无接触式电容间距传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于简单地并且可靠地、电容式地、无接触地并且非破坏性地检查在衬底（1）上或中或浮动地在衬底（1）中产生的导电结构（3）的设备和方法。根据本发明使用具有至少两个传感器电极面（9）的电容传感器（11），这些传感器电极面以彼此不同的、恒定的间距平行于衬底（1）的表面并且相对于衬底（1）的表面并排地被布置。
【专利说明】无接触式电容间距传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于导电结构的无接触的并且非破坏性的检查的设备和方法，这些导电结构在衬底上或中或在衬底中浮动地被产生。
[0002]本发明特别是涉及在分别沿着面延伸的衬底上的导电结构的无接触的并且非破坏性的检查。相应的衬底例如出现在所谓的显示器底板或印刷电路中。相应结构的电气检验在整个显示器完成之前只能有条件地进行。这首先适用于具有毫米或微米范围内的长度或与衬底的边缘没有直接接触的结构。
【背景技术】
[0003]导电结构在该导电结构被完全包围在衬底中、与衬底的边缘或表面没有直接的接触并且是电绝缘的时候是浮动的。
[0004]用于检验电气功能的一种可能性是使用常规的探针。在此将针按压到衬底中的相应的导电面上并且建立电连接。随后，针接触之间的结构可以关于导电性或在功能方面被研究。然而这样的方法具有一些缺点。非破坏性的接触是不可能的或仅能有条件地进行。此外，接触本身同样是相对昂贵的。因此必须精确地校准针并且以所定义的压力保证接触。在此针同样遭受到机械磨损。由于这个昂贵的过程，很多面的检查和因此“在线”检查只能有条件地有效地实现。
[0005]另一种常规的测量方法是光学检查。该光学检查不能作出关于电特性或关于没有缺陷的功能的任何陈述。然而，该光学检查适合于材料检查。由此可以检验结构的横向几何形状。然而不能可靠地识别导致错误行为的、导电结构中的裂纹或位于较深处的印制导线之间的下面的层中的短路。
[0006]另一种常规的解决方案是所谓的(zugenannt)无接触式电容检查。在此，在衬底表面和传感器之间构成依赖于地点的电容。借助该电容耦合随后可以探测电压和电容变化。由此可以对衬底的表面进行电容式扫描或计算在衬底表面上所施加的电压。为了相应的测量，必须相应地为衬底供应信号。在电容式表面扫描的情况下，到衬底的信号馈送同样可以电容式地通过导电的支承面来激励。由于电容耦合，测量信号对传导能力或电容的变化作出反应并且因此比相应的光学方法更好地适合于相应结构的电气检查。图2示出该常规的方法。然而，在该方法中不可能检查很小的、未电连接的、即浮动的结构。因此不能对这些结构直接加载信号。在这种情况下，通过衬底容器(Substrataufnahme)的电容稱合是不可能的。对于可测量的信号，衬底容器的耦合面必须决定性地大于传感器的耦合面，否则不能测量出测量结果“结构存在”和“结构不存在”之间的差别。
【发明内容】
[0007]本发明的任务是提供用于无接触地并且非破坏性地检查导电结构的设备和方法，使得在x，y，Z笛卡尔坐标系中简单地并且可靠地检测导电结构沿着Z轴的延伸和/或导电结构沿着X，y平面的延伸。应该能够有效地检查多个导电结构。应该可靠地识别例如导电结构中的裂纹或位于衬底中的印制导线之间的短路。应该能够检查衬底上或中的电气结构和浮动的电气结构。应该能够检查例如显示器衬底和印刷电路。
[0008]该任务通过根据主权利要求的装置和根据附加权利要求的所有方法来解决。
[0009]根据第一方面，提供用于电容式地无接触地并且非破坏性地检查多个在衬底上或中产生的导电结构的设备，具有定位衬底的导电的衬底支架，借助激励信号产生装置所产生的激励信号被施加到该衬底支架上；被定位在衬底的背离衬底支架的侧上的、具有至少两个以到衬底的表面的彼此不同的、恒定的间距平行于该表面并且相对于该表面并排地被布置的传感器电极面的电容传感器；用于检测相应的传感器电极面处的相应的传感器测量信号的测量装置；用于借助所检测的传感器测量信号确定导电结构的空间延伸的分析装置。
[0010]根据第二方面，提供用于电容式地无接触地并且非破坏性地检查多个在衬底上或中被产生的导电结构的方法，该方法具有下述步骤。借助导电的衬底支架定位衬底，在该衬底支架上施加借助激励信号产生装置所产生的激励信号；在衬底的背离衬底支架的侧上定位具有至少两个以彼此不同的、恒定的间距平行于衬底的表面并且相对于该表面并排地被布置的传感器电极面的电容传感器；借助测量装置检测相应的传感器电极面处的相应的传感器测量信号；借助分析装置来实施借助所检测的传感器测量信号对导电结构的空间延伸的确定。
[0011]根据本发明，使用具有传感器电极的三维构成的电容传感器。在此使用至少两个相邻的传感器电极，其中所述传感器电极互相垂直地具有偏移。根据本发明的设备为了测量必须在要测量的面之上以恒定的间距被定位或被移动。在此，在根据本发明的设备和衬底的导电面之间形成电容耦合。传感器电极和测量对象之间的电容耦合定义测量电容。该测量电容在高度偏移的传感器电极之间不同地得出结果。传感器电极的传感器电极面是垂直地高度偏移的。在否则相同的条件下，测量电容的该差别依赖于传感器电极面的高度偏移和在传感器和导电结构之间的间距。因为传感器电极面的高度偏移是已知的，所以可以由测量信号计算导电结构到传感器的间距并且可以确定导电结构是否存在。
