fst1000型薄膜应力测试仪使用说明书v2 ·...

FST1000 型薄膜应力测试仪

使用说明书 V2.2

深圳市速普仪器有限公司

Supro Instruments Co., Ltd.

地址：深圳市南山区桂庙路22号向南瑞峰B2009

邮编：518057

电话：86-755-26642901

传真：86-755-26419205

目录

1. 概述..................................................................................................................... 1

2. 薄膜应力测试仪结构说明.................................................................................2

2.1 基本原理...................................................................................................... 2

2.2 基本结构...................................................................................................... 3

2.3 安装调试...................................................................................................... 3

3. 使用维护说明..................................................................................................... 4

3.1 软件安装指南.............................................................................................. 4

3.2 软件界面功能介绍..................................................................................... 13

3.3 应力仪操作步骤......................................................................................... 17

Supro Instruments FST1000薄膜应力仪使用说明书 V 2.2

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1. 概述

SuPro FST1000 薄膜应力仪是基于基片弯曲法原理，利用 Stoney 方程，用于能

反射激光的各种刚性基体表面的薄膜残余应力的测试，如 Si 基片、表面抛光的

不锈钢基片、钛合金基片、铝合金基片等。

主要特点：

高重复精度。采用光杠杆曲率放大的结构设计，确保样品曲率半径测试结果的高

精度，误差﹤±1%。

高度智能。全自动控制，可对样品中心自动查找定位，测量更加高效方便。

高适应性。考虑到表面抛光的基片（如不锈钢，钛合金等）表面曲率不一致，本

仪器开发设计了“对减计算”模式（详见使用说明），可有效校正基片表面影响，

测试此类基片表面薄膜的残余应力。

主要技术参数如下表所示

技术规格参数

基本原理曲率法 Stoney 公式

薄膜应力测试范围 5 MPa～50GPa

曲率半径测试范围 0.3～20 m

薄膜应力计算误差＜±2%

曲率半径测试误差＜±1%

测试平台行程 X方向：100 mm / Y 方向：50 mm

样品尺寸长方形样品

样品定位自动定位原点

样品校正可计算校正原始表面不平直影响

主要功能自动测量采集计算曲率半径和薄膜应力

电源电压 220 VAC 电源适配器

功耗 100 Watts Maximum


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通讯连接端口 USB 2.0

工作温度 0～50 ℃

操作软件适用于 Windows XP/Windows 7 系统 32 位

操作电脑用户自备或选配

外形尺寸 150×39×34 cm

重量～ 40K g

2. 薄膜应力测试仪结构说明

2.1 基本原理

本应力仪采用光杠杆曲率放大原理测试样品表面曲率半径，通过Stoney公式计算

薄膜应力（如图1所示）。

图1 薄膜应力测试仪原理

图 1光杆杆测量系统原理示意图，其中 l和 D分别表示试片（Sample）和激光探

测器（Optical Detector）测定的激光束移动距离，H1和 H2分别表示试片与半透

镜（Pellicle Mirror）、以及半透镜与光学传感器之间的光程长，（H1+H2）为

总光程长。入射激光束的位置保持不变，试片水平运动步长 l时，反射激光束偏

转距离为 D。D与 l之间存在线性关系，试片的曲率半径 R可由下式求出：

1 212R H H

D l


3

分别测得基片的初始曲率半径Rs和单面镀膜后的曲率半径Rf，由Stoney公式可以

求得薄膜的残余应力。

Stoney公式：

上式中，σfilm表示被剥离薄膜的平均残余应力，Es和νs分别为基片的杨氏模量和

泊松比，ts和tf分别为基片和被剥离薄膜的厚度，Rs和Rf分别为基片初始和单面镀

膜后的曲率半径。

2.2 基本结构

如图2所示，FST1000型薄膜应力测试仪，由样品台、激光器、激光探测器、样品

台运动控制系统、防护罩、观察窗、水平基板等部分组成。

图2 FST1000型薄膜应力测试仪基本结构

2.3 安装调试

FST1000型薄膜应力仪，出厂时已经调试完备，用户可直接按操作要求安装，并

采用随机附带的标准光学圆台确认曲率半径测试误差与仪器技术参数是否相符。

仪器每次移动位置后，需重新测试光学标准玻璃圆台，确认曲率半径测试误差与

仪器技术参数相符，方可使用，否则需要重新调试。


4

3. 使用维护说明

本产品为精密测试仪器，请测试前，确认样品为干燥表面，勿使液体与设备接

触，以免发生部件腐蚀，影响测试精度。

每次使用后，请断开电源，否则对激光器和探测器的使用寿命将产生不利影响；

3.1 驱动安装指南

找到附带软件文件夹如下图：

找到如下图所示的三个文件夹，其中 01 和 02 为设备的驱动安装程序。

插入 USB 线，安装运动控制平台的驱动程序。如图所示，默认安装，点击下一步

完成安装。


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6


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8

然后，进入文件夹 02 eyelightspot driver，点击 drvInstaller.exe 文件，安

装探测器的驱动程序，如下图所示，默认安装，点击下一步完成安装。


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到处完成设备的全部驱动程序的安装。接下来安装设备的操作程序。

