一、引薦

  印制電路板在生產(chǎn)過(guò)程中最重要的指標(biāo)是能在銅表面上形成一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定，厚度均勻的鍍層。鍍層首要目的是防止電路板中的銅接觸空氣后發(fā)生氧化，其次是提供一個(gè)可焊的表面，適合所有的表面貼裝和通孔組裝，并且有適當(dāng)?shù)谋４嫫谙蕖?/span>

  印制電路板表面處理由單層或多層金屬鍍層構(gòu)成，單個(gè)鍍層如：浸錫，浸銀；多個(gè)鍍層如：鎳金，鎳鈀金。每種鍍層結(jié)構(gòu)均具有其自身的特殊性及工藝的復(fù)雜性，表現(xiàn)在鍍層的穩(wěn)定性，使用成本和壽命等各方面的優(yōu)缺點(diǎn)。

  IPC發(fā)布的IPC-4553A印制板浸銀規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范），旨在幫助印制板制造商在PCB生產(chǎn)過(guò)程中改進(jìn)工藝環(huán)節(jié)，提升產(chǎn)品可靠性。在規(guī)范中，IPC詳細(xì)的描述每種類型的金屬鍍層表面適合的厚度，包括如何使用XRF分析儀準(zhǔn)確測(cè)量厚度，且包含應(yīng)滿足XRF分析儀準(zhǔn)確測(cè)量所需的條件。

二、IPC-4553A印制板浸銀要求

摘自IPC-4553A印制板浸銀規(guī)范表3-1浸銀要求

三、浸銀厚度

  IPC-4553A印制板浸銀規(guī)范中提到，浸銀厚度范圍在0.12-0.4μm（5-16μin），典型值在0.2-0.3μm（8-12μin）。焊盤測(cè)試面積為1.5mm*1.5mm，測(cè)量值偏差在4σ內(nèi)，XRF準(zhǔn)直器不得超過(guò)最小邊長(zhǎng)的30%。

  對(duì)于薄銀沉積層，在測(cè)試面積為1.5mm*1.5mm的焊盤上，XRF準(zhǔn)直器不得超過(guò)最小變成的30%，厚度要求為≥0.05μm（2μin)，典型值為0.07μm（2.8μin），測(cè)量值偏差在2σ內(nèi)。

四、消除外界干擾，讓測(cè)量水到渠成

當(dāng)使用XRF系統(tǒng)在測(cè)量浸銀鍍層厚度時(shí)，下面列出了潛在的誤差來(lái)源:

  1、因?yàn)樾盘?hào)強(qiáng)度非常低，導(dǎo)致測(cè)量精度下降。另外，儀器對(duì)銀的“K”系列X射線偵測(cè)不適合，因?yàn)榻饘俸穸茸兓鸬男盘?hào)變化很小。結(jié)果是厚度測(cè)量不精確，及對(duì)較小的鍍層厚度變化不敏感。重復(fù)性和再現(xiàn)性的研究顯示，不準(zhǔn)確性達(dá)到50%或者更高。

  2、源于環(huán)氧樹(shù)脂板材料的高能量X射線散射，這個(gè)散射光將在浸銀的光譜區(qū)域產(chǎn)生過(guò)多的背景噪聲，進(jìn)一步的降低了測(cè)量的精確性。這個(gè)背景噪聲強(qiáng)度同樣也隨基材銅厚度的變化而變化。浸銀在相同數(shù)量級(jí)的背景散射的熒光強(qiáng)度下，其銅厚的變化將導(dǎo)致10%-50%的測(cè)量誤差。

五、善時(shí)呈現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的解決方案滿足規(guī)范

  1.采用L系列X射線具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以改善測(cè)量的準(zhǔn)確性和精確性：

  1>在正常的厚度范圍內(nèi)，L系列X射線可以產(chǎn)生比K系列更高的熒光強(qiáng)度，更高強(qiáng)度自然提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

  2>對(duì)于浸銀，L系列X射線能量比K系列的能量低很多，因此最大測(cè)量范圍顯著降低了。由于縮小了比例，隨著厚度變化，L線的熒光相對(duì)于K系列的熒光強(qiáng)度有了顯著的增加。

  3>由于L系列屬于X射線光譜的低能量部分，從板子材料環(huán)氧樹(shù)脂中的低能量散射不能穿透銅層，進(jìn)而不會(huì)干擾到探測(cè)器。因此，這個(gè)光譜附近的背景噪聲強(qiáng)度相比高能量光譜部分是相當(dāng)?shù)偷?。顯著的提高了信噪比，從而提高的測(cè)量的準(zhǔn)確性。

