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(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-4552A印制板化學(xué)鎳/浸金（ENIG）規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱ENIG），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(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、鎳/金（ENIG）鍍層要求

 

ENIG是沉積在以銅為基底金屬上的一個(gè)兩層表面處理。ENIG由鎳作為基礎(chǔ)層，最外層沉積一層薄薄的金層。

 

檢驗(yàn)	等級(jí)/測(cè)試頻率（A.Q.L.）					要求
測(cè)試項(xiàng)目	測(cè)試方法		1	2	3/3A	備注
總則
外觀	外觀		4.0	2.5	1.0	鍍層平整且完全覆蓋被鍍覆表面
浸鎳厚度	XRF分析法		6.5	4.0	2.5	在一個(gè)焊盤尺寸為1.5*1.5mm（0.06* 0.06in）或等效面積上進(jìn)行測(cè)量，在相對(duì)平均值±4σ (標(biāo)準(zhǔn)偏差)時(shí)測(cè)量值為3-6μm（120-240μin）
浸金厚度	XRF分析法		6.5	4.0	2.5	在一個(gè)焊盤尺寸為1.5*1.5mm或等效面積上進(jìn)行測(cè)量，在相對(duì)平均值-4σ (標(biāo)準(zhǔn)偏差)時(shí)測(cè)量值≥0.05μm(2μin)
物理性能
附著力	IPC-TM-650		6.5	4.0	4	沒有鍍層或阻焊層剝離的跡象
可焊性	J-STD-003		4.0	2.5	2.5	參閱使用的性能范圍
需要力的測(cè)量時(shí)，在指定的規(guī)定條款下使用	測(cè)力實(shí)驗(yàn)		4.0	2.5	2.5	錫鉛共晶測(cè)試最小值為0.14m_/mm。SAC305測(cè)試最小值為0.19m_/mm。
環(huán)境性能
SIR		IPC-TM-650/GR78-Core	如有需求時(shí),可接受質(zhì)量水平（AQL）應(yīng)當(dāng)由供需雙方協(xié)商確定			1.0E+08ohms 1.0E+10ohms
清潔度		IPC-TM-650/GR78-Core	如有需求時(shí),可接受質(zhì)量水平（AQL）應(yīng)當(dāng)由供需雙方協(xié)商確定			參閱適用的性能規(guī)范
電化學(xué)腐蝕		IPC-TM-650	如有需求時(shí),可接受質(zhì)量水平（AQL）應(yīng)當(dāng)由供需雙方協(xié)商確定			僅需雙方協(xié)商確定

摘自ENIG規(guī)范表3-1要求

 

 

三、化學(xué)鎳/金厚度

 

  在相對(duì)平均值為±4σ（標(biāo)準(zhǔn)偏差）時(shí)，在焊盤尺寸為1.5*1.5mm（0.060×0.060in）或等效的面積下測(cè)量的化學(xué)鎳厚度應(yīng)當(dāng)為3-6μm（120-240μin），標(biāo)準(zhǔn)特征尺寸公差采用IPC-6010標(biāo)準(zhǔn)系列的要求。

 

  在低于平均值-4σ（標(biāo)準(zhǔn)偏差）時(shí)，最小浸金厚度應(yīng)當(dāng)大于等于0.05μm（2μin），焊盤尺寸為1.5*1.5mm（0.060*0.060in）或等效的面積，標(biāo)準(zhǔn)特征尺寸公差采用IPC-6010標(biāo)準(zhǔn)系列的要求。

 

  在某些設(shè)計(jì)中可能沒有該指定焊盤面積的特征尺寸，則需使用備用的焊盤尺寸。使用X射線熒光分析儀的準(zhǔn)直器應(yīng)始終小于用于測(cè)量的焊盤。具體的準(zhǔn)直器不應(yīng)該超過所測(cè)量的特征焊盤尺寸的30%。對(duì)于較小尺寸的焊盤，測(cè)量時(shí)間需要隨準(zhǔn)直器面積的減少而相應(yīng)的增加。

 

 

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ENIG鍍層厚度時(shí)，下面列出了潛在的誤差:

 

1、PCB環(huán)氧樹脂層壓板通常含有溴的阻燃化合物

 

  XRF儀器的默認(rèn)測(cè)量條件是計(jì)算偵測(cè)到的金L-β線（能量11.4 keV）的金X-Ray數(shù)量。這是因?yàn)榻?/span>L-α峰與銅層的X-Ray峰重疊。在XRF分析中，盡量避免重疊可能造成的干擾，因此通常選擇分析金L-β線。當(dāng)在銅或銅合金基板進(jìn)行電鍍時(shí)，通常情況下，金L-β峰沒有干擾。然而，印制電路板樣品中，有相當(dāng)大概率檢測(cè)到環(huán)氧基板上輻射的一些溴的X-Ray。由于正比計(jì)數(shù)器X-Ray探測(cè)器能量分辨率差，能量為11.9 keV的溴K-α會(huì)產(chǎn)生一種與通常較可靠的金L-β峰重疊或干擾的光譜峰。

