Elektronische Teile und Baugruppen werden zunehmend komplexer, gleichzeitig aber auch immer kleiner. Das führt dazu, dass die metallischen Beschichtungen dieser Teile auf immer kleineren Oberflächen – in immer dünneren Schichten – aufgebracht und auf immer engere Toleranzen geprüft werden müssen. Ist eine Beschichtung zu dünn, dann erfüllt das Produkt seine Leistungsvorgaben nicht. Dies kann zu einem vorzeitigen Ausfall führen, nicht selten gefolgt von Gewährleistungsansprüchen und der damit verbundenen Schädigung des guten Rufes. Ist eine Beschichtung zu dick, so bedeutet das eine unnötige Verschwendung von Material und Geld. Möglicherweise lässt sich das Teil nicht mehr so wie geplant einbauen, mit der Folge, dass es entweder neu angefertigt oder nachbearbeitet werden muss. Beides verursacht zusätzliche Kosten.
Die Röntgenfluoreszenztechnik ist eine weitverbreitete Methode zur Messung von Schichtdicken und Schichtzusammensetzungen, da sie zerstörungsfrei und schnell arbeitet und dazu einfach in der Anwendung ist. Für die Messung von Beschichtungen auf kleinen Teilen verwenden traditionelle Röntgenfluoreszenzgeräte mechanische Kollimatoren (Blenden), die die Strahlengröße der Röntgenröhre auf Bruchteile eines Millimeters reduzieren. Hierfür wird eine Metallplatte, durch die ein kleines Loch gelasert ist, vor der Röhre platziert und so ausgerichtet, dass die durch dieses Loch verlaufenden Strahlen auf die Probe treffen. Bei dieser Methode bleiben die meisten erzeugten Röntgenstrahlen ungenutzt, denn sie werden von dem Kollimator abgeschirmt.
Ein neuer Ansatz für die Messung von kleinteiligen Proben ist die Verwendung einer Kapillaroptik. Dies ist eine fokussierende Optik, bestehend aus einem Bündel gekrümmter und konisch verlaufender Glaskapillaren. Die Röntgenstrahlen werden durch Reflexion durch die Kapillaren geführt, ähnlich wie Licht in der Glasfasertechnik. Die polykapillare Optik bündelt die Strahlen der Mikrofokus-Röntgenröhre, so dass deutlich mehr der erzeugten Röntgenstrahlen genutzt werden. So wird auf eine um ein Vielfaches größere Strahlungsleistung als beim mechanischen Kollimator auf deutlich kleinere Flächen konzentriert. Bei Röntgenfluoreszenzgeräten, die für die Analyse von Beschichtungen eingesetzt werden, bietet die Verwendung der polykapillaren Optik eine Reihe von Vorteilen:
Die Polykapillaroptik ermöglicht Strahlen von kleiner als 30 µm Größe. Hierdurch ist es möglich, kleinste Flächen auf mikroelektronischen Bauteilen, modernen Platinen, Steckleisten, Stanzgittern und Wafern zu vermessen. Mit mechanischen Kollimatoren sind solchen Messungen nicht möglich.
Dadurch, dass deutlich mehr Röntgenleistung die Probe erreicht, kann ein Röntgenfluoreszenzgerät mit polykapillarer Optik Schichtdicken im Nanometerbereich messen.
Durch die mit Hilfe der Optik erreichte größere Strahlenintensität können höhere Prüfraten erzielt werden. Bei der Röntgenfluoreszenztechnik bedeuten höhere Durchsatzraten ein Mehr an Präzision und schneller verfügbare Ergebnisse. Es können mehr Messungen innerhalb eines bestimmten Zeitraums durchgeführt werden, was die Zuverlässigkeit der Messungen erhöht und letztlich zu einer verbesserten Qualitätskontrolle und Steigerung der Produktion führt.
Die IPC-4556-Richtlinien ENIG (Spezifikation für chemisch Nickel/Gold) und ENEPIG (Spezifikation für chemisch Nickel/chemisch Palladium/Gold für Oberflächen für Leiterplatten) erlauben den Einsatz von Röntgenfluoreszenztechnik zur Bestimmung und Kontrolle der Schichtdicke von Endoberflächen. Die Prüfungen müssen den strengen Toleranzvorgaben dieser Richtlinien entsprechen. Mit Kapillaroptik lassen sich diese Leistungsvorgaben deutlich leichter einhalten.
Zur Analyse ultradünner Beschichtungen auf kleinsten Elektronikbauteilen verfügen die Schichtdickenmessgeräte der Serie FT160 von Hitachi High-Tech Analytical Science über eine polykapillare Optik mit hochauflösendem Vortex®-Röntgenfluoreszenzdetektor, über einen hochpräzisen Objekttisch, eine hochauflösende Kamera sowie intelligente Software.
Hitachi High-Tech kann 45 Jahre Erfahrung im Bereich der Schichtdickenmessung und eine großes Spektrum an Geräten für über 1.000 Anwendungen aufweisen, darunter Mikrospot-Röntgenfluoreszenzgeräte und elektromagnetische Messsysteme, beide als Tischgeräte oder tragbare Varianten erhältlich.
Fallstudie: Werkstoffanalyse von Wälzlagerprodukten mit dem X-MET8000 RFA Handgerät bei Kugellager-Express
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