王 芳

(確信樂思化學(xué)(上海)有限公司，上海 201417)

有機金屬納米銀有機金屬鍍層的推薦測試方法是使用本公司自主研發(fā)的GCM(Galvanostatic Coulometric Measurement)恒電流庫倫測厚儀來測量其厚度。該方法是一種電化學(xué)測試分析方法，采用三電極體系，在反電極和工作電極之間通電流，并根據(jù)參考電極監(jiān)控測量的工作電極電勢。在進行厚度檢測時，將已知面積的有機金屬鍍層表面浸泡于特定的電解液中并施以恒定電流，通過電極電勢的變化檢測有機金屬鍍層是否完全溶解。GCM測厚方法準(zhǔn)確有效，由于該設(shè)備還沒有廣泛的應(yīng)用于印制線路板廠，XRF測厚法更普遍應(yīng)用于鍍層厚度的測量。每種元素在一定激發(fā)下可發(fā)出X射線，其強度同厚度成正比，實驗室測試發(fā)現(xiàn)用XRF對有機金屬納米銀進行厚度測量，直接讀出的測量結(jié)果是相對值，與GCM的偏差很大。為更好地解決有機金屬納米銀在客戶端的測厚問題，研究了對傳統(tǒng)的XRF測厚法及GCM測厚法在有機金屬納米銀上的應(yīng)用。

1 實驗及實驗過程

1.1 實驗設(shè)備及測試片

本公司自主研發(fā)的GCM(Galvanostatic Coulo metric Measurement)恒電流庫倫測厚儀；XRF熒光光譜測厚分析儀，型號SII SFT9200；測試采用本公司自主設(shè)計的GCM膜厚標(biāo)準(zhǔn)測試片OC-3板。

1.2 實驗設(shè)計

用GCM膜厚標(biāo)準(zhǔn)測試板OC-3板，底銅厚度為60 μm。準(zhǔn)備5種不同厚度的有機金屬納米銀的樣板，有機金屬鍍層的厚度(Std)分別是60、70、80、100、120 nm。分別用GCM和XRF測試對應(yīng)5 mm×5 mm位置的厚度數(shù)值，每個厚度測試6個不同的位置，最后得到30組GCM數(shù)據(jù)及對應(yīng)的30組XRF數(shù)據(jù)。然后把相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到Minitab分析軟件中，就可以得到相關(guān)的線性回歸曲線。

1.3 實驗結(jié)果(見表1、圖1)

表1 GCM和XRF厚度測試結(jié)果

圖1 GCM 和XRF線性回歸曲線

根據(jù)Minitab的分析，可以得到關(guān)于GCM 和XRF的線性回歸方程式如下：

GCM=-15.78+30.49×0.039 37XRF

例如，如果XRF的讀數(shù)是102.39 nm，代入線性回歸公式：GCM=107 nm。對應(yīng)的5 mm×5 mm 位置的有機金屬納米銀厚度即為107 nm，有了這個線性回歸方程式，能夠快速便捷地用XRF測試出有機金屬鍍層的厚度。

2 拓展研究

在實驗室測試研究中還發(fā)現(xiàn)，上述的線性回歸方式并不適用于所有的測試樣板，線性回歸方式的建立與Pad(方形盤)的大小，底銅銅厚有著密切的關(guān)系。

2.1 Pad的大小對有機金屬納米銀厚度的影響

用GCM去測量不同大小的Pad的有機金屬納米銀厚度，測試片及測試結(jié)果見圖2、圖3。

以5 mm×5 mm的Pad為基準(zhǔn)，Pad的面積偏小，有機金屬電鍍層的厚度相對較厚，Pad的面積偏大，有機鍍層的厚度相對會厚。

圖3 Pad大小與有機金屬納米銀厚度的關(guān)系

2.2 底銅厚度對回歸曲線的影響

用不同大小Pad膜厚測試片底銅厚度為18 μm，用其雙面5 mm×5 mm的Pad為固定測試位置，面積為0.5 cm2。準(zhǔn)備有機金屬納米銀厚度為60、80、90、100、110、120、130、160 nm的標(biāo)準(zhǔn)片，分別用GCM和XRF去測量所得厚度，所得厚度數(shù)據(jù)見表2。

所以用底銅厚度為60 μm的OC-3測試板所得到的這個線性回歸公式并不適合所測試的底銅厚度為18 μm的不同大小Pad膜厚測試片。

把上述的GCM和XRF數(shù)據(jù)代入Minitab中，根據(jù)Minitab的分析，可以得到關(guān)于GCM和XRF的線性回歸方程式如下：

GCM=-219.9+23.08×0.039 37XRF

表2 GCM和XRF厚度測量結(jié)果

圖4 校正后的GCM和XRF線性回歸曲線

把上述統(tǒng)計的XRF數(shù)據(jù)代入新的線性回歸曲線中，得到對應(yīng)的有機金屬鍍層有機金屬納米銀的對應(yīng)厚度，與OC-3所得出的線性回歸公式所比，新的線性回歸曲線更準(zhǔn)確地反映板面真實的有機金屬鍍層厚度，造成這個巨大差別的原因是OC-3的底銅與不同大小的Pad測試板的底銅厚度不一樣。

3 XRF 機理研究

X射線熒光(XRF)儀器由激發(fā)源(X射線管)和探測系統(tǒng)構(gòu)成。X射線管產(chǎn)生入射X射線(一次X射線)，激發(fā)被測樣品。受激發(fā)的樣品中的每一種元素會放射出二次X射線，并且不同的元素所放射出的二次X射線具有特定的能量特性或波長特性。探測系統(tǒng)測量這些放射出來的二次X射線的能量及數(shù)量。然后，儀器軟件將探測系統(tǒng)所收集到的信息轉(zhuǎn)換成樣品中各種元素的種類及含量。每個元素的特征X射線的強度除與激發(fā)源的能量和強度有關(guān)外，還與這種元素在樣品中的含量有關(guān)。

表3 矯正后的線性回歸數(shù)據(jù)

有機金屬鍍層有機金屬納米銀在使用XRF測量其厚度過程中，所測得厚度值和所檢測到的Ag信號的百分比相關(guān)。特做以下假定：①假定1 μm的Ag將放射出1 000個Ag信號。②假定1 μm的Ag將放射出1 000個Cu信號。③X-Ray激發(fā)40 μm的底銅，將產(chǎn)生40 000 Cu信號。

在銅厚度為40 μm的情況下，Ag信號取決于Ag測厚度，以4種不同的銀厚度為例。

4 結(jié)語

GCM和XRF 均可以作為測量銀層厚度的測量工具，GCM為破壞性測試，會破壞測試樣板，XRF為非破壞性測試，不會對樣品造成傷害，可以重復(fù)使用。GCM和XRF之前可以通過一定的關(guān)系式建立對應(yīng)關(guān)系。XRF的測量對低銅的厚度有要求，建議每次根據(jù)測試板建立程式，如果條件不允許，以當(dāng)厚度>35 μm時，測量程序不需要重新校準(zhǔn)，如果銅厚<35 μm，一定要重新校準(zhǔn)程序方程式。

表4 測量Ag信號的含量