El medidor de espesor de recubrimiento de rayos X realiza la medición del espesor sin contacto a través de la excitación por fluorescencia y el análisis de señales. su principio central se puede dividir en cuatro enlaces clave:
1. fluorescencia estimulada por rayos X de alta energía
El instrumento está equipado con un tubo de rayos X en miniatura (como un objetivo de tungsteno o un objetivo de molibdeno) que emite haces de rayos X de alta energía con energía ajustable. Cuando los rayos penetran en el recubrimiento, los electrones interiores de los átomos (como la capa k) son expulsados para formar agujeros, y los electrones exteriores (como la capa l) liberan fluorescencia de rayos X características cuando se llenan las transiciones. Por ejemplo, el recubrimiento de níquel libera una fluorescencia característica de 8,26 keV bajo excitación, y su energía corresponde estrictamente al número atómico, convirtiéndose en una "huella dactilar" para el reconocimiento de elementos.
2. separación de señales fluorescentes de recubrimiento - sustrato
A diferencia de los elementos del sustrato, la energía de fluorescencia del recubrimiento y los dos es diferente. El instrumento capta simultáneamente dos tipos de señales fluorescentes a través de detectores de deriva de silicio de alta resolución (sdd). Tomando como ejemplo la medición del recubrimiento de oro (au) en el sustrato de cobre (cobre), la fluorescencia de oro (68,8 kev) y la fluorescencia de cobre (8,05 kev) forman picos independientes en el espectro de energía, logrando la separación de señales a través del analizador multicanal (mca). Si el recubrimiento es una aleación (como la aleación de estaño y plomo), es necesario deconvolur la señal de fluorescencia mixta.
3. modelado matemático de intensidad de fluorescencia - espesor
El cálculo del espesor depende de dos tipos de modelos:
Método de curva estándar: medir previamente la intensidad de fluorescencia de las muestras estándar de diferentes grosores y establecer una base de datos de intensidad de espesor. Por ejemplo, la medición de un recubrimiento de níquel de 0,1 - 10 micras por un instrumento ajusta una curva polinómica secundaria a través de 20 grupos de muestras estándar, y el error se controla dentro de ± 0,05 micras.
Método FPS de película delgada (método de parámetros básicos): basado en la teoría cuántica de la interacción entre rayos X y materia, se introducen parámetros como la densidad del recubrimiento y el coeficiente de absorción del sustrato, y el espesor se calcula directamente a través de un algoritmo iterativo. Este método no requiere muestras estándar y es adecuado para el análisis simultáneo de recubrimientos multicapa (como el triple recubrimiento AU / NI / cu).
4. compensación y calibración de interferencias ambientales
Las fluctuaciones de temperatura (+ 5 ° c) pueden causar un cambio de intensidad de salida del tubo de rayos X del 2% al 3%, y el instrumento se corrige en tiempo real a través de un sensor de temperatura incorporado. La rugosidad del sustrato (ra > 0,8 micras) desencadenará dispersión de fluorescencia, y el algoritmo de simulación de Montecarlo debe utilizarse para compensar la pérdida de señal. Además, el arranque diario requiere una escala de energía con una placa estándar de metal puro (como una placa de plata del 99,99%), para garantizar que la precisión de posicionamiento del pico del espectro de energía sea mejor que ± 0,01 kev.
Escenarios de aplicación típicos
En el campo de los envases de semiconductores, esta tecnología puede medir la uniformidad del recubrimiento de oro de 0,5 micras en la superficie de la bola de soldadura bga, con una velocidad de detección de 200 puntos por minuto, para satisfacer las necesidades de control en tiempo real de la línea de producción. Para las piezas de galvanoplastia automotriz, el instrumento puede penetrar en el recubrimiento de cromo de 0,02 mm, medir con precisión la distribución del espesor de la capa inferior de níquel de 0,5 micras y proporcionar soporte de datos para la optimización del proceso de galvanoplastia.