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-4556印制板化學(xué)鎳/鈀/浸?（ENEPIG）規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱ENEPIG），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、化學(xué)鎳/鈀/浸金（ENEPIG）鍍層要求

ENEPIG是沉積在以銅為基底金屬上的一個(gè)三層表面處理。ENEPIG由鎳作為基礎(chǔ)層，再鍍上一層鈀層作為阻擋層，最外層沉積一層薄薄的金層。

摘自ENEPIG規(guī)范表3-1要求

三、X射線熒光分析儀

  測(cè)量要求和條件

  化學(xué)鎳厚度在相對(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（118.1-236.2μin），標(biāo)準(zhǔn)特征尺寸公差采用IPC-6010標(biāo)準(zhǔn)系列的要求。

  化學(xué)鈀厚度在相對(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)鈀厚度應(yīng)當(dāng)為0.05-0.30μm（2-12μin），標(biāo)準(zhǔn)特征尺寸公差采用IPC-6010標(biāo)準(zhǔn)系列要求。

  化學(xué)金厚度在低于平均值-4σ（標(biāo)準(zhǔn)偏差）時(shí)，最小浸金厚度應(yīng)當(dāng)大于0.030μm（1.2μin），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、XRF校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)

  建議使用與被測(cè)量的ENEPIG厚度有相似厚度的國家標(biāo)準(zhǔn)的可追蹤式校準(zhǔn)法。銅的厚度大于30μm時(shí)，應(yīng)該用金和鈀直接電鍍?cè)阪?/span>/銅/PCB上單三層標(biāo)準(zhǔn)片來校準(zhǔn)。如果要測(cè)量具有不同銅厚度的板，則應(yīng)該采用金和鈀直接電鍍?cè)阪嚥系娜龑訕?biāo)準(zhǔn)片。

針對(duì)銅厚度> 30μm，至少兩個(gè)具有近似厚度的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)組合，如下所示，應(yīng)該被使用：

金/鈀/鎳/基材0.05μm/0.02μm/3μm/>30μm

金/鈀/鎳/基材0.05μm/0.09μm/3μm/>30μm

金/鈀/鎳/基材0.05μm/0.3μm/3μm/>30μm

金/鈀/鎳/基材0.1μm/0.2μm/3μm/>30μm

針對(duì)銅厚度<30μm，至少兩個(gè)具有近似厚度的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)組合，如下所示，應(yīng)該被使用：

金/鈀/鎳/基材0.06μm/0.02μm/4μm/<30μm

金/鈀/鎳/基材0.06μm/0.06μm/4μm/<30μm

金/鈀/鎳/基材0.05μm/0.1μm/4μm/<30μm

金/鈀/鎳/基材0.05μm/0.25μm/4μm/<30μm

五、消除外界干擾，讓測(cè)量水到渠成

在測(cè)量過程中，會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果帶來干擾因素如下：

  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)大的概率檢測(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)。如果這些金屬層的屏蔽，溴X-Ray強(qiáng)度會(huì)顯著減少，會(huì)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)量精確度最大化是絕對(duì)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，由于沒有修正溴的干擾，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。

  3、浸鈀層厚度的測(cè)量受兩種可能的誤差影響。

  較為顯著的潛在誤差是存在于可檢測(cè)到鈀K-α的光譜區(qū)域中X-Ray背景值變化所引起的。這個(gè)鈀K-α的峰值被添加到這樣的背景水平。典型地，XRF鍍層厚度測(cè)量?jī)x器對(duì)這塊區(qū)域求積分以獲得鈀的強(qiáng)度，并使這個(gè)強(qiáng)度與鈀的厚度相關(guān)聯(lián)。在浸鈀厚度為0.05μm-0.15μm[2μin-6μin]的情況下，光譜的背景值強(qiáng)度通常等同或強(qiáng)于鈀峰值本身的強(qiáng)度。如果背景值是恒定的，這種影響可以被包括在校準(zhǔn)當(dāng)中。事實(shí)上，背景的不同，源于鈀下面的銅層厚度有關(guān)。

背景散射主要來源于環(huán)氧基板。在測(cè)量過程中，鎢或鉬靶的X-Ray源提供了廣闊頻帶的X-Ray能量給樣品。主要是較高能量的X-Ray透過厚的覆銅板，然后從環(huán)氧樹脂散射回來再通過銅層，從而在測(cè)量光譜中被檢測(cè)和看到。低能量的X-Ray，不具有足夠的能量穿透銅層兩次從而無法被檢測(cè)到。因此，背景“噪音”僅僅是較高頻段X-Ray能譜的問題。正是在這種頻譜的高段，鈀K-α（21.1keV）才會(huì)出現(xiàn)。到達(dá)探測(cè)器的背景散射量也是與銅厚度有關(guān)的函數(shù)，因?yàn)樯⑸涞?/span>X-Ray主要地被相對(duì)較厚的層所屏蔽。正如溴對(duì)金的干擾，背景散射將是一個(gè)底層銅厚度的函數(shù)，同時(shí)也是X射線束空間分辨率和射線束相對(duì)于樣品被鍍區(qū)域邊緣位置的函數(shù)。

  再次，為了審慎和優(yōu)化對(duì)鈀厚度的測(cè)量精度，潛在的背景值變化應(yīng)該被補(bǔ)償，以獲得凈鈀的強(qiáng)度信息。XRF儀器配備背景修正軟件來處理這個(gè)問題，并獲得合理準(zhǔn)確的凈鈀強(qiáng)度，使用者應(yīng)該熟悉如何利用這個(gè)功能。且在連續(xù)測(cè)量鍍層厚度時(shí)，注意檢查XRF儀器是否一直使用自動(dòng)背景修正。

  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。

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

  由于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/鈀/金厚度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為60秒。iEDX-150WT鍍層厚度分析儀使用鉬靶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)

鎳標(biāo)稱值：5.0804μm

七、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。

附注：因無法提供鍍層金和鍍層鈀的標(biāo)稱值，故無法計(jì)算鍍層金和鍍層鈀的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：使用SDD探測(cè)器，選擇測(cè)量時(shí)間為60s，測(cè)試次數(shù)30次。重復(fù)性≤5%。從量具能力指數(shù)并結(jié)合測(cè)量時(shí)間分析，鍍層鎳Cg：3.419，C_gk:2.790，滿足Cg≥1.33 且C_gk ≥1.33的量具要求。鍍層金Cg：1.333，鍍層鈀Cg：8.790，符合Cg≥1.33的量具要求，驗(yàn)證了儀器良好的檢測(cè)能力。

八、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/125209