 

  通常情況下，溴X-Ray強(qiáng)度會(huì)很低，因?yàn)殇?/span>X-Ray必須得穿過銅、鎳、金層才能到達(dá)探測(cè)器并被計(jì)數(shù)。由于這些金屬層的屏蔽，溴X-Ray強(qiáng)度會(huì)顯著減少，導(dǎo)致只有一個(gè)很小的輕微的溴峰強(qiáng)度。但浸金層通常都非常的薄，它只會(huì)產(chǎn)生低強(qiáng)度的金L-β峰，這個(gè)小的溴X-Ray強(qiáng)度對(duì)金峰強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，如果不進(jìn)行修正，影響是非常明顯的。因?yàn)殇鍖?duì)金峰值強(qiáng)度的貢獻(xiàn)相比于金峰強(qiáng)度本身，是大致相同的數(shù)量級(jí)或更大的水平。

 

  對(duì)于金的測(cè)量，當(dāng)測(cè)量厚度在0.05μm-0.13μm[2-5μin]范圍的浸金層時(shí)，沒有修正過的溴干擾，可能對(duì)任何一處增加幾個(gè)亞微米或微英寸到零點(diǎn)幾微米或幾十微英寸。因此，例如金的實(shí)際厚度為0.1μm[4μin]，如果溴的干擾沒有考慮或修正，測(cè)量值可能是0.15μm到0.25μm[6μin至10μin]或者更大。測(cè)量誤差的大小將主要取決于銅層的厚度（更薄的銅層將導(dǎo)致更大的金的測(cè)量誤差）、環(huán)氧樹脂中的溴化合物的量、X-Ray束的空間分辨率和相對(duì)于被測(cè)電鍍區(qū)域的位置。

 

  實(shí)際上，XRF儀器已提供峰值去卷積軟件。該軟件將允許儀器分解復(fù)合的金+溴峰到各自的組成部分。因此，這使得從溴的干擾貢獻(xiàn)中獨(dú)立提取出金L-β峰強(qiáng)度信息成為可能。對(duì)于PCB板浸金的精確測(cè)量，使用峰值去卷積程序是可靠的做法。并在許多情況下，對(duì)于金層厚度測(cè)量精確度最大化是至關(guān)重要的，它可以最大限度地提高金厚度測(cè)量的準(zhǔn)確性。應(yīng)該指出的是，如果沒有修正溴的干擾，會(huì)導(dǎo)致在測(cè)量金厚度時(shí)出現(xiàn)的較大誤差，同樣也會(huì)造成在金下面的鎳厚度測(cè)量的誤差。

 

  對(duì)于這部分誤差，iEDX150WT儀器除了在軟件上使用去卷積算法外，還使用SDD探測(cè)器，該探測(cè)器分辨率遠(yuǎn)高于正比計(jì)數(shù)器（PC）探測(cè)器，能直接分辨溴Kα峰與金的Lβ峰，從源頭上消除這部分的干擾誤差。

 

2.化學(xué)鍍鎳層中磷含量

 

  在電鍍過程中，由于電鍍廠使用的藥水不同，電鍍后鍍層中的磷含量也是不同的。如果樣品的磷含量小于校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)鍍鎳厚度的測(cè)量將會(huì)偏高。如果樣品的磷含量大于校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)鍍鎳厚度的測(cè)量將會(huì)偏低。若樣品中磷的含量是已知的，是可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。iEDX-150WT軟件允許用戶輸入已知鎳層中磷含量的百分比，并將自動(dòng)修正測(cè)量的厚度。

 

  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(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)。即可通過切片方式直接獲取鍍層真實(shí)數(shù)據(jù)，用以修正誤差。

 

 

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

 

  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。通常來說，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)無需預(yù)熱與能量校準(zhǔn)，即開即測(cè)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

測(cè)量數(shù)據(jù)

