一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件及制备方法与流程

1.本发明涉及现代表面工程领域，尤其涉及一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件及制备方法。


背景技术：

2.表面涂镀层技术是现代表面工程领域中的一项重要技术，是保证产品外观、质量、功能等特性的重要工艺技术。这项技术在现代的诸多领域都有应用，如机械零部件表面的装饰性功能性铬、锌镀层，集成电路引线框架表面镀层、光通讯电子元器件接插件表面金镀层、印刷线路板金手指表面金镀层、ic智能卡表面金镍双镀层等、太阳能电池板表面金属镀层，以及柔性电路的电信号传输线路等等，表面镀膜层已成为这些产品实现其特定功能的重要部件。
3.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，依赖于校准仪器误差的镀层膜厚标准块的精度。目前，多镀层膜厚标准种类少、成本高，且大多数无法溯源。
4.现有技术中的膜厚标准块的制备，一般采用在单一基体上镀制覆盖不同材料、不同厚度膜层的方法，在基体上形成了各种材料不同厚度的单镀层膜和不同材料组合的不同厚度的多镀层膜的膜厚标准块。但由于被测镀膜产品的材料和镀层厚度规格的多样性，导致需要制备的镀层膜厚标准块的种类也很多，带来了镀层膜厚标准块制备成本高、难度大，使用不便捷的问题，提高了相关产品的制造成本。且由于基体与靶材材质强度和柔韧性差等原因，导致膜厚标准块不能较好地维持自支撑与表面平整度，从而无法保持干净整洁，影响在测厚仪测量时的精度。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件及制备方法。所述方法通过在若干平面基体的表面分别镀制一种不同靶材的膜层，制备出多种靶材膜层的膜厚标准块，在使用时，把至少一种以上膜厚标准块和金属基体按照预定顺序组合在一起，形成单层或多层膜厚标准套件。本发明与制备单基体多膜层膜厚标准块和方法相比，膜层是一个自支撑结构体，与基体相互独立，且膜层标准块与金属基体可自由组合成多材料多厚度的膜厚标准套件，减少了镀层膜厚标准块的制备种类和数量，降低了成本，降低了制备难度，使用更加便捷，应用面更广。
6.具体的，主要通过以下技术方案来实现：
7.一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，包括：
8.若干个膜厚标准块、金属基体以及可拆卸式支撑框架；
9.所述膜厚标准块与所述金属基体按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架中；
10.所述膜厚标准块与所述金属基体采用单种靶材制备；
11.所述靶材对x射线的照射敏感。
12.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，所述膜厚标准块包括样品膜和第一固定支撑框架，所述样品膜的边缘部分固定设置于所述第一固定支撑框架内部，使所述样品膜表面部分悬空。
13.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，所述样品膜包括平面基体和单种靶材膜层，所述单种靶材膜层均匀镀制在所述平面基体表面，所述平面基体对x射线的照射不敏感。
14.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，所述平面基体采用荧光膜；
15.所述荧光膜的金属组份不高于十万分之一，且表面平整，厚度小于10微米，厚度不均匀性不超过3％。
16.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，还包括，第二固定支撑框架，所述金属基体的边缘部分固定设置于所述第二固定支撑框架内部，使所述金属基体表面部分悬空。
17.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，所述第一固定支撑框架和第二固定支撑框架采用中空薄片框架；
18.所述中空薄片框架的厚度小于0.2毫米。
19.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，所述靶材纯度不低于99.99％。
20.如上述任一种所述的自支撑多材料镀层膜厚标准套件的制备方法，包括：
21.测量平面基体的面积和质量，并计算得到平面基体的单位面积质量ma1；
22.采用掩膜框架固定平面基体，使所述平面基体表面保持平整；
23.将镀膜机设置为预定的厚度参数并且采用对x射线敏感的靶材对所述平面基体的表面进行镀制单种靶材膜层，得到初始的样品膜；
24.对初始的样品膜按照预定方式裁减，得到样品膜；
25.测量所述样品膜的面积和质量，计算得到样品膜的单位面积质量ma2；
26.根据所述平面基体的单位面积质量ma1、所述样品膜的单位面积质量ma2以及所述靶材的密度ρ，计算得到所述样品膜的厚度h：