[0012]根据本申请，相互高度偏移地布置传感器电极，使得电容传感器三维地构成。以这种方式可以由测量信号计算间距。根据本发明可以实现直接到导电结构的简单的绝对的间距测量并且由此推导地实现高度分布(H0henpix)fil)的测量。这不要求直接接触衬底以便产生信号。同样可以由例如可以是卡盘的衬底容器电容地包含信号。同样可以在不导电的衬底中或穿过电气层测量和检查导电结构。只要传感器电极面完全或以相同的部分与导电结构重叠，根据本发明的方法就不依赖于结构大小进行测量。因为间距测量只依赖于两个测量电流的比值，所以可以在结构上施加任意的电信号。如果不施加信号，那么就没有再充电电流。在这种情况下，传感器必要时可以被保持在振荡电位上。本发明不需要对激励电压的高度的认识。依赖于工作间距，高度偏移可以适配于测量条件并且被优化。
[0013]结合从属权利要求来请求保护其它的有利的扩展方案。
[0014]根据一种有利的扩展方案，可以构造两个传感器电极面并且分析装置具有除法器并且借助两个传感器测量信号相互的比值确定传感器到导电结构的间距h。
[0015]根据另一种有利的扩展方案，分析装置可以确定，导电结构是否在传感器电极面之一和衬底支架之间延伸。[0016]根据另一种有利的扩展方案，分析装置可以在确定间距h大于阈值的情况下确定，没有导电结构在被分配的传感器电极和衬底支架之间延伸。该阈值例如可以是传感器和衬底支架之间的最大可能的间距。
[0017]根据另一种有利的扩展方案，可以在传感器电极面之一的平面内在传感器上构造至少一个导电屏蔽层。可以在导电屏蔽层上施加地电位。
[0018]根据另一种有利的扩展方案，至少一个导电屏蔽层可以代替处于相同平面内的传感器电极面。
[0019]根据另一种有利的扩展方案，激励信号可以是交流电压和/或电流信号。
[0020]根据另一种有利的扩展方案，传感器测量信号可以分别是再充电电流。
[0021]根据另一种有利的扩展方案，传感器电极面和导电结构可以平行于正交坐标系的X，y平面延伸。
[0022]根据另一种有利的扩展方案，传感器电极面可以是同样大的。
[0023]根据另一种有利的扩展方案，传感器电极面可以是彼此完全一致的。
[0024]根据另一种有利的扩展方案，传感器电极面可以共同对应于衬底的表面。
[0025]根据另一种有利的扩展方案，衬底可以是液晶显示器(IXD, Liquid CrystalDisplay)的屏幕玻璃衬底并且导电结构可以是印制导线或像素面。同样，衬底和导电结构可以构造印刷电子电路。导电结构可以是TFT电极(薄膜晶体管(Thin Film Transistor)电极)上的印制导线或像素面。
[0026]根据另一种有利的扩展方案，相对移动装置可以将衬底的表面和传感器以相对于彼此恒定的间距相对移动到多个测量位置中。
[0027]根据另一种有利的扩展方案，传感器可以具有多个传感器电极面组，并且同时提供多个测量位置，其中所述传感器电极面组以规则的图案覆盖衬底的表面。
[0028]根据另一种有利的扩展方案，规则的图案可以行状地覆盖衬底的表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]借助实施例，结合图进一步描述本发明。其中:
图1a和Ib示出要检查的导电结构的实施例；
图2a到2c示出常规的无接触式电容检查的实施例；
图3示出根据本发明装置的一个实施例；
图4a到4c示出根据本发明的测量的实施例；
图5示出根据本发明的间距计算的一个实施例；
图6不出有利的传感器电极的实施例；
图7a和7b示出根据本发明的方法的两个测量实例。
【具体实施方式】
[0030]图1a和Ib示出要检查的导电结构的实施例。图1a示出作为导电结构的一个实施例的一个导电表面。附图标记3在此表示该导电表面。图1b示出导电结构3的其它的实施例。因此导电结构3可以在衬底I中被构造。替代地，导电结构同样可以在衬底I上或下被构造。该导电结构3同样可以浮动地被提供。本发明能够实现特别小的浮动的导电结构面3的无接触的检查并且此外从电容传感器到根据图1a的衬底I的结构化表面的间距的测量。通过这样的间距测量，可以测量作为根据图1a的三维地导电的结构化表面3的第三维度的高度。以这种方式可以实行分布测量。同样可以几何地、更确切地说同样在第三维度中测定根据图1b的电介质内部的导电结构3。
[0031]图2a到2c示出常规的无接触的电容检查的实施例。在衬底I的表面和传感器之间构造依赖于地点的电容。借助该电容耦合可以随后探测电压和电容变化。此外，在接地面8和衬底容器5之间构造有电容。图2a示出没有导电结构的装置，图2b示出具有导电结构3的装置并且图2c示出具有导电结构3的常规的装置，该导电结构的面对应于衬底容器5的面。
[0032]图3示出根据本发明的装置的一个实施例。