類別	鍍層鎳Ni厚度μm				鍍層金Au厚度μm
測(cè)量時(shí)間（s）	5	15	30	60	5	15	30	60
1	3.597	3.642	3.632	3.624	0.028	0.027	0.027	0.027
2	3.633	3.600	3.615	3.619	0.031	0.026	0.026	0.027
3	3.635	3.615	3.619	3.607	0.032	0.026	0.027	0.026
4	3.604	3.623	3.624	3.611	0.030	0.027	0.027	0.027
5	3.618	3.621	3.607	3.611	0.029	0.027	0.026	0.027
6	3.670	3.603	3.616	3.606	0.029	0.028	0.026	0.026
7	3.638	3.610	3.645	3.604	0.028	0.028	0.026	0.026
8	3.602	3.635	3.614	3.607	0.027	0.027	0.027	0.027
9	3.599	3.627	3.611	3.613	0.030	0.027	0.027	0.027
10	3.635	3.614	3.638	3.609	0.030	0.028	0.027	0.026
11	3.604	3.603	3.634	3.613	0.031	0.027	0.027	0.026
12	3.613	3.619	3.613	3.622	0.032	0.027	0.026	0.027
13	3.653	3.612	3.616	3.612	0.030	0.026	0.027	0.026
14	3.651	3.629	3.623	3.617	0.028	0.027	0.027	0.027
15	3.622	3.613	3.627	3.599	0.028	0.027	0.027	0.026
16	3.625	3.619	3.628	3.602	0.028	0.027	0.026	0.026
17	3.595	3.621	3.604	3.626	0.029	0.027	0.027	0.027
18	3.596	3.622	3.611	3.612	0.027	0.026	0.026	0.026
19	3.593	3.613	3.597	3.601	0.028	0.027	0.027	0.026
20	3.602	3.600	3.627	3.601	0.027	0.026	0.026	0.026
21	3.595	3.607	3.616	3.615	0.028	0.027	0.027	0.026
22	3.610	3.613	3.620	3.599	0.031	0.028	0.028	0.027
23	3.635	3.637	3.621	3.609	0.031	0.027	0.026	0.026
24	3.620	3.609	3.628	3.605	0.028	0.026	0.026	0.027
25	3.637	3.613	3.630	3.610	0.029	0.025	0.026	0.026
26	3.635	3.595	3.610	3.603	0.029	0.029	0.026	0.027
27	3.637	3.613	3.606	3.602	0.030	0.026	0.026	0.027
28	3.592	3.617	3.613	3.620	0.029	0.025	0.026	0.027
29	3.584	3.614	3.619	3.600	0.028	0.027	0.027	0.026
30	3.626	3.605	3.622	3.595	0.028	0.027	0.028	0.027
平均值	3.619	3.615	3.620	3.609	0.029	0.027	0.027	0.027
標(biāo)準(zhǔn)偏差	0.022	0.011	0.011	0.008	0.0014	0.0009	0.0006	0.0005
CV%	0.595%	0.307%	0.293%	0.222%	4.972%	3.258%	2.336%	1.919%
最大值	3.670	3.642	3.645	3.626	0.032	0.029	0.028	0.027
最小值	3.584	3.595	3.597	3.595	0.027	0.025	0.026	0.026
范圍	0.086	0.047	0.048	0.031	0.005	0.004	0.002	0.001

Ni標(biāo)稱值：3.646μm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

六、量具能力、量具的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性類型研究

 

  目標(biāo)：對(duì)于一個(gè)給定公差的值，用測(cè)量值的重復(fù)性和平均值，來檢驗(yàn)量具的能力。

• 量具能力最好用校準(zhǔn)過的參考標(biāo)準(zhǔn)矯正，而其參考值接近在公差范圍的中間位置。

• 上面定義的測(cè)量點(diǎn)，參考標(biāo)準(zhǔn)是在可重復(fù)的條件下被測(cè)量次數(shù)n≥25。

• 對(duì)于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的上規(guī)格極限和下規(guī)格極限（USL和LSL）：T=USL-LSL

• 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)只有一邊的規(guī)格極限（USL或LSL）：T是不存在的。在這種情況下，允許測(cè)量值低于USL-4s或高于LSL+4s。

• 參考標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)該在USL或LSL的±10%。

• 如果要計(jì)算出量具能力指數(shù)。使用下面的公式。檢查儀器能力是通過Cg和C_gk值。這些被定義為：

 

量具能力：

T=公差，s=標(biāo)準(zhǔn)偏差，x_m =平均標(biāo)準(zhǔn)，x=測(cè)量平均值。

注：如果Cg≥1.33 且C_gk ≥1.33，此量具是合格的。

鎳的量具能力指數(shù)
時(shí)間（s）	5	15	30	60
Cg	4.545	9.091	9.091	12.500
Cgk	4.136	8.152	8.303	10.958
金的量具能力指數(shù)
時(shí)間（s）	5	15	30	60
Cg	1.667	1.667	1.667	1.667

附注：因無法提供鍍層金的標(biāo)稱值，故無法計(jì)算鍍層金的C_gk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)，鎳和金重復(fù)性最高，標(biāo)準(zhǔn)偏差最小。從量具能力指數(shù)并結(jié)合測(cè)量時(shí)間分析，當(dāng)測(cè)量時(shí)間為5s時(shí)，鍍層鎳Cg：4.545，C_gk:4.136。滿足Cg≥1.33 且C_gk ≥1.33的量具要求；鍍層金Cg：1.667，符合Cg≥1.33的量具要求。通過不同條件下測(cè)試得出的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了儀器良好的檢測(cè)能力。但在實(shí)際測(cè)量中，過長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間不僅降低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。

 

七、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，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)揮出越來越重要的影響。

 

  該文檔下載地址：http://www.swqxj.cn/filedownload/125207