27.将所述样品膜设置于第一固定支撑框架中，使所述样品膜表面保持平整；
28.将所述靶材的化学名称和所述样品膜的厚度h标定在所述第一固定支撑框架上，得到膜厚标准块；
29.置换不同的靶材，并重复上述步骤，直至，制得n块采用不同靶材的膜厚标准块，n为大于等于1的自然数；
30.将制得的n块膜厚标准块和预先制备好的金属基体按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架中，得到所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件。
31.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的制备方法，采用影像测量仪测
量平面基体的面积；
32.以及，采用微量电子天平测量平面基体的质量。
33.如上所述的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的制备方法，所述镀膜机采用磁控溅射镀膜机，所述预定的厚度参数小于10微米。
附图说明
34.图1为本发明实施例一提供的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的结构示意图；
35.图2为本发明实施例二提供的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的结构示意图；
36.图3为本发明实施例三提供的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的结构示意图；
37.图4为本发明实施例四提供的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的结构示意图；
38.图5为本发明实施例提供的一种膜厚标准块的结构示意图；
39.图6为本发明实施例提供的一种样品膜的结构示意图；
40.图7为本发明实施例五提供的一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的制备方法的流程示意图；
41.附图标记：
42.膜厚标准块
‑
1、金属基体
‑
2、可拆卸式支撑框架
‑
3、样品膜
‑
4、第一固定支撑框架
‑
5、平面基体
‑
6、单种靶材膜层
‑
7、第二固定支撑框架
‑
8、掩膜框架
‑
9。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
44.实施例一
45.本发明实施例结合图1，提供了一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，包括：
46.若干个膜厚标准块1、金属基体2以及可拆卸式支撑框架3；
47.所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中；
48.所述膜厚标准块1与所述金属基体2采用单种靶材制备；
49.所述靶材对x射线的照射敏感。
50.其中，所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中，具体包括所述预定顺序为在所述若干个膜厚标准块1与所述金属基体2根据使用膜厚标准时的实际需要而预定的叠加设置顺序，例如：需要测量cu/zn膜层加fe基体组合的膜层，则采用cu膜层/zn膜层/fe基体的顺序进行叠加设置。
51.在具体实施过程中，由于所述膜厚标准块与所述金属基体的表面容易被污染，因
而需要维持自支撑，以防止污染和损坏，避免在测厚仪测量时影响测量精度。
52.本发明实施例中，所述可拆卸式支撑框架用于将所述膜厚标准块与所述金属基体的边缘部分固定，使所述膜厚标准块与所述金属基体维持自支撑，可根据实际需要，更换所述膜厚标准块与所述金属基体的排列方式，使用更便捷，应用范围更广。
53.在现有技术中，由于被测镀膜产品的材料和镀层厚度规格的多样性，导致需要制备的镀层膜厚标准块的种类也很多，带来了镀层膜厚标准块制备成本高、难度大，使用不便捷的问题，提高了相关产品的制造成本。
54.而本发明实施例中，将多种不同种类的采用单种靶材制备的膜厚标准块装置与金属基体，组合成一种膜厚标准套件装置，与采用单基体多层镀制膜层的膜厚标准装置相比，减少了需要制备的膜厚标准块的种类，降低了应用成本。
55.由此可见，本发明实施例中，所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件装置，与现有技术相比，至少具备以下技术效果：便于膜厚标准块与金属基体维持自支撑，减少了镀层膜厚标准块的制备种类和数量，降低了成本，降低了制备难度，使用更加便捷，应用面更广。
56.实施例二
57.在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了另一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，如图2所示，包括：
