: : Article d'AZoNanotechnology
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Mouvement Propre
Interférométrie de la Lumière Blanche
Applications d'Interférométrie de la Lumière Blanche
Profilométrie de Stylet
Microscopie Atomique de Force
Configurer l'AFM pour des Applications de CONTRÔLE DE LA QUALITÉ
Mouvement Propre
On peut répondre aux La Plupart Des besoins extérieurs de métrologie par un de trois outils complémentaires - l'interféromètre de la lumière blanche, le microscope atomique de force et le profilomètre de stylet.
La mesure Quantitative de la topographie extérieure est maintenant une condition de la clé QC/QA dans de plus en plus une large gamme d'industries, de produits et de matériaux. Ceci comprend des mesures sur des produits finis, la recherche et développement (R&D) dans les surfaces et les préparations de surface neuves et le dans-procédé surveillant pendant la production de masse.
Les Matériaux comprennent les surfaces peintes et plaquées en métal, de composés, de plastiques, d'article, surfaces poreuses et glace.
Les Gestionnaires pour ces mesures s'échelonnent de l'incidence critique fonctionnelle et de performance, comme dans le cas d'une surface partiellement traitée de disque de semi-conducteur, à la vie prévue, comme pour des surfaces d'appui d'implant de hanche, aux considérations esthétiques, un exemple étant peau d'orange en peinture automobile.
Un certain nombre de contact différent et de techniques de non contact supportent actuel cette diversité d'application, être deux le plus très utilisé interférométrie de la lumière blanche et profilométrie de stylet. Maintenant une autre technique avec encore plus de haute résolution - microscopie atomique de force - est portée en équilibre au passage du laboratoire à l'atline et aux programmes d'application temps réel.
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Le Schéma 1. profileurs Optiques sont bien adapté pour l'aspérité de mesure sur des lames de rasoir et d'autres types de lame.
Interférométrie de la Lumière Blanche
L'interférométrie de la lumière Blanche, souvent désignée sous le nom de la profilométrie optique, est une méthode optique versatile et puissante qui utilise des ondes lumineuses comme grille de tabulation extrêmement précise. Ce fait utilisant le même phénomène d'interférence qui produit les bandes colorées quand la lumière solaire est réfléchie hors très d'un film mince d'essence flottant sur un magma de l'eau.
Un profileur optique est un type de microscope dans lequel la lumière d'un voyant est coupée en deux chemins par un miroir se réfléchissant partiellement appelé un séparateur de faisceau.
Un chemin dirige la lumière en circuit vers la surface au test, l'autre chemin dirige la lumière vers une surface de référence très plate.
Des Réflexions des deux surfaces sont recombinées dans le microscope et imagé à un appareil photo numérique. Quand la différence de chemin entre les poutres recombinées est sur l'ordre de quelques longueurs d'onde de la lumière ou de moins, l'interférence se produit. Ceci produit une suite de bandes sombres et claires, franges appelées. Ces franges correspondent aux formes extérieures de la surface de test, traçant sa topographie verticale (d'axe de Z) à une définition aussi élevée que 0,1 nanomètres.
La définition DE X/Y dépend du choix de l'objectif et du nombre de pixels d'appareil-photo, et peut être aussi bonne que 500 nanomètres. La technique fournit également des nanomètres absolus de l'exactitude ±3 à l'Axe des z.
Les profileurs optiques disponibles dans le commerce de Courant s'échelonnent des systèmes de R&D de benchtop aux instruments offrant la fonctionnalité profilée pour en ligne ou la surveillance de processus d'à-line. Les plus avancés de ces derniers produisent des données extérieures statistiques de topographie, telles que le Ra et le Rq (Moyenne et rugosité de RMS), et comprennent même le logiciel d'analyse d'image qui prévoit des largeurs de caractéristique technique et des positions relatives, et qui peut être personnalisé pour recenser des écarts d'une forme idéale. Ils activent également l'examen critique pour des défauts, tels que des brouillons et des piqûres, aux seuils transversaux et verticaux téléphoniste-spécifiques, avec le refus automatique de partie, et le cause-enregistrement pour le contrôle du processus amélioré.
