓和/或電流信號。
8.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，傳感器測量信號分別是再充電電流。
9.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述傳感器電極面(9a、9b)和所述導電結構(3)平行於正交坐標系的X，y平面延伸。
10.根據權利要求1或9所述的設備，其特徵在於，所述傳感器電極面(9a、9b)是同樣大的。
11.根據權利要求9或10所述的設備，其特徵在於，所述傳感器電極面(9a、9b)是彼此完全一致的。
12.根據權利要求10或11所述的設備，其特徵在於，所述傳感器電極面(9)共同對應於所述襯底(I)的表面。
13.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述襯底(I)是液晶顯示器(IXD，LiquidCrystal Display)的屏幕玻璃襯底並且所述導電結構(3)是印製導線或像素麵。
14.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，相對移動裝置將所述襯底(I)的表面和所述傳感器(11)以相對於彼此恆定的間距相對移動到多個測量位置中。
15.根據權利要求1或14所述的設備，其特徵在於，所述傳感器(11)具有多個傳感器電極面(9a、9b)組，並且同時提供多個測量位置，其中所述傳感器電極面組以規則的圖案覆蓋所述襯底(I)的表面。
16.根據權利要求15所述的設備，其特徵在於，所述規則的圖案行狀地覆蓋所述襯底(I)的表面。
17.用於電容式地、無接觸地並且非破壞性地檢查多個在襯底(I)上或中產生的導電結構(3)的方法，具有以下步驟: 一藉助導電的襯底支架(5)定位所述襯底(I )，藉助激勵信號產生裝置(7)所產生的激勵信號被施加到所述襯底支架上； 一在所述襯底(I)的背離所述襯底支架(5)的側上定位具有至少兩個以到所述襯底(I)的表面的彼此不同的、恆定的間距並且相對於所述襯底(I)的表面並排地被布置的傳感器電極面(9)的電容傳感器(11)； 一藉助測量裝置(12)檢測相應傳感器電極面(9)處的相應傳感器測量信號； 一藉助分析裝置(13)來實施藉助所檢測的傳感器測量信號對導電結構(3)的空間延伸的確定。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，兩個傳感器電極面(9a、9b)被構造並且所述分析裝置(13)具有除法器並且藉助兩個傳感器測量信號相互的比值確定所述傳感器(II)到導電結構(3)的間距(h)。
19.根據權利要求17或18所述的方法，其特徵在於，所述分析裝置(13)確定，導電結構(3)是否在所述傳感器電極面之一(9a)和所述襯底支架(5)之間延伸。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述分析裝置(13)在確定間距(h)大於閾值的情況下確定，沒有導電結構(3)在被分配的傳感器電極(9a)和所述襯底支架(5)之間延伸。
21.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，在所述傳感器電極面之一(9b)的平面內，至少一個導電屏蔽層(8)在傳感器(11)上被構造，其中地電位被施加在所述導電屏蔽層(8)上。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述至少一個導電屏蔽層(8)代替位於相同平面內的傳感器電極面(％)。
23.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，交流電壓和/或電流信號作為所述激勵信號被注入。
24.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，傳感器測量信號分別是再充電電流。
25.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述傳感器電極面(9a、9b)和所述導電結構(3)平行於正交坐標系的X，y平面延伸。
26.根據權利要求17或25所述的方法，其特徵在於，所述傳感器電極面(9a、9b)是同樣大的。
27.根據權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述傳感器電極面(9a、9b)是彼此完全一致的。
28.根據權利要求26或27所述的方法，其特徵在於，所述傳感器電極面(9)共同對應於所述襯底(I)的表面。
29.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述襯底(I)是液晶顯示器(IXD，Liquid Crystal Display)的屏幕玻璃襯底並且所述導電結構(3)是印製導線或像素麵。
30.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，相對移動裝置將所述襯底(I)的表面和所述傳感器(11)以相對於彼此恆定的間距相對移動到多個測量位置中。
31.根據權利要求17或30所述的方法，其特徵在於，所述傳感器(11)具有多個傳感器電極面(9a、9b)組，並且同時提供多個測量位置，其中所述傳感器電極面組以規則的圖案覆蓋所述襯底(I)的表面。
32.根據 權利要求31所述的方法，其特徵在於，所述規則的圖案行狀地覆蓋所述襯底(I)的表面。
【文檔編號】G01B7/06GK103765235SQ201280041589
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月2日 優先權日:2011年8月26日
【發明者】F.阿拉塔斯, M.克德爾, A.希克 申請人:西門子公司