Quantitative Analysis of Film Thicknesses of Multi-Layer Plating Used on Cards

Význam tématu

Měření tloušťky vícevrstvých povlaků z drahých kovů na kontaktních plochách elektronických součástek je klíčové pro zajištění kvality, spolehlivosti a optimalizace nákladů výroby. Nedestruktivní přístup pomocí rentgenové fluorescenční (XRF) spektrometrie umožňuje rychlou kontrolu bez poškození vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo předvést jednoduchou kvantitativní analýzu filmových vrstev zlata (Au), niklu (Ni) a mědi (Cu) metodou tenkovrstvých fundamentálních parametrů (FP) bez použití referenčních standardů. Jako modelové vzorky sloužily kontaktní oblasti IC čipu a SIM karty.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza proběhla technikou XRF s tenkovrstvým FP modelem na přístroji EDX-8000/7000 (Shimadzu) pomocí Rh rentgenky a detektoru SDD. K měření bez filtru byly použity průměry kolimátoru 1 mm a 3 mm, napětí 50 kV a integrační čas 100 s ve vzdušném prostředí.

• Přístroj: EDX-8000/7000 (Shimadzu)
• Rentgenka: Rh cíl, 50 kV
• Detektor: SDD, bez primárního filtru
• Kolimátory: 1 mmφ, 3 mmφ
• Metoda: tenkovrstvá FP

Hlavní výsledky a diskuse

• Množství depozice na IC: Au 71 μg/cm², Ni 1 700 μg/cm², Cu 25 275 μg/cm²; na SIM: Au 76 μg/cm², Ni 1 673 μg/cm², Cu 23 941 μg/cm².
• Převedení na tloušťku (při hustotách Au 19,3 g/cm³, Ni 8,90 g/cm³, Cu 8,94 g/cm³) ukázalo: Au ~0,037–0,040 μm, Ni ~1,88–2,00 μm, Cu ~26,8–28,3 μm.
• Pro silnou Cu vrstvu (~30 μm) byla zavedena aproximace nekonečné tloušťky, čímž se zpřesnila kvantifikace Au a Ni.
• Opakovatelnost měření na IC: koeficient variační 0,17–0,59 %.
• Horní mez kvantifikace pro Cu byla stanovena na cca 18 μm.
• Sbírání dat pro linie AuLα, NiKα a CuKα potvrdilo vysokou citlivost a jasné spektrální píky.

Přínosy a praktické využití metody

XRF spektrometrie s tenkovrstvou FP metodou umožňuje nedestruktivní, rychlé a přesné stanovení tlouštěk vrstev v rozsahu od desítek nanometrů do desítek mikrometrů. Metoda je vhodná pro kontrolu kvality povlaků v elektronice, automobilovém průmyslu i při recyklaci drahých kovů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření analýzy na ještě tenčí vrstvy s pracovní plochou 10 mmφ.
• Uplatnění pro další drahé kovy (Pt, Pd, Rh) a jejich kombinace.
• Integrace do automatizovaných výrobních linek a procesního řízení.
• Využití v recyklačních cyklech pro zpětné získávání a optimalizaci spotřeby kovů.

Závěr

Metoda tenkovrstvé fundamentální parametrické XRF analýzy prokázala vysokou citlivost, přesnost a opakovatelnost při stanovení tloušťek multi­vrstevného povlaku Au/Ni/Cu. Díky nedestruktivnímu přístupu a možnosti měření na malých plošných průměrech je vhodná pro široké uplatnění v laboratorní i průmyslové praxi.

Reference

• S. Ueno, K. Hori, Quantitative Analysis of Film Thicknesses of Multi-Layer Plating Used on Cards, Shimadzu Application Note X266, 2018
• NMIJ CRM 5208-a Certified Reference Material
• London Metal Exchange, cena zlata k 13. 10. 2017