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Le Schéma 2. Cet exemple met en valeur les avantages de la représentation de phase avec un AFM. Topographie (laissée) et image de phase (droite) d'un échantillon multicouche cryo-microtomed de polyéthylène. Tandis Que la topographie est dominée par des ondulations de grande puissance, la phase fournit une vue propre de la structure posée. La structure fine Supplémentaire affiche la présence de petites gouttelettes.
Applications d'Interférométrie de la Lumière Blanche
Les avantages de la profilométrie optique sont souplesse, vitesse et dynamique d'Axe des z large. Le Plus, ceci est une méthode complet de non contact. La dynamique étendue des appareils photo numériques d'aujourd'hui permet son utilisation avec les réflectivités extérieures s'échelonnant de 0,5% jusqu'à plus de 90%. D'ailleurs, parce que le profileur optique est un outil de représentation qui effectue des mesures de zone avec chaque événement par acquisition de données, elle peut profiler une surface beaucoup plus rapide qu'un outil qui doit se produire séquentiel point par point.
Et un des avantages c'étant un outil optique et de non contact est que l'instrument peut effectuer des mesures par les hublots transparents, comme dans des puits à dépression ou l'emballage de produit. Plus le derniers logiciel et matériel les suites permettent à ces instruments d'étudier le mouvement dynamique et arrêté des surfaces mobiles comme dans des dispositifs de MEMS tels que les puces de micromirror utilisées dans des télévisions de projection.
Pour Finir, le profileur optique offre une chaîne très étendue d'Axe des z, de quelques nanomètres jusqu'aux hauteurs de caractéristique technique aussi grandes que 10.000 microns.
Les demandes de Qualité de profileurs optiques enjambent tout des applications de cleanroom dans l'aéronautique et astronautique et les matériels médicaux à l'usine parquettent des applications dans des industries lourds tels qu'automobile.
En termes d'applications de profil haut, cette technologie est maintenant employée par un des principaux constructeurs des États-Unis des robinets de cuisine et de salle de bains et des garnitures associées. Les instruments sont utilisés pour examiner la surface des pièces avant et après le chromage.
Initialement utilisé pour le développement de processus, ces mesures ont été développées en caractéristiques de processus de CONTRÔLE DE LA QUALITÉ qui marquent avec la qualité ainsi que la résistance cosmétiques perçues à l'écaillement et à la piqûre de corrosion de chrome.
Une Autre application optique de profileur est à un principal constructeur de lames de rasoir. Ici les instruments sont utilisés pour la cornière principale de mesure-morcellement du CONTRÔLE DE LA QUALITÉ deux de l'arête de lame et de la profondeur et la qualité des notes de lignes de refoulage. Les lames sont produites comme spool continu de jusqu'à des dizaines de milliers de lames, qui singulated alors automatiquement en enclenchant à ces derniers les lignes mécaniquement produites de lignes de refoulage. La cornière de morcellement est une mesure particulièrement critique de CONTRÔLE DE LA QUALITÉ parce que jusqu'à 1 million de lames sont basées dispositioned seulement sur des données optiques de profileur seulement de quelques échantillons statistiques dans chaque lot.
Dans une application très différente de volume faible/valeur élevée, les entrepreneurs de la NASA emploient ce type de profileur optique pour examiner et évaluer les hublots de navette spatiale pour des micro-piqûres provoquées par des incidences micro de météorite. Basé sur les résultats de ces mesures, les hublots chers de saphir sont remontés type après quatre à cinq missions.
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Le Schéma 3. profileurs Optiques sont très utilisé dans le constructeur des matériels médicaux comme illustré dans ces mesures d'un grand choix de surfaces de l'implant : (a) tête d'implant de hanche, (b) cuvette d'implant de hanche, (c) implant de genou (surface porteuse) et (d) implant dentaire.
