Dreidimensionales Oberflächenein Profil Erstellen mit Dektak-Oberflächen-Auswerteprogrammen und Visions-Analyse-Software

Themen Umfaßt

Einleitung
Maß 3D mit Dektak und Vision
Kennzeichnung der Oberflächen-3D Über 2D Ra hinaus
Flachdrücken von Filtern und Ausdruck-Abdecken
Flexibilität für das Montieren von Programmen 3D
Fähigkeiten der Verbesserungs-3D
Genaue Z-Höhe Interpretation
Zuverlässige Spitzen-, Formular-und Steigungs-Maße
Schlussfolgerung
Über Nano-Oberflächen Bruker

Einleitung

Diese Anwendungsanmerkung beschreibt die Vorteile von den Optionen des Maßes 3D, die durch eine Kombination Brukers der Dektak®-Stift Auswerteprogramm- und Vision®-3D Analyse Software erhältlich sind.

Maß 3D mit Dektak und Vision

Dektak-Stiftauswerteprogramme werden konstruiert, um beides 2D und 3D zu unterstützen, die, mit Präzisionsstufen, WaferRassstifte, Farbvideodarstellung, hoch entwickelte parametrische Datenanalysehilfsmittel und andere Merkmale für Stall ein Profil erstellend und extrem wiederholbare, Oberflächenformmaße Oberflächen sind.

Die hoch entwickelten Auflösungsfähigkeiten erlauben Benutzern, Defektrauheit, Symmetrie und Prozessauflösung sichtlich zu übersetzen. Die Dektak-Stiftauswerteprogramme aktiviert Schwerpunktstretengenauigkeit 1um O für höhere Gesamt-Kennzeichnung 3D und Auflösung. Diese höhere O-Schwerpunktsauflösung, wie in Abbildung 2 gezeigt, deckt kleine Defekte auf und Fertigungsmittelkennzeichen und genau Maßnahmen sind Rauheit.

Vision Analyse-Software fügt eine Reichweite der Analysen, der Filter, der abdeckenden Fähigkeiten, des Databasings, der Statistiken und des Importes/der Exportfunktionalität Dektak-Auswerteprogrammen hinzu. Leiter unter diesen Merkmalen ist die Fähigkeit, mehrfache Spuren in eine genaue Karte 3D von Präzisionsoberflächen automatisch zu kombinieren und sie unter Verwendung eines sehr kurzen, klaren, benutzerfreundlichen Menüs zu manipulieren.

Kennzeichnung der Oberflächen-3D Über 2D Ra hinaus

In vielen Anwendungen ist 2D durchschnittliche (Ra) Rauheit der einzige Parameter, der für das Überwachen der Oberflächenbeschaffenheit festgelegt wird. Während Ra ein schnelles Anzeigeinstrument der allgemeinen Rauheit liefert, stellt es wenig Einblick in die Funktionseigenschaften der Oberfläche zur Verfügung. Andererseits liefert Metrologie 3D eine klare Abbildung der Oberflächenkennzeichnung über einem gesamten Bereich. Significantly more Daten sind erhältlich, als möglich mit einem Profil der einzelnen Zeile ist. Die Gefahr der Anwendung von 2D Ra als das einzige Anzeigeinstrument ist, dass ein Teil mittendrin das specifi Kation über einem einzelnen 2D Profil (oder sogar einem Musterstück von 2D Profilen) sein kann, dennoch fällt möglicherweise noch in der tatsächlichen Funktion aus, weil das einzelne 2D Profil einen Defekt oder andere Oberflächenmerkmale verfehlte, die in einer Karte des Bereiches 3D betriebsbereit offensichtlich sein würden (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3. Bild 3D erzeugt auf dem Dektak 150 von Kolloiden des Silikons 340nm auf Quarz. Beachten Sie die kleinen Stöße auf größeren Merkmalen mit tiefen Gletscherspalten. Diese Probe zeigt dem diffi culty kennzeichnende komplexe Oberflächen mit 2D profi les im Gegensatz zu dem Erzeugen einer Karte des Bereiches 3D. (Probe zur Verfügung gestellt von Tomika Velarde der Wirth-Forschungsgruppe.)