  2.通過(guò)采用背景補(bǔ)償軟件試圖去模仿樣本基材帶來(lái)的背景噪聲。

  3.使用SDD探測(cè)器可以進(jìn)一步改善信噪比和測(cè)量精度。憑借其超高的分辨率和與樣品更接近的的距離，浸銀的“L”系列低能量熒光輻射比較比例計(jì)數(shù)器（PC）更靈敏。這種測(cè)量配置解決方案優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在能量較大的樣品區(qū)域（焊盤大于30mil²或者線路寬度大于20mil）。

  4.被認(rèn)證過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)片（使用假定的密度值）和浸鍍層之間的密度差異會(huì)影響厚度測(cè)量的計(jì)算。這種不同可能是由沉積層晶體結(jié)構(gòu)的差異或孔隙度的變化導(dǎo)致的。在這種情況下，如果不使用密度校正補(bǔ)償，XRF厚度測(cè)量結(jié)果將會(huì)和使用其他技術(shù)的測(cè)量結(jié)果存在差異。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，善時(shí)儀器會(huì)根據(jù)客戶需求，提供密度補(bǔ)償服務(wù)。即可通過(guò)切片方式直接獲取鍍層真實(shí)數(shù)據(jù)，用以修正誤差。

  由于X射線熒光分析儀在硬件配置上不同，上述因素對(duì)測(cè)量結(jié)果真實(shí)性相互之間差異較大。通常來(lái)說(shuō)，X射線源和探測(cè)器選擇上的不同，所測(cè)量的結(jié)果也不同。

  使用善時(shí)儀器旗下的X射線熒光鍍層厚度分析儀，型號(hào)：iEDX-150WT，對(duì)印制板的浸鎳/金厚度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間分別為5、15、30、60秒，測(cè)試次數(shù)為30次。iEDX-150WT鍍層測(cè)厚儀使用鉬靶X-Ray源，SDD探測(cè)器，分辨率為125±5eV。配合使用0.3mm準(zhǔn)直器時(shí)，測(cè)量穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性小于5%。因?yàn)槠涓叻直媛实奶匦裕?/span>iEDX-150WT不需要額外的濾波器去除干擾，測(cè)量結(jié)果更接近于真實(shí)值。與同類型產(chǎn)品相比，iEDX-150WT使用時(shí)無(wú)需預(yù)熱與能量校準(zhǔn)，即開(kāi)即測(cè)。

                     測(cè)量數(shù)據(jù)

附注：暫未提供鍍層銀的標(biāo)稱值

  根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)以及計(jì)算的結(jié)果我們可以得出：在使用SDD探測(cè)器，從選擇不同測(cè)量時(shí)間角度分析，選擇測(cè)量時(shí)間為60s時(shí)，重復(fù)性最高，標(biāo)準(zhǔn)偏差最小。但在實(shí)際測(cè)量中，過(guò)長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間不僅減少X射線管的壽命，而且檢測(cè)工作效率低。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合自身工藝條件和測(cè)量要求，選擇對(duì)應(yīng)的測(cè)量時(shí)間。

六、善時(shí)儀器

  深圳市善時(shí)儀器有限公司是一家集儀器研發(fā)、制造，系統(tǒng)集成于一體，為礦山、環(huán)保、化工、印制電路板、金屬加工、機(jī)械與電子制造等行業(yè)提供全方位原料成分檢測(cè)解決方案的高新技術(shù)企業(yè)。公司以高水平檢測(cè)技術(shù)，軟件技術(shù)為主的發(fā)展方向，相繼推出了二十余種X熒光分析儀檢測(cè)設(shè)備和掃描電子顯微鏡設(shè)備，覆蓋政府安全，土壤環(huán)境檢測(cè)，食品藥品安全等領(lǐng)域?qū)Τ煞謾z測(cè)的需求。為企業(yè)降低成本、耗材，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力做出了杰出貢獻(xiàn)。近年來(lái)，善時(shí)儀器運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，移動(dòng)互聯(lián)等新興技術(shù)，結(jié)合善時(shí)儀器多年積累的儀器應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為省級(jí)以上實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化改造提供了智能化的解決方案，推動(dòng)行業(yè)產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，發(fā)揮出越來(lái)越重要的影響。

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