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背景
白光干涉測量法
白光干涉測量法應用
鐵筆 Profilometry
基本強制顯微學
QC 應用的配置的 AFM
背景
多數表面計量學需要可以由三個補充工具適應 - 白光干涉儀、基本強制顯微鏡和鐵筆輪廓測定器之一。
表面地勢的定量評定現在是在行業、產品和材料的一個越來越清楚的範圍的一個關鍵字 QC/QA 需求。 這包括在完成品的評定、監控在批量生產時的研究與開發 (R&D) 到新的表面和表面處理和進程。
材料包括金屬、綜合、塑料、文件，被繪的和被鍍的表面，多孔表面和玻璃。
這些評定的驅動器從重要功能和性能影響範圍，一旦部分地被處理的半導體片表面，對期望的壽命，例如熟悉內情的植入管支撐表面的，對審美對價，是的示例在汽車油漆的橙皮。
一定數量的另外聯絡和沒有接觸的技術當前支持此應用分集，二最用途廣泛是白光干涉測量法和鐵筆 profilometry。 現在與更加高分辨率的另一個技術 - 基本強制顯微學 - 保持平衡對從這個實驗室的轉移與 atline 和線上申請。
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圖 1. 光學仿形銑床為在剃鬚刀和其他刀片類型的評定的地面粗糙度是非常合適的。
白光干涉測量法
白光干涉測量法，經常指光學 profilometry，是使用光波作為一個非常準確的統治者的一個多才多藝和強大的光學方法。 這使用生產色的範圍的同一種干涉現象是實現的，當陽光被反射浮動在水水坑時的汽油非常薄膜。
一臺光學仿形銑床是從閃亮指示的光被分裂成二個路徑由稱光束分束器的部分地反射鏡顯微鏡的類型。
一個路徑處理光對表面在測試下，另一個路徑處理光對一個非常平面的參考面。
從二表面的反映在顯微鏡被再結合和印象在一臺數字照相機。 當被再結合的射線之間的程差是大約光或較少的一些個波長時，干涉發生。 這生產一系列的黑暗和光帶，稱附加費用。 這些附加費用對應於測試表面的表面形態，映射其垂直的 (Z軸) 地勢在解決方法高達 0.1 毫微米。
這個 X - Y 的解決方法取決於目的和照相機像素的數量選擇，并且可以一樣優良是像 500 毫微米。 這個技術也提供在 Z軸的绝對準確性 ±3 毫微米。
當前商業可用的光學仿形銑床從 benchtop R&D 系統範圍到提供在線的效率化的功能或在線路程序控制的儀器。 最先進這些生成統計表面地勢數據，例如鐳和 Rq (平均數 & RMS 坎坷) 和甚而包括計算功能寬度和相對位置，并且可以自定義識別從理想的形狀的偏差的圖像分析軟件。 他們也啟用缺陷的審查，例如臨時和坑，在運算符指定的側向和垂直的閾值，與自動部分拒绝和原因記錄被改進的程序控制的。
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圖 2。 此示例顯示階段想像的福利與 AFM 的。 地勢 () 和階段圖像 (正確) 的一個 cryo-microtomed 多層聚乙烯範例。 當地勢由大規模波動時控制，階段提供這個層型結構的一張乾淨的視圖。 另外的微細結構顯示小的小滴出現。
白光干涉測量法應用
光學 profilometry 的好處是通用性、速度和寬 Z軸力學範圍。 加號，這是一個完全地沒有接觸的方法。 今天數字照相機的大力學範圍允許其與範圍從 0.5% 的表面反射性的使用至超過 90%。 而且，因為光學仿形銑床是做與每個數據收集活動的區評定的想像工具，它比必須逐條地逐次地進行的工具可能描出表面快速。
