表面輪廓與粗糙度量測儀
產品說明
PF-60 表面輪廓與粗糙度量測儀，採用點雷射自動聚焦方式（符合ISO25178-605 Point Autofocus Probe量測原理），點雷射自動聚焦樣品表面掃描，當使用x100物鏡聚焦樣品表面時雷射光點尺寸(Spot size)φ1um，可量測微結構表面形貌。
PF-60 非接觸式表面粗糙度量測儀是利用載物台的移動與點自動聚焦光學系統 (AF光學系統) 對樣品表面進行 2D 或 3D 掃描量測，量測範圍 X 軸 60mm、Y 軸 6mm、Z軸 10mm，XYZ 三軸都有光學尺對樣品做高精度掃描並獲得 XYZ 空間座標數據，光學尺取樣密度可設定0.1um，適合量測微小尺寸樣品表面輪廓與粗糙度量測，可滿足三次元量測儀器之取樣密度不足困擾，樣品放置空間 X/Y/Z 為 200/200/60mm，適合各種產業小樣品量測需求。
對於小尺寸陣列樣品量測，例如Micro Lens Array, Pattern Step Height…等，可加購MACRO量測軟體達到自動化量測需求。
特色
- 量測同時解析：幾何輪廓(圓弧、角度、距離、階差...)、表面粗糙度(輪廓度、波紋度、粗糙度)、真直度
- 適合量測材料：鑽石、透明、液態膠狀、石墨黑、陶瓷白…等表面輪廓。
- 一次量測樣品同時解析幾何輪廓與表面粗度數據。
- 適合量測工件：PCB、Wafer、Lens、刀具、螺桿、軸承、螺牙…等，需量測表面粗度或微結構輪廓。
- 標準分析軟體：2D/3D輪廓及粗度分析、平面度分析。
- 選購分析軟體：批次分析、2D/3D CAD比對軟體、非球面評價軟體。
規格
| X軸 | Y軸 | AF(Z1)軸 （量測用） |
Z2軸 （定位用） |
||
| 量測距離 | 60mm | 60mm | 10mm | 60mm | |
| 定位分辨率 | 0.1µm | 0.1µm | 0.01µm | 0.1µm | |
| 尺 | 光學尺 | 光學尺 | 光學尺 | 脈衝 | |
| 精度 | (2+4L/1000) µm | (2+4L/1000) µm | (0.3+0.5L/10) µm | ||
| 光學自動對焦系統 | 重現性 | σ=0.03µm（鏡面（樣品）表面） | |||
| 聚焦範圍 | Ø 1µm（搭配100X 物鏡） | ||||
| 雷射 | 半導體雷射(O/P: 1mW Max λ : 635nm class 2) | ||||
| 量測用物鏡 | 100X (WD=3.4mm NA=0.8) 觀察倍率:約1100倍（9吋螢幕） |
||||
| 定位用物鏡 | 5X滑動機構[視野範圍] | ||||
| 落射照明 | 科勒照明（光源: 白LED） | ||||
| 其他 | XY平台尺寸 | 210x210mm | |||
| 最大樣品尺寸 | 70mm（含自動對焦單元的高度 100 mm） | ||||
| 最大樣品重量 | 4kg | ||||
| 儀器尺寸 | 400x400x450mm | ||||
| 避震器 | 3點支撐墊（振盪 橫向：3.5 垂直：4Hz） | ||||
| 儀器重量 | 31kg | ||||
科勒照明是提供由聚焦和定心的光路和在視場中均勻地分散其最佳的對比度和分辨率的方法
微細刮痕輪廓
看得到未必量的出來應該是許多工程師的困擾，從顯微鏡拍攝到影像來分析，很明顯地有異物存在樣品表面，但顯微鏡拍到的畫像是XY平面，並沒有Z軸可輔助分析異物是凸的還是凹的。使用電子顯微鏡分析，除了設備成本貴重，還需要做試片前處理，手續繁雜無法快速取得資訊。如果憑經驗判斷，下錯判斷就會對產品良率造成極大的影響。PF-60可以高精度掃描樣品微結構形貌，下述是分析案例分享。
我們選擇Ra 0.1um粗度標準片來做微細刮痕測試，表面粗糙度量測儀使用低接觸力探針規格，量測方法則依照粗度標準片設定參數進行量測。
