粗糙度测试仪介绍
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RD-CM-WI01S1A
技术中心技术报告会
报告专题：粗糙度测试仪介绍
报 告 人：张智畅 日 期：2013 年 05 月
技术中心技术报告会讲义
RD-CM-WI01S1A
目录
1. 前言 2. 设备原理及结构 3. 基本性能参数 4. 粗糙度的相关术语 5. 应用实例
第2页
技术中心技术报告会讲义
一、前言
RD-CM-WI01S1A
参考光源
CCD
分光镜
光源
测试光源
干涉图样
典型干涉仪模型示意
第6页
技术中心技术报告会讲义
3. 设备原理
光源
RD-CM-WI01S1A
分光镜
参考镜面 样品 物镜结构
第7页
技术中心技术报告会讲义
RD-CM-WI01S1A
4. 白光干涉
单色光干涉由于受到波长周期性的限制，在测量台阶高度超过其波长的 四分之一或比较粗糙的表面时将显得无能为力。而白光干涉的发明解决 了这一问题。
满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的振动始 终加强，某些点的振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的 空间分布。
第4页
技术中心技术报告会讲义
2. 薄膜干涉（牛顿环）
RD-CM-WI01S1A
空气薄膜
2 3 4
牛顿环干涉图样
条纹强度分布
干涉条纹
wk.baidu.com第5页
技术中心技术报告会讲义
3. 设备原理
交流与讨论
第22页
轮廓均方根偏差：在取样长度内轮廓偏距 Rq 的均方根（ RMS ）
轮廓线示意
Rp
轮廓最大峰高：取样长度内从轮廓峰顶线 至中线的距离
基准线（最小二乘中线）：具有几何轮廓形状 并划分轮廓的基准线，在取样长度范围使轮廓 线上各点轮廓偏距的平方和最小。
轮廓偏距：测量方向上轮廓线上的点与基准线 间的距离。
Rv
RD-CM-WI01S1A
面粗糙 图中蓝线为表面轮廓线,黑线为轮廓中线,黄线为粗糙度线
线粗糙
第14页
技术中心技术报告会讲义
3. 扫描区域任意线形位置上两点(区域)间Z轴落差
RD-CM-WI01S1A
第15页
技术中心技术报告会讲义
3. 扫描区域任意线形位置上两点(区域)间Z轴落差
RD-CM-WI01S1A
RD-CM-WI01S1A
需求与现状： 1. 粗糙度是PCB生产中重要的测量参数之一。 2. 以前我司对于粗糙度的测量主要采用接触式测量。 3. 平面高度（盲孔、被钻孔深，阻焊、导体高度等）的测量仅能通过
制作切片测量。
第3页
技术中心技术报告会讲义
RD-CM-WI01S1A
二、设备原理及结构
1. 干涉原理
盲孔孔径:4mil，孔深:100um
第16页
技术中心技术报告会讲义
3. 扫描区域任意线形位置上两点(区域)间Z轴落差
RD-CM-WI01S1A
第17页
技术中心技术报告会讲义
4. 扫描区域3D成像
RD-CM-WI01S1A
阻焊限定焊盘
蚀刻限定焊盘
第18页
技术中心技术报告会讲义
4. 扫描区域3D成像
轮廓最大谷深：取样长度内从轮廓谷底线 至中线的距离
Rt
轮廓最大高度：取样长度内轮廓峰顶线和 轮廓谷底线之间的距离
第12页
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五、应用实例
1. 表面面粗糙度数据（可自选区域）
RD-CM-WI01S1A
沉金 水金 金手指(硬金)
第13页
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2. 任意线形位置的表面轮廓线及线粗糙数据
激光共聚焦：
将光源、被测样品及探测器处在彼此对应的共轭 位置上，激光束从光源针孔射出，经过分光镜， 再由扫描透镜聚焦于样品表面，对样品内焦平面 上每一点进行扫描。然后反射的激光束经由入射 光路直接返回到分光镜，经分光镜折射和探测透 镜聚焦后，透过探测针孔(Detector Pinhole)由 光电倍增管探测收集。只有来自样品焦平面上的 光才能在探测针孔平面正确聚焦，从而穿过探测 针孔而成像.