[0033]根据本发明使用电容传感器，该电容传感器提供至少两个相互平行的、不在一个平面内并且相对于要检查的结构并排的分离的传感器电极面。在该传感器处，在其朝向要检查的结构的侧上，特别有利地分别构造分离的传感器电极，以便产生每个根据本发明的传感器电极面。这样的传感器电极在此特别有利地沿着笛卡尔坐标系的X，y平面延伸，其中传感器电极在z方向上的空间延伸是较小的。该差别可以位于例如至少十的一次幂的范围内。以这种方式产生的传感器电极例如可以作为传感器电极层被完成。宽度和深度可以在毫米范围内并且厚度可以在微米范围内。电容传感器的朝向要检查的结构的表面的走向被构造，使得各个平行的传感器电极层在Z方向上相互偏移并且相对于X，y平面并排。相应的传感器电极或传感器电极层由传感器承载，使得电场的场力线仅在传感器电极或传感器电极层的朝向衬底的沿着x，y平面在空间上延伸的面处终止或开始。这样的面被称为相应的传感器电极面。因此传感器电极特别有利地被构造为传感器电极层。
[0034]传感器11为了测量以恒定的间距在衬底I的表面之上被定位或被移动。在此，传感器11例如可以借助空气轴承被平放在气垫上。以这种方式得出恒定的平均的间距，其中间距的变化通过空气轴承来补偿、即被平均。假如要测量的导电结构3存在，那么该导电结构可以被构造在衬底I上或中。在传感器11和优选地沿着衬底I的与传感器电极的面9平行的面延伸的导电结构3之间形成电容耦合Cl和C2。传感器电极11和测量对象I或3之间的电容耦合定义测量电容。所述测量电容Cl和C2在第一和第二传感器电极面9之间是不同的。可选地，可以在传感器11的朝向测量对象I和3的侧上构造接地面8。测量电容Cl和C2在高度偏移的(h5henversetzt)传感器电极面9之间是不同的。在否则相同的条件下，该差别依赖于传感器电极面9的高度偏移和在传感器11和导电结构3之间的间距。因为传感器电极面9的高度偏移d是已知的，所以可以由传感器测量信号计算导电结构3到传感器11的间距h。图3示出作为衬底支架5的承载并且固定衬底I的导电的衬底容器，在该衬底支架上施加借助激励信号产生装置7所产生的激励信号或激励信号被馈送到该衬底支架。在衬底I的背离衬底容器的侧上，定位具有至少两个以到衬底容器5的彼此不同的、恒定的间距被布置的传感器电极面9的电容传感器11。测量装置12检测相应传感器电极面9的相应传感器测量信号，其中借助分析装置13，借助激励信号和所检测的传感器测量信号的两个信号来确定导电结构3的空间延伸。
[0035]利用电容传感器11只能直接测量再充电电流。这些再充电电流通过以下等式来描述:
【权利要求】
1.用于电容式地、无接触地并且非破坏性地检查多个在衬底(I)上或中产生的导电结构(3)的设备，具有: 一定位所述衬底(I)的导电的衬底支架(5)，借助激励信号产生装置(7)所产生的激励信号被施加到所述衬底支架上； 一被定位在衬底(I)的背离所述衬底支架(5)的侧上的、具有至少两个以彼此不同的、恒定的间距平行于所述衬底(I)的表面并且相对于所述衬底(I)的表面并排地被布置的传感器电极面(9)的电容传感器(11)； 一用于检测相应传感器电极面(9)处的相应传感器测量信号的测量装置(12)； 一用于借助所检测的传感器测量信号来确定导电结构(3)的空间延伸的分析装置(13)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，两个传感器电极面(9a、9b)被构造并且所述分析装置(13)具有除法器并且借助两个传感器测量信号相互的比值确定所述传感器(11)到导电结构(3)的间距(h)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述分析装置(13)确定，导电结构(3)是否在所述传感器电 极面之一(9a)和所述衬底支架(5)之间延伸。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述分析装置(13)在确定间距(h)大于阈值的情况下确定，没有导电结构(3)在被分配的传感器电极(9a)和所述衬底支架(5)之间延伸。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述传感器电极面之一(9b)的平面内，至少一个导电屏蔽层(8 )在所述传感器(11)上被构造。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述至少一个导电屏蔽层(8)代替位于相同平面内的传感器电极面(9b )。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述激励信号是交流电压和/或电流信号。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，传感器测量信号分别是再充电电流。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器电极面(9a、9b)和所述导电结构(3)平行于正交坐标系的X，y平面延伸。
