ナノインデンター

ナノインデンテーションとは

ナノインデンテーションとは極小領域での試料の硬度、弾性率等の機械特性を導出する計測手法の一つです。
平らな試料表面にピラミッド型の圧子を押込み、ナノオーダーの高精度で圧子の変位・加重を制御、またデータを取得することで計測を行います。

ナノインデンターは上記の試験を行うための試験機です。
装置の変位分解能、荷重分解能、時間分解能(応答速度)、圧子の安定性が高いほど、より微細な挙動を評価することができます。拡張機能として、加熱状態や電圧印加しながらなど、サンプルの環境を制御しながらナノインデンテーションを実施できたり、位置情報と測定値から機械特性のマッピングをしたり、ナノインデンターの、高精度に押し引きができる機能を応用して、引張試験・カンチレバー破壊試験・ピラー圧縮試験・疲労試験・スクラッチ試験等を行うことができる機種もあります。

ナノインデンテーション試験は、押し込み量や圧痕が非常に小さいため、光学顕微鏡レベルでは、試験部位を詳細に観察することが困難な場合があります。そこで、SEM(走査型電子顕微鏡)などの装置や分析器に取付けて、高倍率で観察しながら、試験を行う部位を選択したり、データ取得中に実際に何が起こっているか観察もできるIn-situ試験用モデルもあります。

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インデンテーション(押込)

圧縮

スクラッチ(引掻き)

テンシル(引伸し)

特徴

MEMSベースのナノインデンターは、20年以上にわたる技術革新を活用して、高い解像度、再現性、動的応答を特徴としています。また、豊富に用意されたインデンター圧子をオプションとして用意しており、様々な研究分野への応用を実現しています。

高精度な荷重・変位制御
測定部を観察しながらのリアルタイム (In-situ) 試験、データ取得
圧縮、押込み、引張り、引掻き、疲労など多彩な試験
高荷重試験、長時間試験でも安定した測定
電圧印加、加熱しながらの応力試験

用途

極めて高い感度、分解能、および再現性の高さを有しながら、検出素子の小型化を実現。冶金、薄膜、マイクロシステムテクノロジーなどの各分野向けのアプリケーションがございます。

鉄・金属
薄膜
セラミックス
ナノファイバー・ナノチューブ

面内および面外のMEMS剛性試験

マイクロファイバー
マイクロアッセンブリ

メーカー一覧

Alemnis - アレムニス

拡張性が高く、非常に多彩な試験が可能なナノインデンターです。標準システムにオプションを追加することで、スタンドアローン機としても、SEM等の機器に据付けるIn-situ用としても使用でき、制御環境下(加熱、冷却、相対湿度、液中など)での試験や、高荷重(最大4N)・高速(疲労・衝撃等)試験も可能です。

FemtoTools - フェムトツールズ

荷重センサー一体型の圧子に特徴があるナノインデンターです。制御・センシングとも、非常に精度が高く、ノイズレベルの低いデータが取得できます。スタンドアローンモデルと、SEM内据付けのIn-situモデルがあり、加熱、通電試験なども可能です。In-situモデルは、STEMやEBSD等の検出器と使用するのにも適しています。

用途例

MEMS・NEMSテスト

■面内および面外MEMS剛性試験
MEMSチップ上の吊り構造の機械的剛性を正確に定量化するために、面内および面外の圧縮試験を行います。ナノインデンターを用いて、吊り下げられた各構造に垂直に力を加え、結果として生じる変形を記録してゆきます。力と変形のデータから、MEMS構造の剛性、バネの直線性、ヒステリシス、再現性を定量化します。面内試験中は微小ギャップ内で力を加える必要があります。この場合は、オプションである横方向の微小センシングプローブを使用します。接触チップは狭いギャップ内に配置されており、水平方向の力を加えることができる形状となっております。

