Рентгеновский толщиномер покрытия обеспечивает бесконтактное измерение толщины с помощью флуоресцентного возбуждения и анализа сигналов, основные принципы которого можно разделить на четыре ключевых звена:

Высокоэнергетические рентгеновские лучи вызывают флуоресценцию

Инструмент оснащен миниатюрными рентгеновскими трубками (например, вольфрамовыми или молибденовыми мишенями), излучающими высокоэнергетические рентгеновские лучи с регулируемой энергией. Когда лучи проникают в покрытие, электроны внутреннего слоя атома (например, слой K) выбиваются, чтобы образовать дырки, а внешние электроны (например, слой L) при заполнении переходят, чтобы высвободить характерную рентгеновскую флуоресценцию. Например, никелевое покрытие при возбуждении высвобождает характерную флуоресценцию 8,26 кВ, энергия которой строго соответствует атомному порядку и становится « отпечатком пальца» для распознавания элементов.

2. Разделение флуоресцентных сигналов покрытия - основания

В отличие от элемента фундамента, покрытие имеет разницу в энергии флуоресценции между ними. Прибор захватывает два типа флуоресцентных сигналов одновременно с помощью кремниевого дрейфующего детектора высокого разрешения (SDD). В качестве примера можно привести измерения золотого покрытия (Au) на медном основании (Cu), где золотая флуоресценция (68.8 кеВ) и медная флуоресценция (8.05 кеВ) образуют отдельные пики в энергетической спектрограмме, обеспечивая разделение сигналов с помощью мультиканального анализатора (MCA). Если покрытие представляет собой сплав (например, оловянно - свинцовый сплав), то для обработки комбинированного флуоресцентного сигнала требуется свертывание.

3. Математическое моделирование интенсивности флуоресценции - толщины

Расчет толщины зависит от двух типов моделей:

Метод стандартных кривых: предварительное измерение интенсивности флуоресценции стандартных образцов различной толщины, создание базы данных толщины - интенсивности. Например, измерение никелевого покрытия размером 0,1 - 10 мкм с помощью прибора позволило согласовать кривую второго полинома с помощью 20 наборов стандартных образцов, погрешность которых контролировалась в пределах ± 0,05 мкм.

Метод FP пленки (метод основных параметров): квантовая теория, основанная на взаимодействии рентгеновских лучей с веществом, вводит такие параметры, как плотность покрытия, коэффициент поглощения фундамента и т. Д. Толщина вычисляется непосредственно с помощью итерационного алгоритма. Этот метод не требует стандартных образцов и подходит для синхронного анализа многослойных покрытий (например, трех покрытий Au / Ni / Cu).

Компенсация и калибровка экологических помех

Колебания температуры (±5°C) приводят к изменению выходной прочности рентгеновской трубки на 2 - 3%, и прибор корректируется в режиме реального времени с помощью встроенного температурного датчика. шероховатость основания (ra > 0,8 мкм) вызывает флуоресцентное рассеяние, и потеря сигнала должна быть компенсирована с помощью алгоритма моделирования Монте - Карло. Кроме того, ежедневная загрузка требует энергетической шкалы с использованием чистых металлических стандартных пластин (например, 99,99% серебряных пластин), чтобы гарантировать, что точность позиционирования энергетического спектрального пикового положения лучше ± 0,01 кВ.

Типичный сценарий применения

В области упаковки полупроводников технология измеряет однородность покрытия из золота 0,5 мкм на поверхности сварного шара BGA со скоростью обнаружения 200 точек / минут для удовлетворения потребностей производственной линии в управлении в режиме реального времени. Для автомобильных покрытий прибор может проникать в хромовое покрытие 0,02 мм, точно измеряя распределение толщины нижнего слоя никелевого слоя 0,5 мкм, обеспечивая поддержку данных для оптимизации процесса гальванического покрытия.