摘要
化學(xué)鍍金是印制電路板制作過程中較為常見的表面處理方式,金缸中金濃度的穩(wěn)定性為關(guān)鍵控制參數(shù)和指標(biāo),從而能嚴格控制產(chǎn)品鍍金厚度,達到穩(wěn)定生產(chǎn)品質(zhì)并降低生產(chǎn)成本的目的。本文介紹X射線熒光光譜分析(X Ray Fluorescence,簡稱XRF)在測定印制電路板化學(xué)鍍金工序金缸中鎳金含量的應(yīng)用。
一、前言
X射線熒光光譜分析(X Ray Fluorescence,簡稱XRF)是一種發(fā)展較快的重金屬測定技術(shù)。當(dāng)X射線照射到需要測定的物質(zhì)上時,被照射物質(zhì)的原子核外電子會被激發(fā),產(chǎn)生二次X射線(X射線熒光)。由于元素不同,其能量或波長是不同的,根據(jù)待測元素X熒光的能量或波長可進行定性分析,根據(jù)待測元素的X熒光強度可進行定量分析。
X射線熒光分析部分主要構(gòu)成部分是:X射線管、激發(fā)X射線管工作的高壓電源、X熒光接收器、信號處理電路、X熒光定性定量分析軟件包。X熒光分析的基本過程如下:X射線管發(fā)出X射線激發(fā)樣品, 使電鍍液中各個元素的原子中的核外電子(特別是K層電子)受激發(fā)而放出,并且在原來位置產(chǎn)生一個空穴,此時外層電子(特別是L層電子)就會填充這個空穴位置,多余的能量就以特征X射線的形式放出(圖1),這些特征X射線進入探測器產(chǎn)生脈沖信號, 經(jīng)過前置放大器送入脈沖譜儀放大器, 經(jīng)脈沖譜儀放大器的放大與脈沖成形, 送入ADC轉(zhuǎn)換器,ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量, 送入計算機接口, 軟件通過控制接口電路來進行脈沖譜數(shù)據(jù)的采集與控制。 X 熒光分析軟件通過對各種特征X射線能量的分析,得到定性的結(jié)果,也即知道樣品含有何種元素,再通過對特征X射線的強度計算與分析,最終完成樣品中各成分的濃度分析。
圖1 X射線照射被測量物質(zhì)產(chǎn)生X射線熒光
二、背景
化學(xué)鍍金層外觀為金黃色,具有較低的接觸電阻、導(dǎo)電性能良好、易于焊接、耐腐蝕性強等優(yōu)點,是印制電路制作工藝中常見的表面處理方式?;瘜W(xué)鍍金工藝要獲得良好的沉金質(zhì)量,必須管控好金層的厚度,金層太薄不能滿足客戶品質(zhì)要求,太厚則浪費大量昂貴的金鹽,導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。因此化金槽液除了將溫度,pH等工藝參數(shù)管控在工藝范圍之內(nèi),還必須將金、鎳離子等濃度控制在一定范圍之內(nèi)。
化學(xué)鍍金在連續(xù)生產(chǎn)過程中,金的濃度變化較快,為了將金、鎳離子等濃度管控在工藝管控范圍內(nèi),當(dāng)前主要依靠化驗室人工取樣,采用原子吸收光譜儀或ICP等離子發(fā)射光光譜,樣品人工取決,稀釋100倍后進行定量分析,通常人工稀釋時,會造成一定的稀釋誤差,有可能導(dǎo)致人為誤差較大。并且原子吸收光譜儀或ICP等離子發(fā)射光光譜儀需為專業(yè)人員進行操作及維護保養(yǎng)。每天僅分析一次,再根據(jù)分析加藥進行鍍金藥水補加及調(diào)整。通常每天僅分析一次,這樣仍然難以控制金濃度的較大波動,導(dǎo)致產(chǎn)品鍍金層品質(zhì)出現(xiàn)波動,金鹽成本增加。
能量色散型X熒光光譜儀,通過標(biāo)樣準(zhǔn)確校準(zhǔn)后,可保持較高的分析準(zhǔn)確度及可靠性,具有無損、快速的特點,很適合現(xiàn)場快速分析動管控的特點。
三、鍍金槽液在線分析結(jié)果
3.1鍍金槽液分析X熒光光譜圖(如圖2)
圖2 XRF探測器接收樣液的 X熒光信號
3.2測量數(shù)據(jù)(Au單位為g/L,Ni單位為10-6)
3.2.1 XRF在線實時測量化學(xué)鍍金線金缸數(shù)據(jù)(每60分鐘測量一次)
表1 XRF在線實時測量金缸數(shù)據(jù)
3.2.2 同時取該槽液在原子吸收分光光度計(AA機)測得數(shù)據(jù)如下:
表2 AA機測量金缸數(shù)據(jù)
四、數(shù)據(jù)分析
4.1 XRF在線實時測量化學(xué)鍍金線金缸數(shù)據(jù)穩(wěn)定,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)<5%,符合常規(guī)儀器分析法衡量誤差限制范圍;
4.2 XRF與原子吸收分光光度機(AA機)測量同一樣品的數(shù)據(jù)相似度達到98%以上,完全可以替代傳統(tǒng)的AA機。
五、總結(jié)
在線XRF分析儀完全適合鍍金槽液現(xiàn)場在線分析!
5.1 采用在線XRF分析系統(tǒng)的主要優(yōu)點是:
(1)自動取樣,自動分析,無人化自動運行,并可控制加藥單元自動添加藥水,節(jié)省人力成本;
(2)樣品無需稀釋,XRF能量色散X熒光光譜儀可直接測量,分析精度高;
(3)化金槽液中的金離子和鎳離子,XRF能量色散X熒光光譜儀可一次性同時分析;
(4)可實時分析或定時分析,分析頻率大大提高,可保證工藝更加穩(wěn)定;
(5)XRF能量色散X熒光光譜儀易學(xué)易用,維護簡單,沒有耗材,運行成本低;
(6)在線XRF分析系統(tǒng)可多通道自動進樣,同時分析控制多個鍍金工藝槽,降低設(shè)備投入成本。
5.2 采用原子吸光光譜儀或ICP等離子體發(fā)射光譜儀分析鍍金槽的主要缺點是:
(1)槽液取樣后先要稀釋100~1000倍后方可用原子吸收光譜儀或ICP等離子體發(fā)射光譜儀分析,樣品稀釋過程會產(chǎn)生誤差;
(2)人工取樣及稀釋后,金、鎳元素需要逐個分析,且分析時間較長,所以一般一班(8小時)才分析一次;
(3)分析頻率低,所以化金槽液濃度管控波動就會較大,鍍金品質(zhì)不穩(wěn)定,原材料金鹽的使用成本也上升;
(4)分析儀器價格較高,一般在30~80萬人民幣一臺;
(5)儀器操作需要專業(yè)人員,并且維護成本高;
(6)需要燃燒可燃氣體,氣體的存儲對實驗室的安全構(gòu)成隱患,增加了企業(yè)的投入成本。
審核編輯:湯梓紅
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