58.若干个膜厚标准块1、金属基体2以及可拆卸式支撑框架3；
59.所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中；
60.所述膜厚标准块1与所述金属基体2采用单种靶材制备；
61.所述靶材对x射线的照射敏感；
62.所述膜厚标准块1包括样品膜4和第一固定支撑框架5，所述样品膜4的边缘部分固定设置于所述第一固定支撑框架5内部，使所述样品膜4表面部分悬空，以维持样品膜4的自支撑和表面平整性。
63.其中，所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中，具体实施方式可参照上述实施例一中的详细说明，本发明实施例中不再赘述。
64.在一个优选地实施例中，如图6所示，所述样品膜4包括平面基体6和单种靶材膜层7，所述单种靶材膜层7均匀镀制在所述平面基体6表面，所述平面基体对x射线的照射不敏感。其中，掩膜框架9用于固定所述平面基体6，使所述平面基体6表面保持平整。
65.本发明实施例中，在平面基体上镀制单种靶材的方式制备膜厚标准块，与单基体多膜层膜厚标准装置相比，降低了镀制加工的难度，镀制加工更均匀，膜厚标准精度更高。
66.需要说明的是，所述单种靶材膜层7均匀镀制在所述平面基体6表面，所述表面不做限定,例如:可以为第一表面，也可以为第一表面和/或第二表面。
67.由此可见，本发明实施例中，所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件装置，与现有技术相比，除了具备实施例一具备的技术效果外还至少具备以下技术效果：便于维持所述样品膜的自支撑和表面平整性，降低了镀制加工的难度，镀制加工更均匀，膜厚标准精度更高。
68.实施例三
69.在上述实施例二的基础上，本发明实施例还提供了另一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，如图3所示，包括：
70.若干个膜厚标准块1、金属基体2以及可拆卸式支撑框架3；
71.所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中；
72.所述膜厚标准块1与所述金属基体2采用单种靶材制备；
73.所述靶材对x射线的照射敏感；
74.所述膜厚标准块1包括，样品膜4和第一固定支撑框架5，所述样品膜4的边缘部分固定设置于所述第一固定支撑框架5内部，使所述样品膜4表面部分悬空，以维持样品膜4的自支撑和表面平整性；
75.其中，所述样品膜4包括，平面基体6和单种靶材膜层7，所述单种靶材膜层7均匀镀制在所述平面基体6的第一表面和第二表面，所述平面基体对x射线的照射不敏感；
76.所述平面基体6采用荧光膜；
77.其中所述荧光膜的金属组份不高于十万分之一，且表面平整，厚度小于10微米，厚度不均匀性不超过3％。
78.其中，所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中，具体实施方式可参照上述实施例一中的详细说明，本发明实施例中不再赘述。
79.由于所述荧光膜对x射线的照射不敏感，且透射率强，降低了测量误差，并且所述荧光膜有较强的吸真空力，使膜层在镀制时产生更少的气泡，更加均匀，从而在测厚仪使用膜厚标准时，提高测量精度。
80.由此可见，本发明实施例中，所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件装置，与现有技术相比，除了具备上述所有实施例二所具备的技术效果外还至少具备以下技术效果：进一步降低了所述装置在使用时的测量误差，提高了测量精度。
81.实施例四
82.在上述实施例二或三的基础上，本发明实施例还提供了另一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件，如图4和5所示，包括：
83.若干个膜厚标准块1、金属基体2、可拆卸式支撑框架3以及第二固定支撑框架8；
84.所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中；
85.所述膜厚标准块1包括，样品膜4和第一固定支撑框架5，所述样品膜4的边缘部分固定设置于所述第一固定支撑框架5内部，使所述样品膜4表面部分悬空，以维持样品膜4的自支撑和表面平整性；
86.所述金属基体2的边缘部分固定设置于所述第二固定支撑框架8内部，使所述金属基体2表面部分悬空，以维持金属基体2的自支撑和表面平整性；
87.所述膜厚标准块1与所述金属基体2采用单种靶材制备；
88.所述靶材对x射线的照射敏感。
89.其中，所述膜厚标准块1与所述金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中，具体实施方式可参照上述实施例一中的详细说明，本发明实施例中不再赘
述。