Eine viel umfassendere Interpretation der Oberflächenfunktionalität kann unter Verwendung der Optionen der Sichtbarmachung 3D, der Entstörung und der Analyse in der Vision berechnet werden. Spezifische Parameter 3D, wie das S-Parameterset, können verwendete so viel aussagefähigere prozesskontrollierte Variablen sein. Als Beispiele kann Analyse 3D die Fähigkeit einer Auflagefläche mengenmäßig bestimmen, Schmieröl, die Sichthelligkeit einer aufgetragenen Metallfi, die nish ist, oder die Tendenz einer Passfläche beizubehalten zu rattern wegen der regelmäßig Raumbearbeitungskennzeichen. Kundenspezifische Parameter können auch erzeugt werden, um sehr spezifische Funktionsaspekte der Oberflächenbeschaffenheit aufzuspüren.

Abbildungen 4a und 4b zeigen ein Profil der gleichen Daten, die in Abbildung 3. gezeigt werden. Die Visionssoftware liefert eine Vielzahl von Datenfiltern, einschließlich programmierbare Flachpass-, Medianwert-, Hochpass- und Fourier-Filter. Abbildung 4a zeigt einen Querschnitt der ungefilterten Abbildung 3 Daten mit einem gemessenen Ra von 833 nm. Abbildung 4b zeigt den gleichen Datensatz, nachdem ein Hochpass angewendet worden ist, um die größeren Niederfrequenzspitzen und die Täler herauszufiltern und deckt die kleineren Stöße auf der Oberfläche auf. Die Daten mit dem Hochpass, der angewendet wird, weisen viel mehr Genauigkeit auf und verringern das Ra durch mehr als ein Faktor von zehn auf nominal ungefähr 70 nm.

Abbildung 4a. Visionssoftware stellt eine Reichweite der Filter für Manipulierungsdaten zur Verfügung. Hier werden die unfi ltered Daten von Abbildung 3 gezeigt. Der Querschnitt von Daten hat ein gemessenes Ra von 833nm.

Abbildung 4b. Ein Hochpassfi-lter auf dem Datensatz in der Abbildung 4a filtert die größeren Niederfrequenzspitzen und die Täler heraus, um die kleineren Stöße auf der Oberfläche aufzudecken und die Rauheit zu aktivieren, genauer gemessen zu werden (Anmerkung: Ra = 70nm nach dem Hochpass ist angewendet worden).

Flachdrücken von Filtern und Ausdruck-Abdecken

Eine Sekundärmethode von die Höhen jeder Spur richtig übersetzen ist, das Dektak zu verwenden Merkmale innerhalb des VisionsAnwendungspakets „, das Flachdrückt“. Das am weitesten links liegende Bild in Abbildung 5 zeigt rohe Daten einer Karte 3D mit horizontalen Scan-Artefakten, die durch thermischen Antrieb oder Schwingung verursacht werden können. Das Bild auf dem Recht zeigt die gleichen Daten, nachdem der flachdrückende Algorithmus angewendet worden ist.

Abbildung 5. Die Visionssoftware Dektak 150 hat ein spezielles Merkmal, das die Scan-Artefakte herausfiltern kann, die durch thermischen Antrieb oder Schwingung während einer Operation der Karte 3D verursacht werden.

Visionssoftware erlaubt auch, dass Ausdruckmasken angewendet werden, um Merkmale zu löschen, die möglicherweise über einigen Spuren aber nicht in anderen anwesend sind. Ausdruckmasken können den flachdrückenden Algorithmus aktivieren, an einem ausgewählten Bereich von Daten angewendet zu werden, um Scan-Artefakte zu löschen. Zusammen stellen diese zwei Methoden ausgezeichnete Interpretation der Z-Höhen für jede Spur zur Verfügung und aktivieren folglich das ausgezeichnete Abbilden 3D der Merkmale.

Zusätzlich zu Daten-FI-lters liefert die Visionssoftware mehrfache Farbpaletten, die verschiedene Oberflächenmerkmale aktivieren erhöht zu werden und markiert zu werden (siehe Abbildung 6). Sie liefert sogar die Fähigkeit, den Oberflächenblick „glänzend“ zu machen oder den Winkel und die Intensität der hellen Schattierung des Bildes zu ändern.

Abbildung 6. Visionssoftware kann verwendet werden, um die Daten zu betonen, indem man verschiedene FI-lters und Farbpaletten verwendet, um verschiedene Merkmale des Bildes zu markieren und herauszubringen.