第10页
技术中心技术报告会讲义
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三、 基本性能参数
物镜 目镜
×0.55
×10 ×1.0
×2.0
视场范围 mm 1.24 x 0.94 0.62 x 0.47 0.31 x 0.24
垂直测量范围
0.1nm -10mm
垂直分辨率
<0.1nm (PSI Ra)
高度测量重复精度
0.01nm (VSI Rq)
RD-CM-WI01S1A
背钻孔孔径0.8mm 孔深 1-4.5mm
第19页
技术中心技术报告会讲义
4. 扫描区域3D成像
RD-CM-WI01S1A
金手指凹坑
第20页
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4. 扫描区域3D成像
RD-CM-WI01S1A
导体缺损
第21页
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高度测量误差
±0.75%
样品最大尺寸
500*400*10mm
样品重量要求
无托盘：4.5Kg；加装托盘：3.3kg
（1）非接触式测量，测试无损且速度快; （2）高度方向上的分辨率可达到0.1nm ，而且重复性好。
第11页
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四、粗糙度的相关术语
L
轮廓算数平均偏差：取样长度L内轮廓偏 Ra 距绝对值的算术平均值
白光干涉图样
单色光干涉图样
第8页
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5. 测试原理 - Vertiacl Scanning Interferometry （VSI）
焦平面
扫描测试过程示意
第9页
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6. 与其他原理粗糙度测试仪对比
接触式：
探针接触样品表面后，在一个方向 上行走一段距离，用探针去“摸” 样品表面的起伏，然后将探针行走 时高度方向上的起伏通过软件绘制 成图后算得样品表面的线粗糙度。
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报告专题：粗糙度测试仪介绍
报 告 人：张智畅 日 期：2013 年 05 月
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目录
1. 前言 2. 设备原理及结构 3. 基本性能参数 4. 粗糙度的相关术语 5. 应用实例
第2页
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一、前言
RD-CM-WI01S1A
参考光源
CCD
分光镜
光源
测试光源
干涉图样
典型干涉仪模型示意
第6页
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3. 设备原理
光源
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分光镜
参考镜面 样品 物镜结构
第7页
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4. 白光干涉
单色光干涉由于受到波长周期性的限制，在测量台阶高度超过其波长的 四分之一或比较粗糙的表面时将显得无能为力。而白光干涉的发明解决 了这一问题。
满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的振动始 终加强，某些点的振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的 空间分布。
第4页
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2. 薄膜干涉（牛顿环）
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空气薄膜
2 3 4
牛顿环干涉图样
条纹强度分布
干涉条纹
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3. 设备原理
交流与讨论
第22页
轮廓均方根偏差：在取样长度内轮廓偏距 Rq 的均方根（ RMS ）
轮廓线示意
Rp
轮廓最大峰高：取样长度内从轮廓峰顶线 至中线的距离
基准线（最小二乘中线）：具有几何轮廓形状 并划分轮廓的基准线，在取样长度范围使轮廓 线上各点轮廓偏距的平方和最小。
轮廓偏距：测量方向上轮廓线上的点与基准线 间的距离。
Rv
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面粗糙 图中蓝线为表面轮廓线,黑线为轮廓中线,黄线为粗糙度线
线粗糙
第14页
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3. 扫描区域任意线形位置上两点(区域)间Z轴落差
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第15页
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3. 扫描区域任意线形位置上两点(区域)间Z轴落差
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需求与现状： 1. 粗糙度是PCB生产中重要的测量参数之一。 2. 以前我司对于粗糙度的测量主要采用接触式测量。 3. 平面高度（盲孔、被钻孔深，阻焊、导体高度等）的测量仅能通过
制作切片测量。
第3页
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二、设备原理及结构
1. 干涉原理
盲孔孔径:4mil，孔深:100um
第16页
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3. 扫描区域任意线形位置上两点(区域)间Z轴落差
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第17页
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4. 扫描区域3D成像
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阻焊限定焊盘
蚀刻限定焊盘
第18页
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4. 扫描区域3D成像
轮廓最大谷深：取样长度内从轮廓谷底线 至中线的距离
Rt
轮廓最大高度：取样长度内轮廓峰顶线和 轮廓谷底线之间的距离
第12页
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五、应用实例
1. 表面面粗糙度数据（可自选区域）
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沉金 水金 金手指(硬金)
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2. 任意线形位置的表面轮廓线及线粗糙数据
激光共聚焦：
将光源、被测样品及探测器处在彼此对应的共轭 位置上，激光束从光源针孔射出，经过分光镜， 再由扫描透镜聚焦于样品表面，对样品内焦平面 上每一点进行扫描。然后反射的激光束经由入射 光路直接返回到分光镜，经分光镜折射和探测透 镜聚焦后，透过探测针孔(Detector Pinhole)由 光电倍增管探测收集。只有来自样品焦平面上的 光才能在探测针孔平面正确聚焦，从而穿过探测 针孔而成像.
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三、 基本性能参数
物镜 目镜
×0.55
×10 ×1.0
×2.0
视场范围 mm 1.24 x 0.94 0.62 x 0.47 0.31 x 0.24
垂直测量范围
0.1nm -10mm
垂直分辨率
<0.1nm (PSI Ra)
高度测量重复精度
0.01nm (VSI Rq)
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背钻孔孔径0.8mm 孔深 1-4.5mm
第19页
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4. 扫描区域3D成像
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金手指凹坑
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4. 扫描区域3D成像
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导体缺损
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高度测量误差
±0.75%
样品最大尺寸
500*400*10mm
样品重量要求
无托盘：4.5Kg；加装托盘：3.3kg
（1）非接触式测量，测试无损且速度快; （2）高度方向上的分辨率可达到0.1nm ，而且重复性好。
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四、粗糙度的相关术语
L
轮廓算数平均偏差：取样长度L内轮廓偏 Ra 距绝对值的算术平均值
白光干涉图样
单色光干涉图样
第8页
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5. 测试原理 - Vertiacl Scanning Interferometry （VSI）
焦平面
扫描测试过程示意
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6. 与其他原理粗糙度测试仪对比
接触式：
探针接触样品表面后，在一个方向 上行走一段距离，用探针去“摸” 样品表面的起伏，然后将探针行走 时高度方向上的起伏通过软件绘制 成图后算得样品表面的线粗糙度。