:: Artigo de AZoNanotechnology
Lista do Assunto
Fundo
Interferometria da Luz Branca
Aplicações da Interferometria da Luz Branca
Profilometria do Estilete
Microscopia Atômica da Força
Configurando o AFM para Aplicações do QC
Fundo
A Maioria de necessidades de superfície da metrologia podem ser encontradas por uma de três ferramentas complementares - o interferómetro da luz branca, o microscópio atômico da força e o profilometer do estilete.
A medida Quantitativa da topografia de superfície é agora uma exigência da chave QC/QA em uma escala cada vez mais larga das indústrias, dos produtos e dos materiais. Isto inclui medidas em produto acabados, investigação e desenvolvimento (R&D) em tratamentos novos do superfície e os de superfície e em-processo que monitora durante a produção de volume.
Os Materiais incluem superfícies pintadas e chapeadas dos metais, dos compostos, dos plásticos, do papel, as superfícies porosas e o vidro.
Os Motoristas para estas medidas variam do impacto crítico funcional e do desempenho, como no caso de uma superfície parcialmente processada da bolacha de semicondutor, à vida prevista, como para superfícies de rolamento ancas do implante, às considerações estéticas, um exemplo que é casca alaranjada na pintura automotivo.
Um número contacto diferente e de técnicas noncontact apoiam actualmente esta diversidade da aplicação, ser dois o mais amplamente utilizado interferometria da luz branca e profilometria do estilete. Agora uma outra técnica com mesmo mais de alta resolução - microscopia atômica da força - poised à transição do laboratório ao atline e às aplicações em linha.
.jpg)
A Figura 1. perfiladores Ópticos bem-é serida para a aspereza de superfície de medição nas lâminas de lâmina e nos outros tipos da lâmina.
Interferometria da Luz Branca
A interferometria da luz Branca, referida frequentemente como a profilometria óptica, é um método óptico versátil e poderoso que use ondas claras como uma régua extremamente precisa. Isto é realizado usando o mesmo fenômeno da interferência que produz faixas coloridas quando a luz solar é reflectida fora de um filme muito fino da gasolina que flutua em uma poça da água.
Um perfilador óptico é um tipo de microscópio em que a luz de uma lâmpada é separação em dois trajectos por um espelho parcialmente refletindo chamado um divisor de feixe.
Um trajecto dirige a luz sobre à superfície sob o teste, o outro trajecto dirige a luz a uma superfície muito plana da referência.
As Reflexões das duas superfícies recombined no microscópio e imaged em uma câmara digital. Quando a diferença de trajecto entre os feixes recombined é na ordem de alguns comprimentos de onda da luz ou de menos, a interferência ocorre. Isto produz uma série de faixas escuras e claras, chamada franjas. Estas franjas correspondem aos contornos de superfície da superfície do teste, traçando sua (topografia vertical da linha central de Z) em uma definição tão alta quanto 0,1 nanômetros.
A definição XY depende da escolha do objetivo e do número de pixéis da câmera, e pode ser tão muito bem quanto 500 nanômetros. A técnica igualmente fornece nanômetros absolutos da precisão ±3 na Z-Linha Central.
Os perfiladores ópticos disponíveis no comércio da Corrente variam dos sistemas do R&D do benchtop aos instrumentos que oferecem funcionalidade aerodinâmica para em linha ou em-linha monitoração de processo. O mais avançados destes geram dados de superfície estatísticos da topografia, tais como o Ra e o Rq (Média & aspereza do RMS), e incluem mesmo o software de análise da imagem que calculam larguras da característica e posições relativas, e que pode ser personalizado para identificar desvios de uma forma ideal. Igualmente permitem a selecção para defeitos, tais como riscos e poços, em pontos iniciais laterais e verticais operador-especificados, com rejeção automática da parte, e causa-registo para controle de processos melhorado.
.jpg)
Figura 2. Este exemplo destaca os benefícios da imagem lactente da fase com um AFM. Topografia (deixada) e imagem da fase (direita) de uma amostra multilayer cryo-microtomed do polietileno. Quando a topografia for dominada por undulations em grande escala, a fase fornece uma ideia limpa da estrutura mergulhada. A estrutura fina Adicional mostra a presença de gotas pequenas.
Aplicações da Interferometria da Luz Branca
As vantagens da profilometria óptica são versatilidade, velocidade e alcance dinâmico largo da Z-Linha Central. O Sinal De Adição, este é um método completamente noncontact. O grande alcance dinâmico de câmaras digitais de hoje permite seu uso com as reflectividades de superfície que variam de 0,5% até mais de 90%. Além Disso, porque o perfilador óptico é uma ferramenta da imagem lactente que faça medidas da área com cada evento por aquisição de dados, pode perfilar uma superfície muito mais rápida do que uma ferramenta que tenha que continuar em série ponto por ponto.
E uma das vantagens dela que é uma ferramenta óptica, noncontact é que o instrumento pode fazer medidas através dos indicadores transparentes, como em câmaras de vácuo ou empacotamento do produto. Mais o software e o hardware os mais atrasados as séries permitem estes instrumentos de estudar o movimento dinâmico e parado de superfícies móveis como em dispositivos de MEMS tais como as microplaquetas do micromirror usadas em televisões de projecção.