Flexibilität für das Montieren von Programmen 3D

Die Dektak-Software umfaßt einige Merkmale, die einem Benutzer erlauben, Scannen für beste Drehzahl/gut Auflösung zu optimieren. Es kann schnell und leicht verwendet werden, um Karten 3D mit einer Vielzahl von verschiedenen Parametern zu montieren und auszuführen, um mehrfache Anwendungen anzupassen. Dektak-Auswerteprogramme erzeugen Karten 3D, indem sie einige einzelner Profi le measurements oder Spuren in eine Feile des Bildes 3D kombinieren. Der Benutzer kann den Bereich sichtlich bestimmen, der abgebildet werden muss, indem es das Farbvideomikroskop verwendet. Der Operator verwendet einfach die Maus, um den X- und O-Umfang eines Interessengebietes auszuwählen, und die Software berechnet automatisch die Länge und die Breite des gemessen zu werden Bereiches, sowie den Scan-Anfangseinbauort (siehe Abbildung 7). Sobald der Operator den Bereich auswählt abgebildet zu werden, kann die Auflösung der Karte bestimmt werden, indem man auswählt, wieviele einzelnen Spuren gewünscht werden, um den Bereich abzubilden sowie die Auflösung jeder einzelnen Spur. Bis 500 Spuren können verwendet werden, um eine Karte mit einem Mindestabstand von 1 Mikron pro Spur herzustellen.

Abbildung 7. Dieses Videobild der gleichen Probe in den Abbildungen 3-6 zeigt, wie die programmierbare Beispielstufe verwendet werden kann, um den X-Yumfang einer Karte 3D zu bestimmen.

Fähigkeiten der Verbesserungs-3D

Stiftauswerteprogramme werden noch in großem Maße verwendet, um 2D Profi le measurements zu erreichen eher als, Bilder 3D zu erzeugen. Der Hauptgrund für dieses ist, dass 2D Auswerteprogramme gewöhnlich weniger teuer als Hilfsmittel des Maßes 3D sind. Ein bedeutender Vorteil des Dektak ist, dass er eine Lösung der verhältnismäßig niedrigen Kosten für Darstellung 3D und Analyse zur Verfügung stellt. Ein Anderer Vorteil (der kein anderes Stift profi ler anbietet), ist, dass das 2D Baumuster des Dektak zu einer Anlage der Metrologie ausgebaut werden kann 3D, indem man von einer manuellen Beispielstufe zur programmierbaren Beispielpositionierung ausbaut.

Genaue Z-Höhe Interpretation

In einem Stiftauswerteprogramm wird eine Karte 3D von einer Reihe 2D Spuren aufgebaut. Um die Oberfläche genau abzubilden, ist es notwendig die (vertikale) Höhe Z jeder Spur im Verhältnis zu den anderen richtig zu übersetzen. Andere Auswerteprogramme mit Fähigkeiten 3D machen die Annahme, dass jede Spur auf der gleichen Z-Höhe anfängt. Diese Technik würde es unmöglich genau zu den Bild- und Maßnahmeproben wie der in Abbildung 3 machen, wo jeder Scan an einem anderen Punkt im Z-Schwerpunkt anfängt. Das Dektak stellt eine Karte 3D her, indem er alle nachfolgenden Datenpunkte zum allerersten Datenpunkt erwähnt, der der allerersten Spur eingelassen wird. Dieses ergibt genaue Maße und Darstellung 3D der vorliegend Oberfläche.

Zuverlässige Spitzen-, Formular-und Steigungs-Maße

Eine ähnliche Herausforderung wird, wenn es die Höhe von kugelförmigen oder aspherical Oberflächen, wie microlenses, Objektiv formt misst, Lötmittel stößt, Usw. angesprochen. Mit einfachen 2D Profilmaßen ist es sehr schwierig, die Spitze einer kugelförmigen Form mit einem einzelnen Scan zu bestimmen. Eine Variante nur einiger hundert Mikrons im Scan-Anfangseinbauort kann einen Unterschied bezüglich der Spitzenmaße durchaus produzieren. Die Abweichung kann abhängig von der Biegung des Objektivs exponential höher sein. Unter Verwendung 3D erfasst das Abbilden immer die wahre Spitze, mit dem Ergebnis der in hohem Grade zuverlässigen Höhenmessungen.

