德国不伦瑞格大学的研究人员最近开发了硅微探针，它可以很容易地集成到各种制造工艺中，以低成本进行过程中高速表面测量。
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微米和亚微米尺度的表面性能在许多现代工业产品的生命周期中发挥着基础性的作用，如医疗设备、汽车部件和半导体器件。2020欧洲杯下注官网
表面计量测量要求高精度和高通量方法，提供足够大的测量范围和低探测力。
精度是制造业的基本特征之一。高精度保证了工业产品的高质量、高性能和可靠性。
高精度制造技术的发展，加上先进的测量方法，使得表面计量在许多与半导体和生物医学工业、添加剂和汽车制造等相关的制造过程中发挥着关键作用。
表面计量对制造业的质量控制至关重要
物体的表面形貌决定其某些机械和物理特性，如摩擦、附着力、热导率和导电率等。
由于大多数机械或化学制造过程都会产生表面缺陷和不规则性，高速的过程中表面轮廓、表面粗糙度和变形测量可以提供必要的反馈，以优化制造过程并确保严格的质量控制。
表面计量测量可以是非接触的，由光学仪器执行，或接触测量执行的笔探针。
尽管光学方法允许高通量零力测量，但其利用受到被测表面的光学特性和形貌以及相对较高的操作成本的限制。因此，接触式探针表面计量仪器仍然受到许多工业用户的青睐。
传统上，接触面测量是通过触针轮廓仪、微坐标测量机进行的，如果需要超高的横向和垂直分辨率，则通过扫描探针显微镜进行。
表面形貌测量需要速度和力之间的平衡
所有接触测量技术都是通过在样品表面扫描锐利的探针(可以由硅、钢或金刚石制成)来操作的。根据不同的应用，探针尖端的曲率半径从几微米到几纳米不等。
探针通常安装在柔性悬臂上，在扫描样品表面时，该悬臂可使探针垂直移动。探头悬臂的偏转由光学或电子传感器（通常为电感传感器）检测，并表示表面形貌。
接触表面仪器的主要缺点是相对较低的吞吐量和探头与试样表面之间的接触力。
最先进仪器中使用的最大探头横向速度在1–3 mm/s范围内，这可能导致在表征大表面积时进行耗时的测量。
探头和表面之间施加的力必须足够高，以确保表面轮廓的充分跟踪和悬臂挠度传感器的足够信噪比。力通常在毫牛顿范围内。尽管如此，接触压力可能在千兆帕斯卡量级（取决于探头锐度），并对测量表面造成损坏。
一种用于高速表面测量的硅微探针
最近，来自德国布伦斯维格大学的研究人员与CIS FursChungStUsF胡尔Mikrosensorik GmbH（一个面向微传感器的面向行业的研究机构）合作开发了用于快速表面粗糙度测量的压阻硅微探针。
微探针由单晶硅通过光刻方法制成，由基座和悬臂组成。
一个单片硅探针位于悬臂的自由端附近，同时在悬臂和探针底部的连接处制作了四个连接到惠斯通电桥的压电电阻(作为应变传感器)。
底座包含用于检测压阻式应变传感器信号的接触垫。
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根据不同的应用，为微探针设计了几种不同的悬臂梁，长度在1.5 mm至5mm之间，宽度在25 μm至50 μm之间。探针探针的高度可在10 ~ 200 μm范围内。
压阻式微探针保证了速度、精度和可靠性
微探针的小尺寸源于它们最初设计用于测量柴油机喷油嘴和其他孔径小于100µm的狭窄开口内的粗糙度。
到目前为止，由于市场上没有合适的传感器，因此在这种高宽高比微结构内的表面粗糙度和形状测量极具挑战性。因此，每年制造约5000万个喷油器喷嘴，但对其表面粗糙度和几何形状没有足够的控制。
这两个参数直接影响柴油机的燃油效率和尾气排放。
德国科学家成功地演示了新型压阻微探针在实验室原型和用于表面计量的商业仪器中的应用。
重要的是，探头的小质量和尺寸确保了在高达10 mm/s的横向速度和大约100微米牛顿的探测力下对表面特征的高保真跟踪。
与传统的表面计量技术相比，这两个参数都有显著的改进，从而提高了测量的吞吐量和可靠性。
与传统的接触面测量方法相比，压阻式微探针除了具有更好的性能外，还具有更高的性价比。
作为概念验证应用，研究人员将压阻式微探针仪器集成到造纸压力机中，用于对压力机辊的直径、形状和纹理进行过程监控，因为这些参数对最终产品的质量至关重要。
在工业环境中，与工业标准电感表面测试仪相比，基于微探针的仪器在更高的横移速度下显示小于3%的测量偏差。
提高探头的耐磨性，以更快的测量
进一步增加测量吞吐量的尝试表明，当横向速度超过15 mm/s时，探头尖端可能出现明显磨损。
为了克服这个缺点，研究人员正在研究使用耐磨涂层，如类金刚石或合成蓝宝石，来保护压阻式微探针。
到目前为止，这些结果证实，相对便宜和紧凑的压阻硅微探针可以成功地解决各种新兴的工业高速表面测量任务。
参考资料及进一步阅读
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