目前,测量表面形貌所要求的分辨率在不断地提高。纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800应用了别具一格的光干涉现象测量算法,垂直方向分辨率高达0.01nm。能在纳米尺度并且高分辨率的情况下测量样品表面形貌,远远超过激光扫描显微镜(LSM)的观察范围。
如果要用激光扫描显微镜(LSM)测量大范围的表面形貌,一般使用低倍率的透镜,所以垂直方向分辨率不够。纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800无需依赖于物镜的倍率,即可实现较高的垂直方向分辨率。进行大范围的测量时,也可以测量纳米尺度的粗糙度、高差(最大测量视野6.4 mm × 6.4 mm)。
激光扫描显微镜(LSM)可以对样品X、Y、Z三个方向进行扫描以测量表面形貌。纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800则以垂直方向选取不同平面来捕捉样品信息,因此仅对Z方向进行扫描。仅需几秒钟即可完成测量到分析的整个过程。可以缩短测量时间,高效处理大量的样品。
以上对纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800的优点进行了总结。与激光扫描显微镜(LSM)相比,其最大的优点就是可以满足高精度,高速,大范围的样品测试。
纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800 | 激光扫描显微镜(LSM) | |
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测量方式 | 白光干涉扫描法 | 激光扫描共聚焦法 |
垂直方向分辨率 | 0.01 nm(Sq分辨率) ※使用光干涉条纹测量尺 |
0.5 nm(显示分辨率) ※Z轴依赖马达驱动分辨率为10nm左右 |
高差重现性(Z轴) | 1σ0.6 nm (5倍测量1 μm高差时) |
1σ12 nm (50倍测量2 μm高差时) |
测量速度 | 从测量到分析最快只需5秒钟 (测量5 μm高度时) 仅扫描一个方向(Z轴)进行测量 |
约20秒钟 (测量5 μm高度时) 扫描三个方向(X、Y、Z)进行测量 |
材料加工领域的各种观察例 多层膜的异物/混入观察例 电镀观察例 摩擦学性能评估示例
在材料,加工行业广泛经营的纸质产品及树脂产品,为满足所要求的功能,均作了各种各样的研究。因此,表面形貌及表面粗糙度的测量在质量管理方面起着关键作用。此外,当多层膜等产品出现不良时,需要查明表面、界面或层内哪个部位出现问题,并且很多情况下根据不同样品,还要求进行无损伤测量。
下面介绍材料加工行业中使用纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800进行各种测量的实例。
显示器用薄膜的表面作了各种加工,以保持防反射、防止指纹造成的污染等功能性。VS1800不仅针对平滑的薄膜表面,对于像亚光膜表面那样凹凸不平的样品,也能以较高的重现性进行测量。
颗粒填料用于改善表面的防眩性,以及控制与其他表面粘合的性能,其形状、大小及密度等的测量是必不可少的项目。VS1800不仅可以观察形状,还能利用大小及数量等的分析功能进行评估。
包装膜通过层压具有阻隔性等功能的材料层,防止内装物劣化。因此,比如了解该材料层的膜厚是否可以表现其功能等,对材料各层的膜厚管理非常重要。VS1800不仅可以评估表面粗糙度,还能以无损伤方式显现层内部的结构,评估各层的厚度及厚度不均匀程度,因此有助于包装膜的质量管理。
测量实例1
测量实例2
无论表面是什么材质,VS1800都能以较高的分辨率测量高度,对于如高分子材料之类透明薄膜的高差等也能进行高精度测量。 此外,关于VS1800的界面分析,对于透明材料多层层压时发生的气泡不良等现象,能以无损伤方式进行评估,因此无需制作截面,即可确认哪个层发生了异常。
测量实例1 玻璃基板上高分子膜的高差
测量实例2 胶带粘贴面
VS1800具有发挥高速、高分辨率功能的“标准测量模式”,以及可测量光反射微弱的斜面之“大倾斜角测量模式”,除了像光面纸之类的平滑表面,还能对名片表面等粗糙的纤维材质表面进行测量,测量范围广泛。
测量实例1 光面纸
测量实例2 名片印刷面
