解決方案
Solution
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X射線(xiàn)熒光光譜儀是一種元素分析工具，幾十年來(lái)一直是檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的主要分析儀器之一。這種多樣化的無(wú)損檢測(cè)方法只需要很少的樣品制備工作，并且對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求并不是太高，而且，該檢測(cè)技術(shù)還可以快速提供準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，因此綜合來(lái)看，它可能是最具投資價(jià)值的分析工具之一?，F(xiàn)在，隨著XRF的檢測(cè)能力不斷提升和發(fā)展，這種檢測(cè)技術(shù)在越來(lái)越多的領(lǐng)域中都取得了關(guān)鍵性應(yīng)用，尤其是在質(zhì)量控制等方面。
X射線(xiàn)熒光光譜技術(shù)是基于這樣的原理：當(dāng)外部能量源被激發(fā)時(shí)，單個(gè)原子發(fā)射出特定波長(zhǎng)的X射線(xiàn)光子，通過(guò)計(jì)數(shù)樣品發(fā)出的每種能量的光子，可以識(shí)別樣品中的不同元素。
在制造/生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎每種金屬產(chǎn)品都會(huì)鍍有涂層（通常是電鍍）或經(jīng)過(guò)一些化學(xué)處理（陽(yáng)極氧化或鍍鋅），來(lái)提高表面惰性效果或改善某些性能。XRF技術(shù)就是一種用于測(cè)量和量化這些表面處理的先進(jìn)技術(shù)，可用于在任何金屬或非金屬基材上對(duì)任何單層或多層金屬涂層進(jìn)行測(cè)試。
另外，PCBs（印刷電路板）、晶體板、半導(dǎo)體及其組件都需要做一些最終處理，這些都是實(shí)現(xiàn)其功能的核心步驟。在這里，XRF檢測(cè)技術(shù)同樣可以作為一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，來(lái)確定哪些產(chǎn)品符合或不符合相關(guān)規(guī)格。
涂層厚度測(cè)量是XRF在工業(yè)中最常見(jiàn)和最受歡迎的功能之一，當(dāng)然，這并不是其唯一的功能。XRF系統(tǒng)還能夠執(zhí)行一些合金分析，并針對(duì)問(wèn)題提供一些解決方案。XRF可以確定每種合金元素的成分百分比，并確定合金牌號(hào)。對(duì)于溶液分析，XRF可以直接量化電鍍槽中的金屬離子，這些均有助于更好地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制。
無(wú)論在哪個(gè)領(lǐng)域使用何種XRF技術(shù)，其兩個(gè)“相對(duì)端”——發(fā)射端（即產(chǎn)生X射線(xiàn)的地方）以及探測(cè)端（信號(hào)處理的位置），聯(lián)合決定了該儀器可以達(dá)到的檢測(cè)效果、準(zhǔn)確度（以及精確度）和檢測(cè)速度。（m.fsmqw.cn）
發(fā)射端
入門(mén)級(jí)XRF系統(tǒng)使用針孔準(zhǔn)直器，它可以過(guò)濾X射線(xiàn)，只有那些按照平行于特定軌跡行進(jìn)的X射線(xiàn)才能通過(guò)。準(zhǔn)直器的大小決定了投射到樣品上的照射點(diǎn)的大小。XRF儀器具有單個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直器，具體取決于被測(cè)部件的幾何形狀和尺寸范圍。
準(zhǔn)直儀的替代選擇是多毛細(xì)管光學(xué)儀器，它可以增強(qiáng)X射線(xiàn)，是特意為補(bǔ)償X射線(xiàn)源本身不能產(chǎn)生高密度光束這一事實(shí)而創(chuàng)建的。多毛細(xì)管光學(xué)器件使用的是聚焦組件，而不是將X射線(xiàn)束固定到其目標(biāo)上。
它最初只被國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和其他一些參與小特征分析和元素分析的研究機(jī)構(gòu)采用，但是當(dāng)工業(yè)界看到其在過(guò)程和質(zhì)量控制方面的潛力時(shí)，儀器公司對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了重新思考和優(yōu)化，包括增加功能、增強(qiáng)圖像分辨率，以及提高測(cè)量速度等。
更快的檢測(cè)速度一直是檢測(cè)行業(yè)中一個(gè)特別優(yōu)先考慮的因素，這可以通過(guò)更小的X射線(xiàn)束來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且射線(xiàn)通量還會(huì)比準(zhǔn)直器高100倍。較高的通量允許計(jì)算更多的光子，并大大提高分析的精度。