Profilométrie de Stylet
La profilométrie de Stylet a été autour pendant des décennies, pourtant ce reste l'outil du choix dans plusieurs applications principales, en partie à cause de son excellente performance pour coûter le taux. Dans un profilomètre de stylet, un pointeau ou un stylet diamant-dirigé est tiré en travers d'une surface par un stade de mouvement de précision. Les Variations de la topographie extérieure entraînent le mouvement vertical de stylet qui est senti par un Transducteur Différentiel Variable Linéaire (LVDT). La définition d'Instrument dépend du radius d'extrémité de stylet, et peut être aussi bonne que 1 nanomètre de hauteur.
Bien Que ce soit de manière dégagée un outil extérieur de contact, la force faible d'application de stylet des instruments rend type cette technique non destructive. Les avantages de la profilométrie de stylet sont sa capacité d'exécuter rapidement de longues échographies linéaires - jusqu'à 200 mm - sa capacité de mesurer des hauteurs relativement grandes de phase, et son coût bas.
Elle mieux est utilisée pour se produire sectionnent transversalement des données ; tandis que les données de zone peuvent être accumulées par la lecture de trame, ce fait en général à une vitesse et à un débit plus élevés utilisant la profilométrie optique.
Le marché pour des profilomètres de stylet est dominé par des applications de qualité concernant des films et des couches. Un exemple actuel est contrôle qualité du cuivrage sur l'élément d'inscription de pratiquement chaque lecteur de disque dur effectué.
Un Un Autre mesure la forme des microlens utilisés dans le DVD ou des lecteurs de disque optique assimilés. Une application principale dans l'entreprise de semiconducteurs est contrôle du stress de film, compressif et de tension. Ce stress fausse le disque et le stylet est utilisé pour mesurer rapidement sa lordose et pour calculer l'importance du stress de ces données.
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Le Schéma 4. Dans un profileur optique typique, un appareil photo numérique enregistre les franges qui résultent des réflexions hors d'une surface de test et d'une surface de référence. L'ordinateur de système convertit ces franges en haute résolution
l'information topographique.
Microscopie Atomique de Force
Le dernier outil dans l'arsenal des solutions pour la métrologie de CONTRÔLE DE LA QUALITÉ est le microscope atomique de force (AFM). Dans un AFM, une extrémité hyperfine, telle qu'un monocristal de silicium ou de diamant, est montée sur un bras en porte-à-faux léger et mise en contact avec une surface. Les forces Interatomiques entraînent le fléchissement dans relativement doucement l'encorbellement. Tout d'abord ces forces soyez faible attrayant, mais elles deviennent fortement répulsives pendant que le contact extérieur est établi. Les fléchissements en porte-à-faux minuscules sont sentis en rebondissant un faisceau laser hors de l'encorbellement et sur un détecteur photoélectrique positionsensing.
Dans un message publicitaire moderne AFM, l'encorbellement, ou l'échantillon, est monté sur un déclencheur en trois dimensions de précision, habituellement une structure tubelike piézoélectrique. Le plus généralement ceci est employé pour mettre à jour une force constante d'interaction entre l'échantillon et l'extrémité. Par la trame-lecture l'extrémité relativement à l'échantillon, un plan extérieur topographique quantitatif peut être basée produit sur la tension piézo-électrique requise pour mettre à jour la force constante d'interaction. La définition de dans-plan (ou DE X/Y) d'un AFM est principalement limitée par le radius d'extrémité, et il est souvent 10 nanomètres ou parfois meilleur. La définition dans (z) la cote verticale n'est pas directement liée à l'extrémité, et peut être de l'ordre de 0,05 nanomètres (0,5 Å).
L'instrument peut également être actionné dans TappingMode. Ici l'encorbellement est effectué pour osciller rapidement comme un diapason, filetant légèrement sur la surface. Dans ce mode de fonctionnement, l'amplitude et la phase de l'encorbellement de oscillation sont employées pour mesurer la topographie extérieure. Ce mode est très utilisé parce qu'il est idéal pour les échantillons fragiles - même membranes mouillées - parce qu'il évite les forces transversales entre l'extrémité et la surface. TappingMode est avantageux pour les échantillons durs tels que des métaux, parce qu'il permet une précision plus grande de contrôle de force.