多层膜的表面或背面、甚至内部都很可能会发生各种不良现象。要弄清不良原因,为了保持发生异常时的状态,必须实施无损伤测量。 纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800采用无损伤非接触测量方式,实现了高度分辨率优异的表面形貌及膜厚测量,下面介绍使用测量系统VS1800测量薄膜异常部位的相关实例。
使用纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800进行测量,能够发现异常部位的线形凹陷(a),并测量出其宽度及深度(b)。
此外,VS1800能以无损伤方式进行界面分析。
观察界面分析结果(c),可确认到与样品结构(e)一样在深度方向有4条水平线。尤其可以看到中间薄层②的厚度分布出现不均匀现象。亮点(d)为层②的不均匀部分,此处的干涉强度变化显著,可推断是气泡。
使用纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800进行测量,能够确认到异物混入部位呈山形隆起,并测量出其宽度及高度。(b)(c)
从界面无损伤分析的结果(c)可以看出,层② 的厚度分布存在不均匀现象,主要在表面的凸起异常部位出现大幅度隆起。
而且在有隆起部位的层② 及层③ 的界面上,可以确认到干涉间断的区域。从该干涉间断可以推断混入的异物阻挡了光线。
随着各种电子零配件实现微细化,电镀越来越趋向薄膜化。在电镀的质量管理方面,要求采用更精确、更精密的分析方法。 扫描原子力显微镜具有Z轴分辨率较高的特点,而另一方面观察范围被限制得很窄。此外,使用普通的光学观察仪器可以进行更大视野范围的观察,但是Z轴分辨率会降低。
纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800兼具面内方向的大观察视野及高度方向的高分辨率两大特点,因此对于像电镀线之类较大的高差形状及其表面粗糙度,均可进行简单方便的测量。
根据不同的用途及目的,电镀表面可能会施加表面处理,一般的表面观察方法有SEM观察。
通过SEM图像,能够清楚地显现出表面性状的不同,一般SEM所获信息属于二维图像,因此很难高精度测量立体特征。
关于在电镀Ni表面施加了粗化处理的样品,使用FlexSEM 1000(SEM)以及AFM5500 M(AFM)、VS1800(纳米尺度3D光学干涉测量系统/CSI)进行观察及测量所得结果如图所示。
对比FlexSEM 1000/AFM5500 M的观察及测量结果,可了解到SEM观察的形状在AFM测量结果中也能看到同样的捕捉信息。此外,还可看出AFM与CSI的算术平均粗糙度Sa显示几乎相同的数值,纳米尺度3D光学干涉测量系统可同样测量出AFM所捕捉的微细形状。由此可知,如果使用具有高空间分辨率的AFM,则可以交叉检查CSI数据。纳米尺度3D光学干涉测量系统发挥高速测量的优点,有利于提高多个样品的测量速度,另外如前所述,通过增加用SEM及AFM进行观察和测量,可实现多方面评估。
的低磨损性需求,要求进行更精确、更精密的摩檫学性能评估。纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800可以采用单次自动对焦,在大范围区域实现纳米尺度的粗糙度测量。在摩檫学性能评估中,根据三维测量结果进行负荷曲线分析,从而可以计算出磨损量(面积以及体积),由此可实现定量评估。
下面介绍将新油和劣化油用于金属滑动试验的测试结果。
图1和图2分别是使用新油和劣化油的情况下测量滑动痕形貌的结果。比较各图的滑动部位表面形貌及截面图,可以看到使用劣化油时的滑动痕深度大约是使用新油时的6倍,滑动方向上出现了明显的条纹状削痕。
图1 使用新油时的形貌测量结果
图2 使用劣化油时的形貌测量结果
然后进行负荷曲线分析。进行分析时,针对因磨损而被削掉的区域,可使用高度阈值对等高线图像进行二值化处理,计算出面积以及体积,并可定量评估磨损量。
图3 使用新油时的负荷曲线分析结果
图4 使用劣化油时的负荷曲线分析结果
可根据用途,以合理的预算引进本产品关于纳米尺度3D光学干涉测量系统VS1800,可根据用途选择三种类型引进。首先是引进费用与激光显微镜相同的Type 1。如果有必要,只需增加零配件,即可将版本升级到电动驱动的的Type 2及Type 3。
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