一、引薦

  印制電路板在生產(chǎn)過程中最重要的指標(biāo)是能在銅表面上形成一個長期穩(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，單個鍍層如：浸錫，浸錫；多個鍍層如：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。

  IPC發(fā)布的IPC-4554印制板浸錫規(guī)范（以下簡稱規(guī)范），旨在幫助印制板制造商在PCB生產(chǎn)過程中改進(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)確測量厚度，且包含應(yīng)滿足XRF分析儀準(zhǔn)確測量所需的條件。

二、IPC-4554印制板浸錫要求

摘自IPC-4554印制板浸錫規(guī)范表3-1浸錫鍍層要求

三、浸錫厚度

  IPC-4554印制板浸錫規(guī)范中提到，為確保有足夠的可用錫，在1.5mm*1.5mm或2.25mm²的相當(dāng)面積下測量最小錫厚應(yīng)當(dāng)為1μm[40μin]，制程均值在4σ時，浸錫厚度一般為1.15μm到1.3μm，XRF準(zhǔn)直器不得超過最小邊長的30%。

四、消除外界干擾，讓測量水到渠成

  在使用XRF測量浸錫厚度時，會出現(xiàn)兩個主要的問題，即信號強度和背景噪聲的問題。

  1、因為信號強度非常低，導(dǎo)致測量精度下降。另外，儀器對錫的“K”系列X射線偵測不適合，因為金屬厚度變化引起的信號變化很小。結(jié)果是厚度測量不精確，及對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)氧樹脂板材料的高能量X射線散射，這個散射光將在浸錫的光譜區(qū)域產(chǎn)生過多的背景噪聲，進(jìn)一步的降低了測量的精確性。這個背景噪聲強度同樣也隨基材銅厚度的變化而變化。浸錫在相同數(shù)量級的背景散射的熒光強度下，其銅厚的變化將導(dǎo)致10%-50%的測量誤差。

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

  1、采用L系列X射線具有三個優(yōu)點，可以改善測量的準(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系列更高的熒光強度，更高強度自然提高了測量的準(zhǔn)確性。

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

  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)氧樹脂中的低能量散射不能穿透銅層，進(jìn)而不會干擾到探測器。因此，這個光譜附近的背景噪聲強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，從而提高的測量的準(zhǔn)確性。

  2、通過采用背景補償軟件試圖去模仿樣本基材帶來的背景噪聲。

  3、使用SDD探測器可以進(jìn)一步改善信噪比和測量精度。憑借其超高的分辨率和與樣品更接近的的距離，浸錫的“L”系列低能量熒光輻射比較比例計數(shù)器（PC）更靈敏。這種測量配置解決方案優(yōu)勢體現(xiàn)在能夠測量較大的樣品區(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影響厚度測量的計算。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償，XRF厚度測量結(jié)果將會和使用其他技術(shù)的測量結(jié)果存在差異。針對這個問題，善時儀器會根據(jù)客戶需求，提供密度補償服務(wù)。即可通過切片方式直接獲取鍍層真實數(shù)據(jù)，用以修正誤差。

  使用善時儀器旗下的X熒光鍍層厚度分析儀，型號：iEDX-150WT，對印制板的浸鎳/金厚度進(jìn)行測量，測量時間分別為5、15、30、60秒。iEDX-150WT鍍層儀使用鉬靶X-Ray源，SDD探測器，分辨率為125±5eV。配合使用0.3mm準(zhǔn)直器時，測量穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性小于5%。正因為其高分辨率的特性，iEDX-150WT不需要額外的濾波器去除干擾，測量結(jié)果更接近于真實值。與同類型產(chǎn)品相比，i EDX-150WT使用時無需預(yù)熱與能量校準(zhǔn)，即開即測。

測量數(shù)據(jù)

附注：暫未提供鍍層錫的標(biāo)稱值

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

六、善時儀器

  深圳市善時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、機械與電子制造等行業(yè)提供全方位原料成分檢測解決方案的高新技術(shù)企業(yè)。公司以高水平檢測技術(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，食品藥品安全等領(lǐng)域?qū)Τ煞謾z測的需求。為企業(yè)降低成本、耗材，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強企業(yè)核心競爭力做出了杰出貢獻(xiàn)。近年來，善時儀器運用物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，移動互聯(lián)等新興技術(shù)，結(jié)合善時儀器多年積累的儀器應(yīng)用經(jīng)驗，為省級以上實驗室自動化改造提供了智能化的解決方案，推動行業(yè)產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)型升級，為國民經(jīng)濟(jì)快速增長，發(fā)揮出越來越重要的影響。

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