高解析顯微鏡 Hirox 3D數位顯微鏡全新一代的鏡頭模組如何對塗層進行量測與分析？

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微型組件由玻璃底材與塗層(coating)兩者組合加工合一，本文以Hirox 3D數位顯微鏡全新一代的鏡頭模組執行觀察任務，透過鏡頭模組內建的多重照明機構靈活調整光源的形式與角度，更清楚觀察到塗層的表面狀態、並依系統搭載高精度3D測量軟體去測量其粗糙度與厚度，以及如何針對玻璃底材研磨後表面所產生的表面毛刺數量計算。

一、全新一代的鏡頭模組的實機操作特點：

搭載高解析5.0MP CMOS感測器，支援每秒50張超高解析度影像，四相鏡頭組可選配10x至10,000x的倍率範圍。
自動量測：以亮度與RGB值進行表面顆粒數量或汙染面積自動計算，精準度更勝前一代。
系統擁有高精度3D測量軟體，並搭載精度0.05μm的電動Z軸模組，對樣本3D輪廓與粗糙度的量測精度可達１μm。

二、範例實測：
(1)塗層表面結構觀察
圖一上方所示:
倍率50x從載台內建透射光源開與關進行觀察，觀察左右小圖的中央從頂至底部均為塗層，塗層兩側為玻璃底材。
圖一下方所示:
提高倍率至400x，觀察塗層表面紅箭頭處有坑洞缺陷，白色框選處則是塗層與玻璃底材之間附著不均勻現象。玻璃底材塗層的表面結構觀察

▲圖一觀察倍率在50x與400x，可觀察到塗層的坑洞瑕疵與塗層附著不均勻現象

(2) 塗層表面粗糙度量測
圖二所示，在倍率400x先建構3D輪廓，再對三個塗層區執行表面粗糙度量測，得到數據表如下：

線號	測量項目	結果	線號	測量項目	結果	線號	測量項目	結果
〔1〕	粗度Ra	5.24 微米	〔2〕	粗度Ra	1.01 微米	〔3〕	粗度Ra	3.98 微米
	粗糙度Rz	20.93 微米		粗糙度Rz	3.64 微米		粗糙度Rz	20.33 微米
	粗糙度Rzjis	16.23 微米		粗糙度Rzjis	2.76 微米		粗糙度Rzjis	11.44 微米

▲圖二觀察倍率400x，對塗層的粗糙度進行量測

差異分析：線號〔2〕 vs. 線號〔1〕與〔3〕

Ra值(平均粗糙度)：線號〔2〕表面最光滑，其粗糙度Ra值遠低於線號〔1〕與〔3〕。
Rz值(合計五峰點高度平均值與五波點谷深度平均值)：線號〔2〕表面起伏峰谷差最小，線號〔1〕與〔3〕表面起伏程度相似且相對更大。
Rzjis值(日本工業標準Rz值，合計最高峰點高度與最低谷點深度)：線號〔2〕表面峰谷高低落差最小。

(3) 塗層的厚度量測
圖三所示，再對線號〔2〕塗層區進行厚度量測，以3D輪廓的三條剖線，起始端點均為玻璃底材位置，所測量最大高低差分別為3.38 μm、3.21 μm、3.32 μm 玻璃底材塗層的3D輪廓成像

▲圖三觀察倍率400x，量測指定區域的塗層厚度

(4) 塗層之外的玻璃底材表面毛刺數量計算
圖四所示，依據系統的自動計數功能設定量測區域、亮度與RGB值，計算綠色虛線框選處的毛刺數量，在倍率1,000x與選取面積3.2μm平方下，自動計數功能所測量到毛刺數量為59顆。

玻璃底材表面的毛刺數量

▲圖四觀察倍率1000x，自動計數功能測量綠色虛線框選處的毛刺數量

三、結語

依實測結果，Hirox 3D數位顯微鏡全新一代鏡頭模組具備物鏡整合、高精度與多功能的顯微觀察與量測能力。透過可靈活切換的多重照明模式，能有效呈現塗層與玻璃底材之間的細微結構差異，並藉由內建3D測量軟體進行塗層表面粗糙度與厚度的高精度測量。發現線號〔2〕區域的塗層表面最為平整，顯示該區塗佈品質最佳；同時，系統的自動計數功能也可應用於玻璃底材表面毛刺數量的統計，展現出系統在微結構定量分析上的實用性。
因此，Hirox 3D數位顯微鏡不僅能精確呈現樣品的微觀表面特徵，更能大幅提升材料研究與製程品質控制的效率與可信度。

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