O medidor de espessura de revestimento de raios X permite a medição de espessura sem contato através de excitação fluorescente e análise de sinal, cujos princípios fundamentais podem ser divididos em quatro pontos chave:
Fluorescença estimulada por raios X de alta energia
O instrumento é equipado com um tubo de raios-X em miniatura (como alvo de tungstênio ou alvo de molibdênio) para emitir feixes de raios-X de alta energia ajustáveis. Quando os raios penetram no revestimento, os elétrons da camada interna do átomo (como a camada K) são expulsos para formar um buraco e os elétrons da camada externa (como a camada L) saltam para preencher e liberam a fluorescência de raios-X característica. Por exemplo, um revestimento de níquel, quando excitado, libera uma fluorescência característica de 8,26 keV, cuja energia corresponde estritamente ao número atômico, tornando-se uma "impressão digital" para o reconhecimento de elementos.
2. Revestimento - separação do sinal fluorescente da base
Quando o revestimento é diferente do elemento de base, a energia fluorescente dos dois é diferente. O instrumento captura simultaneamente dois tipos de sinais fluorescentes através de um detector de deriva de silício de alta resolução (SDD). Tomando a medição do revestimento de ouro (Au) em uma base de cobre (Cu), por exemplo, a fluorescência de ouro (68,8 keV) e a fluorescência de cobre (8,05 keV) formam picos independentes no espectrograma energético para a separação do sinal através de um analisador multicanal (MCA). Se o revestimento é de liga (por exemplo, liga de chumbo de estanho), o tratamento de desconvolção do sinal fluorescente misto é necessário.
Modelagem matemática de intensidade de fluorescência - espessura
O cálculo da espessura depende de dois tipos de modelos:
Método de curva padrão: pré-medir a intensidade de fluorescência de amostras padrão de diferentes espessuras para criar um banco de dados de espessura-intensidade. Por exemplo, para medir um revestimento de níquel de 0,1-10 μm em um instrumento, uma curva polinômica binária é ajustada com 20 conjuntos de amostras padrão e o erro é controlado dentro de ± 0,05 μm.
Método FP de película fina (método de parâmetros básicos): com base na teoria quântica da interação de raios-X com a matéria, inserir a densidade do revestimento, o fator de absorção do fundo e outros parâmetros, e calcular diretamente a espessura através de algoritmos iterativos. Este método não requer amostras padrão e é adequado para análises sincronizadas de revestimentos múltiplos, como revestimentos triplos Au/Ni/Cu.
Compensação e calibração de interferências ambientais
A flutuação da temperatura (±5°C) resulta em uma mudança de intensidade da saída do tubo de raios-X de 2%-3% e o instrumento é corrigido em tempo real pelo sensor de temperatura incorporado. A rugosidade da base (Ra > 0,8 μm) desencadeia a dispersão de fluorescência e compensa a perda de sinal usando um algoritmo analógico de Monte Carlo. Além disso, a inicialização diária requer uma escala de energia com folhas padrão de metal puro, como folhas de prata de 99,99%, para garantir uma precisão de posicionamento do pico do espectro energético superior a ± 0,01 keV.
Aplicações típicas
No campo da embalagem de semicondutores, esta tecnologia mede a uniformidade do revestimento de ouro de 0,5 μm na superfície da bola de solda BGA, com velocidades de detecção de até 200 pontos / minuto para atender às necessidades de controle em tempo real da linha de produção. Para peças de galvanização automotiva, o instrumento pode penetrar a camada de cromo de 0,02 mm para medir com precisão a distribuição da espessura da camada de níquel de 0,5 μm na base, fornecendo suporte a dados para a otimização do processo de galvanização.