涂层表面的质量控制在医疗电子设备中的应用

2010-12-09 18:54:17来源: 创e时代

传统的方法

  有越来越多的医疗设备使用表面涂层。医疗设备通常具有很复杂的形状,这对这类涂层的质量控制而言是一个挑战。目前还没有能被普遍接受的对形状复杂的医疗设备的涂层进行准确、无损且适合在线生产测量的方法。
 


  支架放大图片:一个光束轮廓反射测量激光光点已经被对准,随时可进行涂层厚度和折射率测量。

  因为很多医疗设备的涂层都是透明的,光学测量方法在涂层测量中占主导地位。有两个用于测量涂层厚度的光学测量方式被广泛应用。
 

图1:白色光干涉仪的原理图。

  第一种方式,白光干涉和共焦显微这类技术可以独立地对涂层的顶部表面和掩埋层界面成像,通过光从一个面到另一个面的Z轴转换来推断涂层厚度。图1所示为一个典型的白光干涉仪:从涂层表面或者掩埋交界面反射回来的光束和来自相同入射光束的光产生干涉,后者反射来自一个半镀银分束器和一个放置在主物镜下面的小镜片。小镜片下面的分束器形成一个参考面。若样品表面和参考面之间的距离发生改变,由于干涉效应,返回到检测器的光的光谱成分也会随之发生变化。

  图2:共焦显微镜的原理图。

 

  图2所示为一个共焦显微镜的结构。其原理是,当照射到样品表面或掩埋层界面的光线准确对焦,那么反射光也会在探测器下面针孔聚焦,进而能够通过针孔并被探测器接收。若光线没有在表面聚焦,那么反射光也不会在针孔处聚焦,因此不能通过针孔,探测器的接收信号会极大地减弱。通过表面的聚焦扫描并将其通过涂层对下面的掩埋层进行扫描,可以建立涂料表面和界面基板的三维图。

技术局限

  这些技术都是表面成像方法,而不是真正的涂层厚度测量技术。他们受到至少三个方面的严重的局限:
 
  1。测量速度非常缓慢,因为一次测量涉及到很多次的样品移动

  2。他们只能用于厚度超过物镜焦深的涂层,否则,涂层和基材的界面不能被分开

  3。必须知道材料的折射率才能通过计算Z轴方向的光程差来得到涂层的实际厚度。
 
  这些技术并不能提供任何有关折射率的信息,因此必须通过其它技术的测量值进行假定,通常采用体样品的测量结果。
 


图3:光入射到涂层表面的一般行为。


  一个替代的方法是有意地将来自这两个界面的反射光进行混合,并观察反射光的干涉效应。如图3所示,总的表面反射由入射光的波长、涂层厚度和光相对表面的入射角度决定。它同时也受涂层和基底材料的折射率以及光偏振的影响。对反射光进行分析时,通常是保持以上大多数因素不变,而以一定的方式控制一个或最多两个因素进行改变。在分光光度法和椭圆偏光度法中,对表面用白光以一恒定角度入射,反射系数通过波长的函数进行测量。在前一种情况下(图4),采用正常入射,分析反射光的强度。后一种情况(图5),采用大角度入射的方式,对光强度和光相位进行分析。即便如此,对于医疗设备的涂层而言,这些技术面临着两个重大问题。第一个问题是:因为依赖恒定角度入射的假设,对于复杂表面形状的样品调整是非常困难的,因为复杂表面的表面方向是变化的,因此入射角也是变化的。这是误差的主要来源。

 

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关键字:涂层表面  涂层质量控制

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/1209/article_1718.html
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