90.由此可见，本发明实施例中，所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件装置，与现有技术相比，除了具备上述所有实施例所具备的技术效果外还至少具备以下技术效果：金属基体设置于第二固定支撑框架中，使仅在测厚仪测量的工作面范围内使用金属基体，减少了需要制备金属基体的靶材的量，进一步降低了制造成本。
91.在一个优选地实施例中，所述第一和第二固定支撑框架采用中空薄片框架，所述中空薄片框架的厚度小于0.2毫米。
92.本发明实施例中，所述中空薄片框架用于使所述样品膜和所述金属基体的边缘固定支撑，并显露出所述样品膜和所述金属基体的工作表面，维持自支撑，以便于多种样品膜和金属基体在组合使用时对齐并保持较小间距，提高了使用便捷性，提升了用户体验。
93.在一个优选地实施例中，所述靶材纯度不低于99.99％。
94.本发明实施例中，由于基于x射线测量的测厚仪对纯度不同的材质的敏感性不一样，采用较高纯度的靶材，使测厚仪测量膜厚标准时，进一步地提高测量精度。
95.由此可见，本发明实施例中，所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件装置，与现有技术相比，除了具备上述所有实施例所具备的技术效果外还至少具备以下技术效果：提高了使用便捷性，提升了用户体验，进一步地提高了测量精度。
96.实施例五
97.本发明实施例提供了一种自支撑多材料镀层膜厚标准套件的制备方法，如图7所示，具体包括以下步骤：
98.步骤101、测量平面基体6的面积和质量，并计算得到平面基体6的单位面积质量ma1；
99.步骤102、采用掩膜框架9固定平面基体6，使所述平面基体6表面保持平整；
100.步骤103、将镀膜机设置为预定的厚度参数并且采用对x射线敏感的靶材对所述平面基体6的表面进行镀制单种靶材膜层7，得到初始的样品膜；
101.步骤104、对初始的样品膜按照预定方式裁减，得到样品膜4；
102.步骤105、测量所述样品膜4的面积和质量，计算得到样品膜4的单位面积质量ma2；
103.步骤106、根据所述平面基体6的单位面积质量ma1、所述样品膜的单位面积质量ma2以及所述靶材的密度ρ，计算得到所述样品膜的厚度h：
104.步骤107、将所述样品膜4设置于第一固定支撑框架5中，使所述样品膜表面保持平整；
105.步骤108、将所述靶材的化学名称和所述样品膜4的厚度h标定在所述第一固定支撑框架5上，得到膜厚标准块1；
106.步骤109、置换不同的靶材，并重复上述步骤，直至，制得n块采用不同靶材的膜厚标准块1，n为大于等于1的自然数；
107.步骤110、将制得的n块膜厚标准块1和预先制备好的金属基体2按照预定顺序对齐叠加设置于可拆卸式支撑框架3中，得到所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件。
108.需要说明的是，步骤103、将镀膜机设置为预定的厚度参数并且采用对x射线敏感的靶材对所述平面基体6的表面进行镀制单种靶材膜层7，所述表面不做限定,例如:可以为
第一表面，也可以为第一表面和/或第二表面。
109.其中，上述步骤的具体实施方式可参照上述任一实施例的详细说明，此处不再赘述。
110.本发明实施例中，测厚仪在使用膜厚标准时，可对不同靶材的膜厚标准块进行自由组合，使用更加便捷。
111.由此可见，本发明实施例中，所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件的制备方法，与现有技术相比，至少具备以下技术效果：便于膜厚标准块与金属基体相互独立维持自支撑，减少了镀层膜厚标准块的制备种类和数量，降低了成本，降低了制备难度，使用更加便捷，应用面更广。
112.在一个优选地实施例中，采用影像测量仪测量平面基体6的面积；以及，采用微量电子天平测量平面基体6的质量。
113.在具体实施过程中，影像测量仪采用摄像机进行自动扫描测量，与电脑连接并采用专门测量软件进行计算，测量的误差低于人工测量，提高了测量精度和效率。
114.其中，微量电子天平在测量微小的质量时，比常规质量测量设备的误差更低，提高了测量精度。
115.在一个优选的实施例中，所述镀膜机采用磁控溅射镀膜机，所述预定的厚度参数小于10微米。
116.在具体实施过程中，磁控溅射镀膜机是一种普适镀膜机，适用于对多种靶材的膜层的镀制，应用性更强。
117.其中，如厚度参数设置过大，会导致镀制膜层耗材大且对多种厚度膜层测量的适用性更差，将厚度参数指定为小于10微米的范围，可准确标定出膜厚标准块的应用范围。
118.由此可见，本发明实施例中，所述自支撑多材料镀层膜厚标准套件装置，与现有技术相比，除了具备上述所有实施例所具备的技术效果外还至少具备以下技术效果：提升了所述装置在加工过程的测量精度，提高所述装置的制备品质，标定了膜厚标准块的应用范围，适用性更强。
119.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。