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提高晶圓鍍膜的附著性,就靠表面粗糙度分析

加工零件有不同高低、深度和間隙凹凸等複雜的形狀,其中,深度且間隔較小的表面坑洞不平稱為表面粗糙度,產品外包裝、汽車儀錶板、觸控螢幕等等表面是否「閃閃發亮」或「粗糙無光澤」;手指或掌心感覺到的不同觸感,皆取決於表面粗糙度的差異,連帶影響產品的附加價值(例如高級感及顧客滿意度),表面粗糙度也會在零件接觸其他部件時,影響其磨損量或密封性,並影響塗料的滲透能力和厚度。因此近年來要求對表面上的細微升降進行數值管控。

表面粗糙度根據其間隙大小,可大致分為3大類 :

1. 形狀 (Form)
為了準確分析表面紋理(波度和粗糙度),必需去除形狀,而機器的滑動部件、導軌的不準確或零件中的應力,都會讓形狀產生形變,可以透過N次多項式計算得出 Form,進而將之移除。 

2. 波度 (Waviness)
波度是表面紋理一個大尺度組成的部分,為範圍從0.5到2.5毫米相對較長的波長,在機械工件上,工件與加工工具間的低頻振動,可能會引起波度,因此波度對於機械接觸(墊片、加工缺陷、軸承)至關重要。 

3. 粗糙度 (Roughness)
粗糙度是表面紋理的一個小尺度組成部分,範圍從20微米到500微米,粗糙度可提供有關材料性質和使用之加工類型的訊息,在機械工件上,粗糙度可能是由顆粒磨差引起的,因此,粗糙度對於紋理(視覺效果、摩擦、磨損等)至關重要 

簡單來說,表面形狀可藉由表面凹凸大小的不同,將之分類、歸納如下圖所示:

國際上對粗糙度的測量標準有兩種定義,ISO 4287與 ISO 25178,前者是國際標準組織制定的粗糙度測量相關標準,專門為了接觸式量測設備所設計的標準,由於制定時間比較早,較為普及,一般提起的量測標準都會直接聯想到 ISO 4287;而ISO 25178則是為了同時適配接觸式與非接觸式設備,所制定的標準,其差異在於ISO 25178評估方式不會對於「測量位置」與「掃描方向」產生不同的結果,以下以ISO 25178計算線粗糙度為例,具體說明量測手法。

1. Ra (算數平均粗糙度) :
首先,因雷射光(假設)中心亮度與兩側有巨大的光強度差異,故將兩側profile edge去除,再設定cut-off length長度來確定sampling length。接著利用sampling length計算粗糙度(算數平均數)Ra,可以自行決定取多少個Ra(1~n)來計算平均Ra值。 

算數平均粗糙度計算公式如下圖,利用此方式即可得到Ra值。

2. Rz (最大高度) :
同Ra計算方式,先去除兩側光源不均勻區域profile edge,接著在cut-off length內分別求出Rp、Rv即可計算出Rz值。 

ISO 25178中,面粗糙度計算同樣類似線計算方式,只是將一維資訊擴展為二維資訊,計算公式如下: 

表面粗糙度在各種行業和應用中都扮演了重要的角色,值得關注的是,粗糙度並非越小越好,適當的粗糙度才是首要目標,通過3D量測技術,可以更好地理解和控制表面的特性,從而提高產品的性能和品質。