Während eines Scans schwenkt der Stift und schwingt vertikal in einem Funkenüberschlagsantrag. Dieser Lichtbogenantrag kann Fehler in den Steigungsmaßen produzieren, während der Stift herauf eine Seite der Steigung reitet und wirft die andere nieder. Abbildung 8 zeigt einen Pyramide konfigurierten Kalibrierungsstandard, der ein 2D Profil ist, das von einem Bild 3D erzeugt wird. Die dunkle Zeile zeigt den Affekt des Funkenüberschlagsantrages des Stiftes zu den Daten, da die Steigung auf der linken Seite der Pyramide nicht so steil wie die schleppende Steigung auf der rechten Seite der Pyramide ist und gibt das Aussehen, das der Standard nicht kugelförmig ist. Die Visionssoftware umfaßt einen speziellen Mikrobildspeicherfilter, um für den Funkenüberschlagsantrag des Stiftes zu korrigieren. Stellen Sie 8a in den Grauausstellungen die gleichen Daten mit dem Mikrobildspeicher-FI-lter dar, das angewendet wird, um die Steigungswinkel zu korrigieren und die wahre kugelförmige Form des Objektivs zur Verfügung zu stellen. Stellen Sie Shows 8b das 90-Grad-symmetrische Gitter dar, dem confi Effektivwert das Grau Bild des Scans korrigierte.

Abbildung 8. Visionssoftware enthält ein „Mikrobildspeicher“ FI-lter, um genauere Steigung zur Verfügung zu stellen und Formmaße, indem sie die Form des Stiftes löschen, bilden einen Bogen. Die Form eines Kalibrierungsstandard (Zeile) Lehnens rechts wegen des Antrages des Stiftes während des Scans kann in 8a gesehen werden. Die Grauzone ist die tatsächliche Oberfläche. Das 90-Grad-symmetrische Gitter ist in 8b offensichtlich.

Außerdem umfaßt Visionssoftware eine Multi-Region Analyse, die ein Benutzer defi Ne lässt und vergleicht mehrfache Merkmale innerhalb eines Datensatzes. Abbildung 9 zeigt einen rohen Scan und eine Karte einer Lötmittelstoßreihe. Unter Verwendung der multi Regionsanalysefunktion in der Vision, können die Höhe jedes Stoßes, der Durchmesser und das coplanarity betriebsbereit entschlossen sein. Die Daten können auch exportiert werden wie eine .csv-Feile, und in einer kundengerechten Datenbank für den Gleichlauf gespeichert werden und prozesskontrolliert.

Abbildung 9. Das Multi-Region Analysemerkmal der Visionssoftware liefert automatisch Höhe und Durchmessermaße von mehrfachen Stößen innerhalb eines 3D bilden ab.

Schlussfolgerung

Traditionsgemäß sind Stift profi lers das confi gewesen, das zur 2D Analyse ned ist, jedoch haben Fortschritte in den Kleinteilen und in der Software-Funktionalität groß den Stift erweitert, der Fähigkeiten ein Profil erstellt. Jetzt ist Maß 3D möglich und stellt umfassende Sichtbarmachung und Quantifikation von Präzisionsoberflächen für genaue Einschätzung von Prozessparametern und von Teilfunktionalität zur Verfügung. Von abmessender Nmschuppe Ätzungstiefe zu messender Oberflächenrauigkeit auf maschinell bearbeiteten Teilen, bietet die Kombination der Dektak-Stift-Auswerteprogramm- und Visionsanalyse Software die genaueste und wiederholbarste Methode der Kennzeichnung 3D erhältlich heute an.

Über Nano-Oberflächen Bruker

Nano Bruker liefert AtomKraft-Mikroskop-/Scannen-Fühler-Mikroskop(AFM/SPM) Produkte, die heraus von anderen handelsüblichen Anlagen für ihre robuste Auslegung und Benutzerfreundlichkeit stehen, während, die höchste Auflösung beibehalten. Der NANOS-Messkopf, der ein Teil aller unserer Instrumente ist, setzt ein eindeutiges Glasfaserinterferometer für das Messen des freitragenden Ausschlags ein, der macht den Vertrag der Installation so, dass er nicht größer als ein Standardforschungsmikroskoplernziel ist.

Quelle: Nano-Oberflächen Bruker.

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