单体多材料多膜厚标准块的制作方法

本实用新型属于现代表面工程领域，尤其涉及表面涂覆技术的计量。

背景技术：

表面涂覆技术是现代表面工程领域在机械零部件、电子元器件实现其功能特性重要环节，是表面进行修饰和强化、设备失效零部件修复方面一种常用方法。表面镀层的厚度是涂覆层质量的关键指标，若镀层太薄, 可能满足不了零部件表面性能的要求, 达不到表面处理的目的；若镀层太厚, 不仅造成材料的浪费，成本增加，还会造成镀层内应力过大, 降低镀层与基体间的结合强度, 特别是对零部件配合面的表面处理,更要保证零部件表面处理后的尺寸和新品零部件的设计尺寸相一致, 以满足产品设计时的配合公差要求。若镀层厚薄不均, 亦会对镀层的多种力学物理性能产生不良影响。因此，在半导体、微电子、通讯领域的零部件及电子元器件的表面处理中，对表面镀层厚度的测量控制极为重要。

镀层按结构分为单镀层和多镀层，镀层厚度范围一般从几十纳米到几十微米不等。单镀层厚度的测量方法较多，常用的有称重法、库仑法、表面台阶轮廓法、显微金相法、X射线荧光光谱分析法等；多镀层膜厚常用的测量方法有库仑法和X射线荧光光谱分析法。库仑法是破坏性方法，实用性受到限制，而X射线荧光光谱分析法是一种非接触非破坏性方法，因其方便快速、精度较高得到广泛的应用。

X射线荧光光谱分析法的测量精度，取决于镀层厚度标准块对其误差曲线的校准精度，目前，镀层厚度标准块（片）几乎完全依赖进口，成本高，多镀层膜厚标准种类少且无法溯源。

技术实现要素：

（一）实用新型目的：为解决现有国内外多材料多镀层膜厚标准的空白,针对多镀层膜厚量值不统一、无有效溯源手段、制造和测量难度大等问题，提出一种集多种材料和多种膜厚于一体的标准器结构设计、工艺特性和各层膜厚高精度的溯源技术方法。

（二）技术方案：

单体多材料多膜厚标准块，包括平面特定材料组成的基体、膜层。所述平面基体为较理想平面基体，在平面基体表面上，分区镀制覆盖不同材料和不同厚度的膜层，通过单纵单横或有序纵横正交排列，或者按照米字线辐射状排列，或者安特定要求布局排列，在单一基体上形成了各种材料不同厚度的单镀层膜、不同材料组合的不同厚度的多镀层膜。

同一基体上可复现不同种材料的单膜层、多膜层厚度，不同材料和不同厚度的膜层，在基体表面都有各自独立的单膜层工作区域，不同材料的单膜层相互重叠的区域可复现多镀层膜厚量值。精准局部镀膜技术应用，使膜层覆盖在基体表面，形成了规则的膜层台阶，膜层台阶高度即是膜层的几何厚度，膜厚的测量和溯源通过测量台阶高度得以实现。

（三）有益效果

单体多材多膜厚度标准块实现了在一个标准器上复现多种材料多种膜厚的标准量值，多值标准器避免了常规标准器只能复现单一材料和单一量值、成本高、携带不便、使用效率低的不足，并且弥补了国内多膜标准器的空白，为单体多材料多厚度膜厚标准器的批量国产化提供重要技术基础，为X射线荧光镀层测厚仪等多种材料多层膜厚测量仪器的高精度溯源降低成本、提高测量效率和测量精度，同时，也为其它膜厚类测量仪器误差校准和溯源提供技术参考，具有重要的推广应用价值。

附图说明

图1是单体三膜厚结构；图 2是单体三镀材膜结构；图 3是单体单体多材多膜结构；图 4是单体双材双膜结构；图 5是膜层台阶结构；图 6是单体单膜多膜膜厚量值溯源图；图 7是膜厚台阶轮廓扫描测量法。