并且其中一個好處的是一個光學，沒有接觸的工具是儀器可能通過透明視窗做評定，例如在真空室或產品包裝。 加上最新的軟件和硬件套件使這些儀器學習移動表面的動態和停止運動如在 MEMS 設備例如用於投影電視的 micromirror 籌碼。
最後，光學仿形銑床提供非常大 Z軸範圍，從一些毫微米至功能高度一樣極大像 10,000 微米。
對光學仿形銑床的質量申請跨過一切從在航空航天和醫療設備的清潔的房間應用對工廠在重工業的樓層應用例如汽車。
根據鮮明的姿態應用，此技術由其中一個廚房和衛生間龍頭和涉及的配件主導的美國製造商現在使用。 在鉻版前後，儀器用於檢查零件表面。
最初使用為工藝過程開發，這些評定被開發了成關聯與被察覺的裝飾性的質量以及阻力對鉻削皮和點蝕的處理 QC 說明。
另一種光學仿形銑床應用在剃鬚刀一個主要製造商。 這裡儀器為二鍔和深度的關鍵 QC 評定研磨評分標記的角度和質量使用。 刀片被創建作為至數萬把刀片一個持續短管軸，通過攫取在這些機械上被創建的評分線路自動地然後 singulated。 因為 1 百萬把刀片 dispositioned 獨自地根據從仅一些個統計範例的光學仿形銑床數據在每批，研磨角度是一個特別重要 QC 評定。
在一種非常另外低容積/上限值應用，美國航空航天局承包商使用此種光學仿形銑床檢查和評估微隕石影響造成的微型坑的航天飛機視窗。 基於這些評定的結果，消耗大的青玉視窗在四個到五個任務以後典型地被替換。
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圖 3. 光學仿形銑床是用途廣泛在醫療設備製造商如各種各樣的植入管表面的這些評定所示： (a) 熟悉內情的植入管題頭， (b) 熟悉內情的植入管杯子、 (c) 膝蓋植入管 (承重表面) 和 (d) 牙插入物。
鐵筆 Profilometry
鐵筆 profilometry 在數十年，它在幾種關鍵應用保持選擇工具，一部分由於其花費比例的非常好的性能。 在鐵筆輪廓測定器，一支金剛石被打翻的針或鐵筆在表面間被畫被精確度行動階段。 在表面地勢上的變化導致由一種線性可變的有差別的變換裝置感覺的垂直的鐵筆移動 (LVDT)。 儀器解決方法取決於鐵筆尖半徑，并且可以一樣優良是像 1 毫微米高。
雖然它明顯地是一個表面接觸工具，儀器低鐵筆應用強制典型地使此技術非破壞性。 鐵筆 profilometry 的好處是其能力迅速地執行長的線性掃描 - 200 毫米 - 其能力定量相對地大步驟高度和其低成本。
它最好為生成 transect 數據使用; 當區數據可以由光柵掃描時累計，這是典型地實現的以更高的速度和處理量使用光學 profilometry。
鐵筆輪廓測定器的市場由介入影片和塗層的質量應用控制。 一個當前示例是鍍銅的質量管理在做的實際上每個硬盤驅動器的書寫要素的。
別的衡量用於 DVD 或相似的光盤球員的 microlens 的形狀。 在半導體行業的一種關鍵應用是影片重點控制，壓縮和拉伸。 此重點翹曲這個薄酥餅，并且鐵筆用於迅速地評定其曲度和從此數據計算這個重點的大小。
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圖 4。 在一臺典型的光學仿形銑床，一臺數字照相機記錄起因於反映測試表面和參考面的附加費用。 系統計算機轉換這些附加費用成高分辨率
地形學信息。
基本強制顯微學
在解決方法兵工廠的最新的工具 QC 計量學的是基本強制顯微鏡 (AFM)。 在 AFM，一個超精細技巧，例如硅或金剛石單晶，在一條輕量級懸臂式胳膊被掛接并且被帶領進入與表面的聯絡。 原子間力在懸臂相對地軟綿綿地導致偏折。 起初這些強制请弱是有吸引力的，但是他們變得嚴格排斥，因為表面接觸做。 微小的懸臂式偏折通過重新啟動激光感覺懸臂和在一臺 positionsensing 的光電探測器上。