10.根据权利要求1或9所述的设备，其特征在于，所述传感器电极面(9a、9b)是同样大的。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述传感器电极面(9a、9b)是彼此完全一致的。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述传感器电极面(9)共同对应于所述衬底(I)的表面。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述衬底(I)是液晶显示器(IXD，LiquidCrystal Display)的屏幕玻璃衬底并且所述导电结构(3)是印制导线或像素面。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，相对移动装置将所述衬底(I)的表面和所述传感器(11)以相对于彼此恒定的间距相对移动到多个测量位置中。
15.根据权利要求1或14所述的设备，其特征在于，所述传感器(11)具有多个传感器电极面(9a、9b)组，并且同时提供多个测量位置，其中所述传感器电极面组以规则的图案覆盖所述衬底(I)的表面。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述规则的图案行状地覆盖所述衬底(I)的表面。
17.用于电容式地、无接触地并且非破坏性地检查多个在衬底(I)上或中产生的导电结构(3)的方法，具有以下步骤: 一借助导电的衬底支架(5)定位所述衬底(I )，借助激励信号产生装置(7)所产生的激励信号被施加到所述衬底支架上； 一在所述衬底(I)的背离所述衬底支架(5)的侧上定位具有至少两个以到所述衬底(I)的表面的彼此不同的、恒定的间距并且相对于所述衬底(I)的表面并排地被布置的传感器电极面(9)的电容传感器(11)； 一借助测量装置(12)检测相应传感器电极面(9)处的相应传感器测量信号； 一借助分析装置(13)来实施借助所检测的传感器测量信号对导电结构(3)的空间延伸的确定。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，两个传感器电极面(9a、9b)被构造并且所述分析装置(13)具有除法器并且借助两个传感器测量信号相互的比值确定所述传感器(II)到导电结构(3)的间距(h)。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述分析装置(13)确定，导电结构(3)是否在所述传感器电极面之一(9a)和所述衬底支架(5)之间延伸。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述分析装置(13)在确定间距(h)大于阈值的情况下确定，没有导电结构(3)在被分配的传感器电极(9a)和所述衬底支架(5)之间延伸。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述传感器电极面之一(9b)的平面内，至少一个导电屏蔽层(8)在传感器(11)上被构造，其中地电位被施加在所述导电屏蔽层(8)上。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述至少一个导电屏蔽层(8)代替位于相同平面内的传感器电极面(％)。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，交流电压和/或电流信号作为所述激励信号被注入。
24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，传感器测量信号分别是再充电电流。
25.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述传感器电极面(9a、9b)和所述导电结构(3)平行于正交坐标系的X，y平面延伸。
26.根据权利要求17或25所述的方法，其特征在于，所述传感器电极面(9a、9b)是同样大的。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述传感器电极面(9a、9b)是彼此完全一致的。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其特征在于，所述传感器电极面(9)共同对应于所述衬底(I)的表面。
29.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述衬底(I)是液晶显示器(IXD，Liquid Crystal Display)的屏幕玻璃衬底并且所述导电结构(3)是印制导线或像素面。
30.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，相对移动装置将所述衬底(I)的表面和所述传感器(11)以相对于彼此恒定的间距相对移动到多个测量位置中。
31.根据权利要求17或30所述的方法，其特征在于，所述传感器(11)具有多个传感器电极面(9a、9b)组，并且同时提供多个测量位置，其中所述传感器电极面组以规则的图案覆盖所述衬底(I)的表面。
32.根据 权利要求31所述的方法，其特征在于，所述规则的图案行状地覆盖所述衬底(I)的表面。
【文档编号】G01B7/06GK103765235SQ201280041589
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月2日 优先权日:2011年8月26日
【发明者】F.阿拉塔斯, M.克德尔, A.希克 申请人:西门子公司