具体实施方式

下面结合优选的实施例对本实用新型做进一步详细说明。

本实用新型提供了一种单体多材料多膜厚标准块，包括平面基体和膜层。在较理想的平面基体表面上，分区镀制覆盖不同材料和不同厚度的膜层，通过单纵单横或有序纵横正交排列，如图1和图2示例、或者按米字线辐射状排列如图3示例、或者按特定要求布局排列，在单一基体上形成了各种材料不同厚度的单镀层膜、不同材料组合的不同厚度的多镀层膜。

应用一个单体多膜标准块，既能够复现单镀层膜厚，又能够复现双镀层以上的多镀层膜厚，同时，按需要设计不同材料的膜层，不同材料和不同厚度即可组合出多种材料和多种厚度的单体多镀层膜厚标准器。如图4所示为按“井”字形结构设计研制的单体（铜/CU）双材料（铬Cr、镍Ni）双镀层膜厚标准块，顶层为Cr层，中间层Ni层，名义厚度均为1μm和3μm；工作区划分成1-8个方块区，其中4、5号方块区域为Ni/Cu单镀层膜厚工作区，其区别在于厚度不同，2、7号方块区域为Cr/Cu单镀层膜厚工作区，其区别在于厚度不同，1、3、6、8号方块区域为Cr/Ni/Cu双镀层膜厚工作区，其区别在于两种镀层的厚度不同搭配不同，总共可复现8种不同的镀层膜厚标准。

图1结构设计重点在于单材料多厚度，图2和图4结构设计重点在于多材料，图4“井”形结构为多材料和多厚度并重。随着材料种类增多，组合更加多样化，结构也复杂化，考虑到实际镀制多层膜厚的工艺难度和实际应用的需求，单体多膜的厚度规格一般不超过3层，材料种类不超过3种为宜。

同一基体上可复现不同种材料的单膜层、多膜层厚度，不同材料和不同厚度的膜层，在基体表面都有各自独立的单膜层工作区域，不同材料的单膜层相互重叠的区域可复现多镀层膜厚量值。精准局部镀膜技术应用，使膜层覆盖在基体表面，形成了规则的膜层台阶，如图5，左边材料和右边材料的高度T1和T2不同，所述膜层台阶高度即是膜层的几何厚度，膜厚的测量和溯源通过测量台阶高度得以实现，膜厚量值的溯源传递关系如图6。

由于镀层膜厚的膜带较宽，厚度变化不一，要求测量仪器应具备大范围、高分辨力和高精度的特点，常用仪器主要为触针式台阶仪和光学膜厚仪。所述台阶仪为接触式测量方法，微米级测针半径，毫克级测量力，对表面细微结构灵敏度高，通过扫描测量台阶轮廓，如图7所示，分析处理二维轮廓曲线计算台阶高度，高灵敏度传感器，分辨力可达亚纳米级别，测量精度高达0.5%左右；所述光学膜厚仪为非接触式光学法，纳米级分辨力，测量光斑直径在10微米左右，无测力的光探针对膜层台阶三维表面形貌进行测量扫描，通过分析处理和重建三维表面形貌，分析计算膜层高度，测量精度可达1%。

单体多材多膜厚度标准块是一种多值标准器，是在单一基体表面上镀制了不同材料多种厚度的膜厚，实现了在一个标准器上复现多种材料多种膜厚的标准量值，多值标准器避免了常规标准器只能复现单一材料和单一量值、成本高、携带不便、使用效率低的不足。通过改善基体表面加工质量，将提升单体多材料多厚度膜厚标准量值的溯源复现精度，确保膜厚量值的准确统一，更好满足电子、通讯、太阳能制造、核物理试验的膜厚溯源需求。单体多材料多厚度膜厚的设计和良好应用前景，弥补了国内多膜标准器的空白，为单体多材料多厚度膜厚标准器的批量国产化提供重要技术基础，为X射线荧光镀层测厚仪等多种材料多层膜厚测量仪器的高精度溯源降低成本、提高测量效率和测量精度，同时，也为其它膜厚类测量仪器误差校准和溯源提供技术参考，具有重要的推广应用价值。

以上内容是对本实用新型创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本实用新型创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本实用新型创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本实用新型创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本实用新型创造的保护范围。