Última, o perfilador óptico oferece uma escala muito grande da Z-Linha Central, de alguns nanômetros até as alturas da característica tão grandes quanto 10.000 mícrons.
Os pedidos da Qualidade para perfiladores ópticos medem tudo das aplicações da sala de limpeza nos dispositivos aeroespaciais e médicos às aplicações do assoalho da fábrica em umas indústrias mais pesadas tais como automotivo.
Em termos das aplicações do alto nível, esta tecnologia é usada agora por um dos fabricantes principais dos E.U. de torneiras da cozinha e do banheiro e dos encaixes relativos. Os instrumentos são usados para examinar a superfície das peças antes e depois do chapeamento de cromo.
Usado Originalmente para a revelação de processo, estas medidas foram desenvolvidas nas especificações do QC do processo que correlacionam com a qualidade assim como a resistência cosméticas percebidas à casca e à picada do cromo.
Uma Outra aplicação óptica do perfilador está em um fabricante principal das lâminas de lâmina. Os instrumentos são usados Aqui para o ângulo chave da medida-moagem do QC dois da borda de lâmina e da profundidade e a qualidade de marcas da contagem. As lâminas são criadas como um carretel contínuo até de dez dos milhares de lâminas, que então singulated automaticamente agarrando nestes linhas mecanicamente criadas da contagem. O ângulo da moagem é uma medida particularmente crítica do QC porque até 1 milhão lâminas dispositioned basearam unicamente em dados ópticos do perfilador somente de algumas amostras estatísticas em cada grupo.
Em uma aplicação muito diferente do baixo volume/elevado valor, os contratantes da NASA usam este tipo de perfilador óptico para examinar e avaliar os indicadores do vaivém espacial para os micro-poços causados por micro impactos do meteorito. Baseado nos resultados destas medidas, os indicadores caros da safira são substituídos tipicamente após quatro a cinco missões.
.jpg)
A Figura 3. perfiladores Ópticos é amplamente utilizada no fabricante de dispositivos médicos como ilustrado nestas medidas de uma variedade de superfícies do implante: (a) cabeça anca do implante, (b) copo anca do implante, (c) implante do joelho (superfície de rolamento da carga) e (d) implante dental.
Profilometria do Estilete
A profilometria do Estilete estêve ao redor por décadas, contudo permanece a ferramenta da escolha em diversas aplicações chaves, na parte devido a seu desempenho excelente para custar a relação. Em um profilometer do estilete, uma agulha ou um estilete diamante-derrubado são desenhados através de uma superfície por uma fase do movimento da precisão. As Variações na topografia de superfície causam o movimento vertical do estilete que é detectado por um Transdutor Diferencial Variável Linear (LVDT). A definição do Instrumento depende do raio da ponta de estilete, e pode ser tão muito bem quanto 1 nanômetro na altura.
Embora seja claramente uma ferramenta de superfície do contacto, a baixa força da aplicação do estilete dos instrumentos faz tipicamente esta técnica nondestructive. As vantagens da profilometria do estilete são sua capacidade para executar ràpida varreduras lineares longas - até 200 milímetros - sua capacidade determinar alturas relativamente grandes da etapa, e seu baixo custo.
É usada melhor gerando dados do transect; quando os dados da área puderem ser acumulados pela exploração de quadriculação, este é tipicamente realizado em uma velocidade e em uma produção mais altas usando a profilometria óptica.
O mercado para profilometers do estilete é dominado pelas aplicações da qualidade que envolvem filmes e revestimentos. Um exemplo actual é controle da qualidade do chapeamento de cobre no elemento da escrita de virtualmente cada movimentação de disco rígido feita.
Outro está calibrando a forma dos microlens usados em DVD ou em jogadores de disco óptico similares. Uma aplicação chave na indústria do semicondutor é controle do esforço do filme, compressivo e elástico. Este esforço entorta a bolacha e o estilete é usado para medir ràpida sua curvatura e para computar o valor do esforço destes dados.
.gif)
Figura 4. Em um perfilador óptico típico, uma câmara digital grava as franjas que resultam das reflexões fora de uma superfície do teste e de uma superfície de referência. O computador do sistema converte estas franjas na alta resolução
informação topográfica.
Microscopia Atômica da Força
A ferramenta a mais atrasada no arsenal das soluções para a metrologia do QC é o microscópio atômico da força (AFM). Em um AFM, uma ponta hyper-fina, tal como um único cristal do silicone ou do diamante, é montada em um braço de pouco peso do modilhão e trazida no contacto com uma superfície. As forças Interatómicas causam a deflexão no modilhão relativamente macio. Início nestas forças seja fraca atractivo, mas tornam-se fortemente repulsivos enquanto o contacto de superfície é feito. As deflexões minúsculas do modilhão são detectadas saltando um raio laser fora do modilhão e em um fotodetector positionsensing.