接觸式方法量測樣品完成，再使用PF-60粗糙度量測儀的顯微鏡觀察功能，找到接觸針量過的位置，如下圖樣品畫像中有一道接觸式觸針量測樣品表面粗度時留下的痕跡。為確認PF-60粗糙度量測儀的精度，將PF-60雷射自動聚焦探針聚焦在此痕跡上面再次量測。
PF-60輪廓粗度量測儀的雷射光斑直徑是1um，接觸式觸針半徑是2um，雷射光斑直徑小於接觸式探針半徑，PF-60雷射探針可以在接觸探針量過的樣品位置再量測一次，因為樣品材質是金屬確定非接觸式與接觸式Ra數值在規格標準之內。從畫像觀察雖然接觸探針的接觸力很小，還是在樣品表面造成微細的刮痕。
其次我們來對此刮痕的樣品表面做3D掃描，設定範圍X50um / Y 20um掃描區間得到3D輪廓圖，從3D輪廓圖看到Y軸方向5um~10um區間有一條沿X方向的不明顯刮痕痕跡，因為Z軸高低變化量850nm，刮痕痕跡遠小於Z軸範圍。
接下來對樣品數據做Y軸斷面輪廓局部分析，如下圖可分析到位置 6.5um ~ 9um有一個寬約2.5um凹痕，Z軸斷面變化約100nm，從輪廓圖雖然可以看出變化，為了做更精確尺寸量測分析，我在把數據轉成輪廓分析圖。
最後從輪廓分析圖的量測數據來看，溝寬2.25um、溝深0.0257um，溝寬數據與接觸針尖R2um相近，溝深差100倍且底部有粗糙刮痕，或許接觸針的針尖已經磨耗了，所以才在樣品表面留下刮痕。
三鷹光器PF-60表面輪廓與粗糙度量測儀使用雷射點自動聚焦量測法，非接觸式沒有探針耗材與刮傷樣品風險，能快速且精準定位樣品做表面粗糙度量測，對於梯形或錐形斜邊輪廓與粗糙度量測，PF-60只要量測一次就能同時分析幾何輪廓與表面粗糙度。
高曲度輪廓分析
PF-60 表面輪廓粗度量測儀的AF感測元件非常高精度，搭配強大分析軟體，可分析出表面真實形貌。下圖是一張彎曲的紙張3D輪廓，此時需考慮2個因素：
1. 紙張柔軟，是否接觸針在量測上因為接觸力導致量測形變失真。又或者會刮傷樣品表面?
2. 紙張翹曲高度1700um，感測器元件是否足夠靈敏感測?
透過MitakaMap分析軟體去除表面輪廓，將表面形貌完整呈現，浮水印字型油墨高度不到100um。
印刷電路板表面形貌量測
印刷電路板PCB隨著半導體產業朝輕薄短小製程方向發展，傳統上，每個階段的加工檢驗都需要使用不同的或是手法進行量測，我們提供非接觸式的輪廓掃描方法，可以大面積，大範圍的掃瞄表面輪廓。
PCB盲孔孔型量測
PCB盲孔有用雷射加工方式或機械鑽針加工方法，然而鑽孔過程中必須要避免表面孔形擴孔與底部殘渣，由於表面擴孔的現象，顯微鏡因物鏡景深不同量測過程造成孔徑的判斷困難，圖1.從顯微鏡觀察雖可以看出孔內有階梯狀結構，但無法量測結構的細節。傳統上會需要使用切片的方式輔助工具顯微鏡，判定孔深，三鷹光器點對焦雷射掃描法，可以量測出孔內的輪廓，XYZ三軸都有光學尺記錄掃描輪廓，讓使用者能精準地判定孔徑，孔深。
圖1 PF-60顯微鏡觀察圖 2 PCB盲孔斷面掃描輪廓
圖2. 三鷹光器公司開發點雷射自動聚焦雷射掃描量測法，可以量測出孔內的輪廓，以後對於此類型的孔形，可以不用切片就能直接量測出來了！！
BGA 表面輪廓掃描：傳統的影像式非接觸式量測法，100X物鏡底下，僅能觀察到100~200 um的範圍，三鷹光器點對焦雷射掃描法，可以量測大範圍的輪廓,不只表面粗糙度，大範圍的面形變化也能一併觀察。
圖3. BGA 量測分析範例。
車刀片刀刃輪廓量測
適配產品 PF-60
圖一 車刀片放置圖示
日本三鷹光器公司對於刀具量測上優勢
- 刀具置放容易
- 快速量測工件
- 樣品高精度掃描
PF-60量測方式依照ISO 25178-605點雷射自動聚焦探針法掃描樣品表面輪廓，首先將樣品依序列置放在刀架治具上如圖一所示，開啟程式並執行量測，量測儀器會依照程式步驟尋找每個被測刀具刀刃位置，並開始執行輪廓掃描。掃描完成後可自動帶入幾何輪廓自動分析軟體，執行自動量測。圖二顯示車刀片R角量測。對於生產過程中品質檢查的提升有很大幫助。
圖二 自動量測刀刃與自動評價分析
程式量測功能除了2D掃描外也可以做3D輪廓掃描（參考圖三），可透過軟體的在分析功能擷取3D數據中的斷面輪廓進行分析，有助於開發單位尋找問題缺陷。
