高解析显微镜 Hirox 3D数位显微镜如何应用Z Stack影像堆叠功能对PCBA的表面结构观察与分析?

本文运用Z Stack影像堆叠功能以及结合精度达0.05μm的电动控制Ｚ轴模组，拍摄出不受到浅景与深景聚焦限制的超高景深堆叠成像，轻松对PCBA进行表面结构观察与执行3D轮廓量测。

一、Hirox 全新一代的镜头模组的实机操作特点

• 将2/3吋500万画素摄相机与镜头整合在一个装置，四相镜头组可选配10x至10,000x的倍率范围。
• 内建多重照明机构提供同轴、环形、明场、暗场照明模式以及多角度光线投射，更灵活控制来自样本的反射光。
• 系统拥有高精度3D测量软体，并搭载精度0.05μm的电动Z轴模组，对样本3D轮廓与粗糙度量测可达1μm光学3D轮廓量测。

二、范例实测：

（１） PCB表面结构观察
透过图一所示，倍率140x下在不同聚焦位置的PCBA成像，很明显因景深限制，无法清楚成像出PCBA的所有元件。
 

图一 不同聚焦位置的PCBA成像，因景深限制无法清楚观察PCBA的所有元件
 

（2）应用Z Stack影像堆叠功能
图二所示，在相同倍率下结合高解析电动控制Ｚ轴模组，以Z Stack影像堆叠功能实现超高景深堆叠成像，更可依样品表面上微距程度去调整Ｚ轴扫描的间距，间距最小精度可达0.05μm。
 

图二　结合高解析电动控制Ｚ轴模组，以Z Stack影像堆叠功能实现全景深成像
 

（3） 进立3D轮廓并量测
图三所示，从建立的3D轮廓去量测左右两个元件的高度，分别为左边405μm与右边848μm，Hirox系统的3D测量能力可达到1μm光学3D轮廓量测。

图三　建立3D轮廓去量测左右两个元件的高度，Hirox系统的3D测量能力可达到１μm的微米精度光学影像量测
 

图四所示，从建立的3D轮廓去量测导通孔的深度，首先在基板上找一点设为基准高度，再以「点高度」量测功能对基板上的导通孔进行深度量测，得到深度数值在30~31μm区间。
 

图四　「点高度」量测功能对基板上的导通孔进行深度量测
 

三、结语
    依实测结果，物镜模组会受到景深限制，难以完整捕捉PCBA表面复杂结构与多层高度差异，而Hirox全新一代镜头模组结合精度达0.05μm的电动Z轴模组，以Z Stack影像堆叠功能，即能轻松实现不受浅景深限制的超高景深堆叠成像。从PCBA表面元件观察，到精准量测左右元件高度（405μm与848μm）、导通孔深度（30~31μm），系统的高精度3D测量软体更确保1μm光学3D轮廓量测的可靠度。
    因此，整合式3D数位显微解决方案，不仅大幅提升PCBA表面结构分析与轮廓量测效率，也为电子制程品质控管与失效诊断提供客观定量工具，协助产业实现更高精度的非破坏性检测与数据化验证。