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?/p>

  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，浸錫；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-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

測試項(xiàng)目

測試方法

一級(jí)

二級(jí)

三級(jí)

總則

外觀

外觀

鍍層平整且完全覆蓋被鍍覆表面

浸錫厚度

 XRF分析法

在焊盤為2.25mm2[3.600 E-3in2]的面積，若制程控制在4σ時(shí)

其最小厚度為1μm[40μin]。通常第3類耐久性的涂覆層厚度為

1.15μm到1.3μm。

注: 第1類和第2類耐久性可使用小于1μm的涂覆層厚度，由供

需雙方協(xié)商確定。

XRF標(biāo)準(zhǔn)片

用金屬箔覆蓋在塑料片上，標(biāo)準(zhǔn)片每年須做校正

疏孔性

不適用

不適用

物理性能

附著力

IPC-TM-650

沒有鍍層剝離的跡象。

沒有阻焊膜剝離的跡象（并非所有阻焊都滿足此要求）。

可焊性

J-STD-003

滿足第3類耐久性的可焊性要求（超過6個(gè)月的保存期限）。如

果該沉積層是為了滿足性能級(jí)別要求，則貯存條件是至關(guān)重

要的。其它耐久性級(jí)別的接受度由供需雙方協(xié)商確定。

化學(xué)性能

耐化學(xué)性

不適用

不適用

電學(xué)性能

高頻信號(hào)損失

不適用

不適用

不適用

接觸電阻

不適用

不適用

不適用

環(huán)境性能

SIR

IPC-TM-650

1.0E+02M ohms

清潔度

IPC-TM-650

最大1.56μg/cm2

錫須

不適用

浸錫在特定使用環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生錫須。終端用戶需負(fù)責(zé)確定錫須生長的可能性及它們對模塊長期可靠性的潛在影響。

電化學(xué)遷移

IPC-TM-650

一個(gè)數(shù)量級(jí)的損失

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(shí)，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(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)主要的問題，即信號(hào)強(qiáng)度和背景噪聲的問題。

 1、因?yàn)樾盘?hào)強(qiáng)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?yàn)榻饘俸穸茸兓鸬男盘?hào)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(gè)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(gè)背景噪聲強(qiáng)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(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(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，從而提高的測量的準(zhǔn)確性。

 2、通過采用背景補(bǔ)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(jì)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(huì)影響厚度測量的計(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厚度測量結(jié)果將會(huì)和使用其他技術(shù)的測量結(jié)果存在差異。針對這個(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。

  使用善時(shí)儀器旗下的X熒光鍍層厚度分析儀，型號(hào)：iEDX-150WT，對印制板的浸鎳/金厚度進(jìn)行測量，測量時(shí)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(shí)，測量穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性小于5%。正因?yàn)槠涓叻直媛实奶匦?，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(shí)值。與同類型產(chǎn)品相比，i EDX-150WT使用時(shí)無需預(yù)熱與能量校準(zhǔn)，即開即測。

測量數(shù)據(jù)

鍍層錫Sn厚度μm

測量時(shí)間（s）

5

15

30

60

1

1.129

1.089

1.071

1.068

2

1.112

1.077

1.008

1.055

3

1.056

1.029

1.036

1.048

4

1.209

1.037

1.009

1.046

5

1.11

1.087

1.006

1.034

6

1.138

1.103

1.036

1.044

7

1.203

1.127

1.068

1.034

8

1.174

1.058

1.109

1.055

9

0.994

1.064

1.042

1.035

10

1.157

1.047

1.071

1.012

11

1.201

0.963

1.017

0.976

12

1.121

1.077

1.038

1.058

13

1.115

1.049

1.036

1.041

14

1.134

1.069

1.095

1.019

15

1.145

1.115

1.003

1.035

16

1.197

1.105

1.063

1.047

17

1.2

1.04

1.046

1.02

18

1.013

1.029

1.075

1.022

19

1.09

0.962

1.091

1.052

20

1.147

1.112

1.077

1.049

21

1.181

1.011

1.053

1.038

22

1.115

1.08

1.035

1.034

23

1.204

1.005

1.003

1.065

24

1.069

1.131

1.08

1.037

25

1.065

1.139

1.046

1.042

26

1.102

1.087

1.034

1.035

27

1.179

1.065

1.024

1.051

28

1.138

1.051

1.071

1.033

29

1.051

1.039

1.021

1.05

30

1.163

1.098

1.086

1.064

平均值

1.129

1.064

1.048

1.039

標(biāo)準(zhǔn)偏差

0.058

0.045

0.030

0.018

CV%

5.165%

4.222%

2.846%

1.732%

最大值

1.209

1.139

1.109

1.068

最小值

0.994

0.962

1.003

0.976

范圍

0.215

0.177

0.106

0.092

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(jì)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(shí)間角度分析，選擇測量時(shí)間為60s時(shí)，重復(fù)性最高，標(biāo)準(zhǔn)偏差最小。但在實(shí)際測量中，過長的測量時(shí)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(shí)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(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(qiáng)企業(yè)核心競爭力做出了杰出貢獻(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，發(fā)揮出越來越重要的影響。