En plus de la topologie extérieure simplement de mesure, l'interaction de surface-extrémité d'AFM peut être adaptée pour effectuer une foule des mesures matérielles, chimiques et électromagnétiques. Les Exemples comprennent tracer la force transversale sur l'extrémité (friction de nanoscale) et déterminer les niveaux d'activité piézoélectriques.
Configurer l'AFM pour des Applications de CONTRÔLE DE LA QUALITÉ
À cause de sa définition de nanoscale, l'AFM est habituellement considéré l'instrument extérieur éventuel de métrologie, par certains. Il peut profiler des surfaces littéralement au niveau unique de molécule. Et à la différence des outils de recherches plus précoces, il peut travailler à un grand choix de surfaces, sans la préparation particulière exigée. Il peut même sonder les surfaces qui sont immergées dans l'eau et d'autres liquides.
Cependant, jusqu'à ce que très récent, la majorité d'applications d'AFM aient été logées au laboratoire de recherche et aux installations de R&D. C'est parce qu'AFMs n'a pas offert le ruggedization requis et la simplicité de fonctionnement à l'usage des téléphonistes semi-qualifiées dans l'environnement de production. Une exception à ceci a été l'entreprise de semiconducteurs, qui utilise maintenant considérable AFMs pour valider plusieurs stades des procédés de production de puce de mémoire et de logique.
Une application à la recherche commerciale typique est à 3M, un fournisseur de composant important pour des produits de couche. Le ruban adhésif sur ces produits devrait être sécurisé fermé par une presse unique de main pour donner une sensation sécurisée au parent changeant un enfant. Mais ceci dépend d'une application uniforme d'adhésif sans les endroits nus ou les niveaux inégaux d'adhérence. La compagnie a récent saisi un AFM pour étudier la bande adhésive utilisant une représentation appelée de phase de technique.
C'est une extension de la représentation de TappingMode. En traçant à l'extérieur la phase de l'encorbellement de oscillation, la représentation de phase dépasse le mappage topographique simple. Particulièrement, elle est sensible aux variations de l'adhérence et de la visco-élasticité et peut fournir des informations au sujet de la composition témoin et de la séparation de microphase.
Selon 3M, cette technique a indiqué les caractéristiques intéressantes qui n'avaient été trouvées par aucune autre technique. D'ailleurs, 3M croient que ces caractéristiques techniques pourraient être les changements morphologiques importants de la formulation.
AFMs également ont été avec succès utilisés dans un certain nombre d'applications d'analyse de défaillance et d'amélioration de produit.
Par exemple, une compagnie de mise en boîte de poissons a dû analyser pourquoi leur thon a eu une durée de conservation plus sous peu que prévue. L'AFM a été employé pour analyser la détérioration de couche sur la surface intérieure de boîte. Ceci a indiqué que les caractéristiques dans l'eau particulière employée par la fabrique de conserves détérioraient le revêtement de protection de polymère employé pour protéger le thon contre l'exposition au métal nu.
Maintenant un rétablissement neuf d'AFMs robuste compact est porté en équilibre pour prendre à ceux-ci les mêmes capacités du laboratoire de R&D dans des fonctionnements de CONTRÔLE DE LA QUALITÉ de courant principal. Les demandes Précoces de ces instruments neufs sont pour surveiller l'aspérité et les défauts dans les surfaces enduites et affinent des finis. D'Autres premiers adopteurs sont dans la zone des films et des ailes telles que le film aluminisé de polymère.
En conclusion, des mesures de CONTRÔLE DE LA QUALITÉ de la topographie extérieure dans un grand choix d'applications peuvent être entretenues avec trois types de base d'instruments - le profileur optique, le microscope atomique de force et le profilomètre de stylet.
Cependant, il n'est pas toujours clair aux non-initiés qui de ces élans sont les meilleurs pour un usage donné. Par Conséquent, le choix de l'instrument droit pour une application particulière exige partnering avec un fournisseur qui comprend les capacités et les limitations de chacune de ces technologies.
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