在現代商務 AFM，懸臂或者這個範例，在一個三維精確度致動器，通常一個壓電管狀的結構被掛接。 這通常用於維護在這個範例和這個技巧之間的恆定的交往強制。 由光柵掃描相對這個範例的技巧，一幅定量地形學地面天氣圖可以根據必要的壓力電壓被創建維護恆定的交往力量。 AFM 的飛機 (或 X - Y) 解決方法由技巧半徑主要限制，并且經常是 10 毫微米或有時更好的。 在垂直的 (z) 維數的解決方法沒有直接地與這個技巧有關，并且可能是在 0.05 毫微米 (0.5 Å) 範圍內。
儀器可能在 TappingMode 也被管理。 這裡懸臂做迅速地擺動像音叉，輕地開發在表面。 在此操作模式，擺動的懸臂的高度和階段用於衡量表面地勢。 此模式用途廣泛，因為對精美範例 - 甚而濕膜是理想的 -，因為它避免在技巧和表面之間的側力。 因為它允許力控制，更加極大的精確度 TappingMode 為困難範例是有利的例如金屬。
除評定的表面拓撲之外， AFM 表面技巧交往可以適應做許多實際，化工和電磁式評定。 示例包括映射在這個技巧 (nanoscale 摩擦) 的側力和確定壓電活動程度。
QC 應用的配置的 AFM
由於其 nanoscale 解決方法， AFM 由一些通常認為最終表面計量學儀器。 它可能字面上描出表面在唯一分子級別。 并且不同於更加早期的研究工具，它可能在各種各樣的表面運作，沒有需要的特殊準備。 它可能甚而探查在水和其他液體被浸沒的表面。
然而，直到非常最近，大部分 AFM 應用被限制了對研究實驗室和 R&D 設施。 這是，因為 AFMs 在生產環境裡沒有提供必須堅固和可操作的簡單供半熟練運算符使用。 此的一個例外是半導體行業，廣泛地現在使用 AFMs 驗證內存和邏輯芯片生產過程的幾個階段。
一種典型的商業研究應用在 3M，一次性尿布產品的一個主要元件供應商。 應該由一則唯一現有量新聞安全地關閉在這些產品的橡皮膏產生一種安全感覺更改子項的父項。 但是這取決於粘合劑的一種統一應用沒有僅有的地點或不同等的黏附力級別。 這家公司最近獲取 AFM 學習黏著性主街上使用稱階段想像的技術。
這是 TappingMode 想像擴展名。 通過映射擺動的懸臂的階段，階段想像超出簡單地形學映射範圍。 特別地，它對在黏附力和黏彈性上的變化是敏感的，并且可能關於範例構成和 microphase 分隔的情報。
根據 3M，此技術顯示了其他技術未檢測的有趣的特點。 而且， 3M 相信這些功能可能是在這種公式化上的重要形態變化。
AFMs 順利地也用於一定數量的故障分析和產品改善應用。
例如，魚裝於罐中的公司需要分析他們的金槍魚為什麼有一個短期比期望的儲存期限。 AFM 用於分析在內在罐頭表面的塗層惡化。 這表示特性在這家罐頭工廠使用的特定水中惡化用於的聚合物保護層保護這條金槍魚免受對的暴露僅有的金屬。
現在協定耐用的 AFMs 的新一代保持平衡採取這些從 R&D 實驗室的同樣功能到主流 QC 運算。 對這些新的儀器的早申請是為監控地面粗糙度和缺陷在上漆的表面和罰款完成。 其他早期的用戶是在影片和箔區例如被鍍鋁的聚合物影片。
總而言之，表面地勢的 QC 評定在各種各樣的應用的可以為服務與儀器 - 光學仿形銑床、基本強制顯微鏡和鐵筆輪廓測定器的三種基本的類型。
然而，總是不是確切對外行哪些途徑是最佳為特定使用。 所以，選擇為一種特殊應用的正確的儀器要求成為夥伴與瞭解這些技術中的每一功能和限制的供應商。
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