毛細(xì)管光學(xué)器件大大加速了XRF測(cè)量裝置的光子計(jì)數(shù)
雖然聽(tīng)起來(lái)很脆弱，但毛細(xì)管光學(xué)組件實(shí)際上非常堅(jiān)固。據(jù)用戶(hù)報(bào)告說(shuō)，這種組件一般都不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)它，基本上可以一直使用。
由于從毛細(xì)管光學(xué)器件中受益的應(yīng)用主要是那些具有非常小特征的應(yīng)用，所以，這種選項(xiàng)已經(jīng)與電子制造領(lǐng)域內(nèi)的一些小型化應(yīng)用完美地結(jié)合了?，F(xiàn)在，大多數(shù)高級(jí)系統(tǒng)已經(jīng)可以將X射線(xiàn)激發(fā)集中到小至7μm的樣品區(qū)域內(nèi)。
探測(cè)端
用于涂層測(cè)量的XRF儀器一般使用以下三種類(lèi)型探測(cè)器中的一種：“Prop”（比例）計(jì)數(shù)器、硅PIN二極管，以及硅漂移探測(cè)器（SDD）。
比例計(jì)數(shù)器是一種氣體電離裝置，通過(guò)產(chǎn)生與輻射能量成比例的檢測(cè)器輸出來(lái)測(cè)量入射輻射的能量。比例計(jì)數(shù)器有一個(gè)相對(duì)更好的檢測(cè)窗口用于捕獲熒光X射線(xiàn)。它們工作在中等電壓范圍，非常適合于測(cè)量傳統(tǒng)的單層（和一些多層）電鍍沉積物。
值得一提的是，比例計(jì)數(shù)儀器是這三種類(lèi)型探測(cè)器中價(jià)格最便宜的，對(duì)于不需要高分辨率的簡(jiǎn)單應(yīng)用，可以有效看到光譜峰的分離。但是，這類(lèi)探測(cè)器同樣存在一些缺點(diǎn)，主要包括高基線(xiàn)噪聲和需要頻繁的進(jìn)行校準(zhǔn)。
溫度控制對(duì)這些設(shè)備至關(guān)重要，因?yàn)樘綔y(cè)器需要使用一些對(duì)溫度變化高度敏感的氣體——比任何固態(tài)探測(cè)器都要敏感得多。充氣管還會(huì)隨著時(shí)間的推移而可能發(fā)生一定的泄漏。盡管它有這些缺點(diǎn)，但由于檢測(cè)窗口較大，其通量通常較高，因此它可以檢測(cè)到大量的光子。所以，雖然應(yīng)用領(lǐng)域可能有限，但標(biāo)準(zhǔn)偏差較好。
硅PIN二極管提供的光譜分辨率優(yōu)于比例計(jì)數(shù)器。這意味著操作人員可以測(cè)量更薄的沉積物和更低的元素濃度，并執(zhí)行一些更復(fù)雜的測(cè)量，例如合金和厚層樣品以及涉及到未識(shí)別材料的測(cè)量。憑借Peltier效應(yīng)（TEC/TEM）冷卻技術(shù)，硅PIN探測(cè)器具有更低的噪音，而且分辨率和檢測(cè)限都更加出色，結(jié)果也更加穩(wěn)定。
硅漂移探測(cè)器通常能夠產(chǎn)生比前兩者更高的計(jì)數(shù)率和光譜分辨率，一般值比硅PIN二極管探測(cè)器高出50％左右。與比例計(jì)數(shù)器相比，峰值背景比率得到了顯著的改進(jìn)，基線(xiàn)噪聲也更低，可以得到更好的檢測(cè)限和更大的元素測(cè)試范圍。
因?yàn)橛行У叵吮尘霸肼暎怨杵铺綔y(cè)器能夠非常精確地測(cè)量重疊元素——周期表上的那些“相鄰”元素，如鎳、銅、鋅以及鉻和鐵（它們之間的信號(hào)分離最小）。而原來(lái)使用的一些技術(shù)，如果沒(méi)有數(shù)學(xué)計(jì)算就無(wú)法解決這些重疊元素的測(cè)試。今天，由硅PIN和硅漂移探測(cè)器提供的分辨率改進(jìn)就很好地消除了對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算或數(shù)字濾波的需要。
硅漂移探測(cè)器光譜顯示出非常有利的信號(hào)峰-背景比，有效抑制了背景噪聲，并達(dá)到了更高的分辨率。
與硅PIN一樣，硅漂移探測(cè)器芯片組也是根據(jù)Peltier效應(yīng)冷卻的，不受氣候影響，并且不需要氮?dú)鈨?chǔ)存。所以，這些探測(cè)器幾乎不需要進(jìn)行太多的維護(hù)。硅漂移探測(cè)器是50μm以下薄膜樣品以及一些復(fù)雜技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的薄膜的首選檢測(cè)器，包括ENIG、EPIG和ENEPIG（化學(xué)鍍鎳浸金、化學(xué)鍍鈀浸金和化學(xué)鍍鎳鈀浸金）等。
值得注意的是，新的IPC（印刷電路板和電子制造商及其客戶(hù)和供應(yīng)商的行業(yè)協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)4552和4556推薦使用硅PIN和硅漂移探測(cè)器這兩種固態(tài)探測(cè)器選項(xiàng)。這些標(biāo)準(zhǔn)廣泛適用于整個(gè)印刷電路板和電子行業(yè)中使用的特種涂料檢測(cè)。
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