Em um anúncio publicitário moderno AFM, o modilhão, ou a amostra, são montados em um actuador tridimensional da precisão, geralmente uma estrutura tubelike piezoeléctrica. Isto é usado o mais geralmente para manter uma força constante da interacção entre a amostra e a ponta. Pela quadriculação-exploração a ponta relativo à amostra, um mapa de superfície topográfico quantitativo pode ser criada com base na tensão piezo necessário para manter a força constante da interacção. A definição do em-plano (ou o XY) de um AFM é limitada principalmente pelo raio da ponta, e é frequentemente 10 nanômetros ou às vezes melhores. A definição no vertical (Z) a dimensão não é relacionada directamente à ponta, e pode estar na escala de 0,05 nanômetros (0,5 Å).
O instrumento igualmente pode ser operado em TappingMode. O modilhão é feito Aqui para oscilar ràpida como um ajustamento - forquilha, batendo levemente na superfície. Neste modo de operação, a amplitude e a fase do modilhão de oscilação são usadas para calibrar a topografia de superfície. Este modo é amplamente utilizado porque é ideal para amostras delicadas - mesmo membranas molhadas - porque evita forças laterais entre a ponta e a superfície. TappingMode é vantajoso para amostras duras tais como metais, porque permite a maior precisão do controle de força.
Além do que a topologia de superfície simplesmente de medição, a interacção da superfície-ponta do AFM pode ser adaptada para fazer um anfitrião de medidas físicas, químicas e eletromagnéticas. Os Exemplos incluem o traço da força lateral na ponta (fricção do nanoscale) e a determinação de níveis de actividade piezoeléctricos.
Configurando o AFM para Aplicações do QC
Devido a sua definição do nanoscale, o AFM é considerado geralmente o instrumento de superfície final da metrologia, por algum. Pode perfilar superfícies literalmente a único nível da molécula. E ao contrário de umas ferramentas mais adiantadas da pesquisa, pode trabalhar em uma variedade de superfícies, sem a preparação especial exigida. Pode mesmo sondar as superfícies que são imergidas na água e nos outros líquidos.
Contudo, até que muito recentemente, a maioria de aplicações do AFM estiver limitada ao laboratório de investigação e às facilidades do R&D. Isto é porque AFMs não ofereceu o ruggedization necessário e a simplicidade operacional para o uso dos operadores semi-especializados no ambiente de produção. Uma exceção a esta foi a indústria do semicondutor, que agora emprega extensivamente AFMs para validar diversas fases dos processos de produção da microplaqueta da memória e de lógica.
Uma aplicação comercial típica da pesquisa está em 3M, um fornecedor do componente principal para produtos descartáveis do tecido. A fita adesiva nestes produtos deve ser firmemente fechado por uma única imprensa da mão dar um sentimento seguro ao pai que muda uma criança. Mas isto depende de uma aplicação uniforme do adesivo sem pontos desencapados ou níveis desiguais da adesão. A empresa adquiriu recentemente um AFM para estudar a tira adesiva usando uma técnica chamada imagem lactente da fase.
Esta é uma extensão da imagem lactente de TappingMode. Traçando para fora a fase do modilhão de oscilação, a imagem lactente da fase vai além do traço topográfico simples. Especificamente, é sensível às variações na adesão e no viscoelasticity e pode fornecer a informação sobre a composição da amostra e a separação do microphase.
De acordo com 3M, esta técnica revelou as características interessantes que não tinham sido detectadas por nenhuma outra técnica. Além Disso, 3M acredita que estas características poderiam ser mudanças morfológicas importantes na formulação.
AFMs foi usado igualmente com sucesso em um número de aplicações da análise da falha e da melhoria do produto.
Por exemplo, uma empresa de colocação em latas dos peixes necessário para analisar porque seu atum teve uma vida útil mais curto do que prevista. O AFM foi usado para analisar a deterioração do revestimento no interno pode surgir. Isto revelou que as características na água específica usada pela fábrica de conservas deterioravam o revestimento protector do polímero usado para proteger o atum da exposição ao metal desencapado.
Agora uma nova geração de AFMs ruggedized estojo compacto poised para tomar a estes as mesmas capacidades do laboratório do R&D em operações do QC do grosso da população. Os pedidos Adiantados para estes instrumentos novos são monitorando a aspereza de superfície e os defeitos em superfícies e em revestimentos revestidos da multa. Outros adoptantes adiantados estão na área dos filmes e das folhas tais como o filme aluminizado do polímero.
Em conclusão, as medidas do QC da topografia de superfície em uma variedade de aplicações podem ser prestadas serviços de manutenção com os três tipos básicos de instrumentos - o perfilador óptico, o microscópio atômico da força e o profilometer do estilete.
Contudo, não é sempre claro ao leigo que destas aproximações é o melhor para um uso dado. Conseqüentemente, escolher o instrumento direito para uma aplicação particular exige partnering com um fornecedor que compreenda as capacidades e as limitações de cada um destas tecnologias.
.jpg)
Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos por Bruker AXS.
Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Bruker AXS.