3.2 软件安装指南

双击“ResidualStressTester Setup”程序，进入下面界面：


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点击“下一步”，

选择需要安装的“文件夹路径”，点击“下一步”，


11

点击“下一步”，

点击“关闭”，安装完成。

安装完成后，进行如下操作，为设备授权。进入文件夹04 specified licence 002，

选择全部文件，将其复制到安装目录下，覆盖对应的文件，完成授权。


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在电脑桌面上，发现名为“ResidualStressTester”的图标：

双击此图标，即可启动薄膜应力仪测试程序。当运动状态为停止，测量状态为刷

新时，表明程序设备和程序一切正常。

3.2 软件界面功能介绍

启动“ResidualStressTester”程序，软件的界面如下：


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为了便于操作，软件从左到右分为三个区域：

左侧区域为“样品台运动控制区域”，主要功能为手动调节样品台移动，并提供

样品台坐标值信息；

中间区域为“曲率测量和薄膜应力计算区域”，曲率测量、应力计算两个功能模

块可切换使用；

右侧区域为“光斑探测区域”，时事提供激光光斑在探测器的位置信息或移动信

息。


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样品台运动控制区域：

光斑探测区域：

控制样品台移动，点击上、下、左、右，可控制激光光斑相对于

样品台的位置向前、向后、向左、向右运动，距离可设定；

紧急停止，用于样品台非正常运行情况下，可立即停止其运动；

定点移动，通过设定 X，Y 坐标值，可使样品台运行至指定点；

样品台运行示意观察区，可用来观察样品台运动情况；

其与“任意点动”复选框配合使用，可以在观察区域内，用鼠标

左键点击，任意移动样品台；

坐标值，显示出样品台所在坐标信息；

运动最大范围，显示出样品台运行范围。

光斑监视窗口显示/隐藏区域，

可用于打开/隐藏激光探测器的

监测窗口；

激光光斑相对运动示意窗口，可

显示激光光斑位于探测器的相对

位置，其中红色方块代表激光光

斑；

测量状态，提示激光光斑是否照

射到探测器上，如显示“未就绪”，

表明激光光斑未照射至激光探测

器；

坐标值，显示激光光斑坐标值；


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曲率测量和薄膜应力计算区域：

应力计算参

数区域，输

入样品的相

关参数，对

参数可进行

导出保存，

下次使用

时，可以直

接导入；

通过勾选复

选框，选择

标准计算模

式或对减计

算模式，点

击“计算”；

分别打开“镀

膜前”和“镀

膜后”的测试

曲率数据，将

显示在 L-D

曲线区域；

计算结果显

示区域，将显

示出样品镀

膜前、镀膜后

的曲率半径

及薄膜应力

测试结果。

样品中心查

找区域，点

击“开始查

找”，自动探

测样品的长

度和宽度，

并确定样品

中心；

基本参数区

域，用户输

入相应参

数，对已保

存过的参

数，可选择

“ 导入参

数”；

曲率测量区

域，点击“开

始测量”即

可，如遇特殊

情况，可用

“停止测量”

终止测量；

测试结果显

示区域，D-L

曲线和最终

曲率半径显

示在相应位

置，供用户观

察；


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3.3 应力仪操作步骤

准备

测量

打开应力仪电源,

USB 连接电脑

样品放于样品台

①点击“开始”，确定样品有

效尺寸和中心位置

②输入相关参数，基片厚

度，测试长度等。（对常

用样品参数，可选用导入

/导出参数）

③点击“开始测量”，

测试样品曲率。

④显示曲率半径测试

结果保存数据

①输入“计算参数”，对常

用样品可选择导入/导出功

能，直接读取参数

②分别打开镀膜前数

据和镀膜后数据

③选择“标准计算”

或“对减计算”

④点“确认计算”

输出应力测试结果

启动程序,调节样品台位

置，使激光照射到样品表面

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