圖三 車刀片3D輪廓掃描
MitakaMap刀具評價軟體功能也非常完善，可依照客戶需求設計自動分析表單，將量測數據做成一專業表單自動輸出，圖四是車刀片量測報告格式範例，內容包含幾何尺寸輪廓，表面粗糙度。軟體評價基準是依照ISO 4278標準規範進行分析。
分析範例如粗度Ra, Rt, Rq…，波紋度 Wa, Wt, Wq…，輪廓度Pa,Pt,Pq…。
對於其他種規格的刀刃量測，歡迎與我們聯繫討輪。
圖四 車刀片報表範例
產品說明
PF-60 表面輪廓與粗糙度量測儀，採用點雷射自動聚焦方式（符合ISO25178-605 Point Autofocus Probe量測原理），點雷射自動聚焦樣品表面掃描，當使用x100物鏡聚焦樣品表面時雷射光點尺寸(Spot size)φ1um，可量測微結構表面形貌。
PF-60 非接觸式表面粗糙度量測儀是利用載物台的移動與點自動聚焦光學系統 (AF光學系統) 對樣品表面進行 2D 或 3D 掃描量測，量測範圍 X 軸 60mm、Y 軸 6mm、Z軸 10mm，XYZ 三軸都有光學尺對樣品做高精度掃描並獲得 XYZ 空間座標數據，光學尺取樣密度可設定0.1um，適合量測微小尺寸樣品表面輪廓與粗糙度量測，可滿足三次元量測儀器之取樣密度不足困擾，樣品放置空間 X/Y/Z 為 200/200/60mm，適合各種產業小樣品量測需求。
對於小尺寸陣列樣品量測，例如Micro Lens Array, Pattern Step Height…等，可加購MACRO量測軟體達到自動化量測需求。
特色
- 量測同時解析：幾何輪廓(圓弧、角度、距離、階差...)、表面粗糙度(輪廓度、波紋度、粗糙度)、真直度
- 適合量測材料：鑽石、透明、液態膠狀、石墨黑、陶瓷白…等表面輪廓。
- 一次量測樣品同時解析幾何輪廓與表面粗度數據。
- 適合量測工件：PCB、Wafer、Lens、刀具、螺桿、軸承、螺牙…等，需量測表面粗度或微結構輪廓。
- 標準分析軟體：2D/3D輪廓及粗度分析、平面度分析。
- 選購分析軟體：批次分析、2D/3D CAD比對軟體、非球面評價軟體。
規格
| X軸 | Y軸 | AF(Z1)軸 （量測用） |
Z2軸 （定位用） |
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| 量測距離 | 60mm | 60mm | 10mm | 60mm | |
| 定位分辨率 | 0.1µm | 0.1µm | 0.01µm | 0.1µm | |
| 尺 | 光學尺 | 光學尺 | 光學尺 | 脈衝 | |
| 精度 | (2+4L/1000) µm | (2+4L/1000) µm | (0.3+0.5L/10) µm | ||
| 光學自動對焦系統 | 重現性 | σ=0.03µm（鏡面（樣品）表面） | |||
| 聚焦範圍 | Ø 1µm（搭配100X 物鏡） | ||||
| 雷射 | 半導體雷射(O/P: 1mW Max λ : 635nm class 2) | ||||
| 量測用物鏡 | 100X (WD=3.4mm NA=0.8) 觀察倍率:約1100倍（9吋螢幕） |
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| 定位用物鏡 | 5X滑動機構[視野範圍] | ||||
| 落射照明 | 科勒照明（光源: 白LED） | ||||
| 其他 | XY平台尺寸 | 210x210mm | |||
| 最大樣品尺寸 | 70mm（含自動對焦單元的高度 100 mm） | ||||
| 最大樣品重量 | 4kg | ||||
| 儀器尺寸 | 400x400x450mm | ||||
| 避震器 | 3點支撐墊（振盪 橫向：3.5 垂直：4Hz） | ||||
| 儀器重量 | 31kg | ||||
科勒照明是提供由聚焦和定心的光路和在視場中均勻地分散其最佳的對比度和分辨率的方法