■MEMS構造の疲労試験
稼働構造を有するMEMS構造体の寿命と故障を評価するため、インデンターを疲労試験機として使用できます。
この場合は、吊り構造に対して繰り返し荷重(力制御)を適応します。結果として生じる、力対変形のデータを継続的に監視することで、亀裂の開始や伝播など材料の変化を検出できます。

マイクロ引張試験

■マイクロファイバーは、複合材料、フィルター、組織工学、創傷包帯、繊維製品など各業界において非常に有望視されている素材です。そのため、機械的挙動（剛性、弾性変形範囲、極限強度、靭性等）についての定量的な性能を把握することは重要です。

■シリカ繊維のマイクロスケール引張試験
ナノインデンターを使用することで、サンプル調製と引張試験の両方を実行できます。FemtoTools Software Suiteの「引張試験」機能を使用して、ファイバーはまっすぐになるまで引っ張られてから、さらに引き伸ばされます。剛性、伸び、最大降伏強度、最大伸びを測定可能。弛緩挙動は、繊維を伸ばし、位置を一定に保ちながら力を測定することにより分析されます。多数のロードおよびアンロードのサイクル後の剛性と繊維の伸びの変化を測定するために、周期的なテストを行います。

In-Situ(その場試験) SEM材料試験

■FT-NMT04は、超高荷重および変位分解能とその場SEM観察を組み合わせることにより、特定のサブミクロンスケールの微細構造特性の機械的特性を測定し、パイルアップ、スリップバンド、および亀裂の形成を直接視覚化することができます。標準的なナノインデンテーションは、除荷の開始時に測定データを取得しますが、連続剛性測定（CSM）を使用すると、硬さと弾性率の両方を圧子の侵入深さの関数として記録できます。

■高い荷重と変位の分解能を有するFT-NMT04を使用したCSMナノインデンテーションにより、浅い侵入深さと可塑性の開始からバルク材料への機械的応答の進化を定量化できます。高調波周波数範囲（最大500Hz）と高速データ取得レートの組み合わせにより、材料の粘弾性および粘塑性挙動の前例のない定量的動的機械分析が可能になります。

マイクロハンドリング・組み立て

■3Dマイクロパーツの組み立て
標準的な微細加工プロセスは平面加工に限定されており、複雑な3次元構造の作成はできません。また、異なる材料の、特定の組み合わせのみが可能であり、微細加工デバイスおよびシステムの機能は制限が加わります。真の3次元ハイブリッド微小電気機械システム（MEMS）の開発には、マイクロアセンブリが必要です。

■生物医学用途では、軟磁性の電気めっきニッケル構造を3次元形状に組み立てる必要があります。この組立作業には、FT-MTA02マイクロメカニカル試験および組立ステーションが最適です。ハンドリングプロセスの信頼性を向上させるために、グリップ力のクローズドループコントロールを使用します。組み立てられた部品はシリコンベースのマイクロセンサーと組み合わされます。

システム構成例

FT-S MICROFORCEセンシングプローブ(+/- 200 µN　〜　+/- 200’000 µN 等各種レンジ)
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ナノ引張試験チップ
```
各種ステージ
In-Situ SEMサンプルヒーター

製品ラインナップ

主な仕様

	単体機 FT-MTA03	SEM装着機 NMT-03※取扱終了	SEM装着機 NMT-04
稼働軸数	5	3	3
動作方式	ピエゾ素子によるスティックスリップ	ピエゾ素子によるスティックスリップ	ピエゾ素子によるスティックスリップ
XYZ作動範囲	-	12 mm x 21 mm x 12 mm	21 mm x 12 mm x 12 mm
最小増分モーション	20nm	1nm	1nm
作動範囲	20nm	25nm	25nm
最大の力範囲	± 200 mN( FT-S200’000 Microforce Sensing Probe仕様時)	± 200 mN( FT-S200’000 Microforce Sensing Probe仕様時)	± 200 mN( FT-S200’000 Microforce Sensing Probe仕様時)
本体寸法	440mm×430mm×460mm	100mm×35mm×71mm	120mm×44mm×72mm