專利名稱：X射線涂層厚度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于非損壞方式同時(shí)檢測多層樣品的厚度和組分的X射線涂層厚度儀，更具體地涉及一種當(dāng)被測樣品是一種在銅合金材料上設(shè)置錫銅合金鍍層時(shí)不受材料本身影響而進(jìn)行檢測合金鍍層的厚度和銅濃度的X射線涂層厚度儀。
現(xiàn)有技術(shù)的描述例如，在進(jìn)行檢測焊料的厚度和組分中公知并廣泛地采用熒光X射線厚度測量，其采用X射線發(fā)生器和能量分布型X射線檢測器可以從具有層厚度和合金組分的多層樣品中獲取熒光X射線，然后采用校準(zhǔn)曲線方法或理論計(jì)算方法來測量熒光X射線。
近年來，由于保護(hù)環(huán)境產(chǎn)品的需要，已經(jīng)進(jìn)行了無鉛焊料的開發(fā)。其中之一是通過質(zhì)量管理滿足所需的鍍層厚度和組分的錫銅合金鍍層或錫銀銅合金鍍層的開發(fā)和應(yīng)用。
例如，日本專利平-公開、公開號(hào)昭61-84511中公開了一種采用X射線熒光技術(shù)測量合金鍍層厚度和組分的方法。在下面的例子中將簡單描述這種用于測量錫銅合金鍍層樣品的方法。
當(dāng)來自X射線發(fā)生器的X射線輻照樣品時(shí)，就從合金鍍層之內(nèi)的錫和銅放射錫熒光X射線(以下簡稱為Sn-K X射線)和銅熒光X射線(以下簡稱為Cu-K X射線)。
此時(shí)，當(dāng)合金鍍層的厚度增加時(shí)Sn-K X射線的強(qiáng)度NS和Cu-K X射線的強(qiáng)度NC就增加。更進(jìn)一步地，當(dāng)銅的濃度w增加時(shí)Cu-K X射線的強(qiáng)度NC就增加。這按下列方式表示為方程式的形式NS＝f(t，w)NC＝g(t，w)預(yù)先測量一系列標(biāo)準(zhǔn)材料，確定這些系數(shù)的參數(shù)，建立從至今未知的材料中獲得的測量強(qiáng)度，由此解同時(shí)存在的方程式以致確定鍍層厚度和銅的濃度。
然而，當(dāng)測量在銅材料上設(shè)置的錫銅合金鍍層的樣品時(shí)，就遇到了問題。也就是，當(dāng)用X射線輻照這種樣品時(shí)，就從合金鍍層之內(nèi)的銅和銅材料放射Cu-K X射線。當(dāng)合金鍍層的厚度增加，從合金鍍層之內(nèi)的銅放射的Cu-K X射線的強(qiáng)度就增加，但是由于鍍層的吸收，從合銅材料放射的Cu-K X射線的強(qiáng)度就相反地減少。因此，即使可以測量連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)替代組，測量也是不可能的；即使可以測定參數(shù)，卻不能夠確定用于關(guān)系式的參數(shù)，因此不能解聯(lián)立的方程式或者計(jì)算結(jié)果是不穩(wěn)定的。
發(fā)明的簡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供一種能夠同時(shí)測量樣品的鍍層厚度和銅濃度的X射線涂層厚度儀，該樣品具有在由含銅的一層或多層組成的材料上含10％或更少重量銅的錫合金鍍層。
也就是，本發(fā)明的特征在于，一種X射線涂層厚度儀包括用于產(chǎn)生主X射線的X射線發(fā)生器、用于使主X射線的部分光通量通過并且只允許被測樣品的非常小的面積被X射線輻照的準(zhǔn)直器、用于檢測從被測樣品(放射)的二次X射線的能量分布X射線檢測器以及用于從該檢測器獲得信號(hào)并計(jì)算每個(gè)能量的強(qiáng)度的計(jì)算電路。這里，當(dāng)被測樣品為在由含銅的一層或多層組成的材料上含10％或更少重量銅的錫合金鍍層時(shí)，采用峰值強(qiáng)度就能測定錫合金鍍層的銅濃度，該峰值強(qiáng)度是由計(jì)算電路獲得的X射線光譜信息中的衍射X射線產(chǎn)生的。
當(dāng)主X射線輻照被測樣品時(shí)，就產(chǎn)生含于被測樣品中的元素所特有的熒光X射線。此時(shí)，如果被測物體是晶體，還產(chǎn)生除熒光X射線之外的衍射X射線。
假如晶體物質(zhì)的晶格常數(shù)為d，X射線波長為λ，基于角θ產(chǎn)生的衍射X射線就滿足布拉格方程式n·λ＝2dsinθ。(這里n是自然數(shù))換句話說，當(dāng)由X射線發(fā)生器-被測樣品-檢測器造成的角為2θ時(shí)，如果主X射線是白色X射線，那么波長滿足布拉格方程式的X射線就入射到檢測器。
然后通過能量分布檢測器檢測這種X射線，通過采用計(jì)數(shù)電路計(jì)算每個(gè)能量的X射線光子數(shù)獲得的X射線光譜，就獲得衍射X射線而不是該X射線光譜中的熒光X射線的峰值。
然后當(dāng)形成含10％或更少重量銅的錫合金鍍層時(shí)，就形成特定比率的Sn6Cu5和Sn3Cu的金屬間化合物。這些金屬間化合物是晶體并具有特定的晶格常數(shù)。因此當(dāng)用主X射線輻照錫銅合金時(shí)就產(chǎn)生衍射X射線。另一方面，當(dāng)用主X射線輻照錫銅合金鍍層樣品時(shí)，用作鍍層的在1-10μm范圍內(nèi)的厚度就不會(huì)特別影響所產(chǎn)生的衍射X射線強(qiáng)度，因此就很好地反映銅濃度。此外，衍射X射線的強(qiáng)度不受鍍層材料的影響。
因此通過用主X射線輻照錫銅合金鍍層材料以獲得X射線光譜并利用來自錫銅金屬間化合物的衍射X射線的峰值強(qiáng)度，就能測定在錫銅合金鍍層中的銅的濃度。為了達(dá)到此結(jié)果，可以測量出已知銅濃度的標(biāo)準(zhǔn)錫銅間化合物的幾個(gè)點(diǎn)以制作出一個(gè)校準(zhǔn)曲線。
因?yàn)樵讷@得的X射線光譜中有錫熒光X射線峰值(Sn-K X射線)并通過采用預(yù)先獲得的銅濃度的信息進(jìn)行修正因此可以測量合金鍍層的厚度，所以同樣可以獲得Sn-K X射線的強(qiáng)度。
如上所述，采用衍射X射線的強(qiáng)度從單個(gè)獲得的X射線光譜中就能夠首先測定銅濃度，并且從銅濃度信息和熒光X射線強(qiáng)度就能夠測定鍍層厚度。
附圖的簡要描述

圖1是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例組成的設(shè)備簡圖。
圖2示出通過本發(fā)明的器件獲得的X射線光譜的一個(gè)實(shí)例。
本發(fā)明的詳細(xì)描述下面是參照圖1和圖2的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明。
圖1是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例組成的X射線涂層厚度儀的簡圖。在本實(shí)施例中，由X射線管1放射的主X射線3通過準(zhǔn)直器2聚焦并輻照到在銅材料上的錫銅合金鍍層樣品4的微小部分。熒光X射線和衍射X射線從錫銅合金鍍層樣品4放射出，并通過檢測器7被檢測。
在本實(shí)施例中，計(jì)算電路包括線性放大器9和脈沖高度識(shí)別器10。然后在脈沖高度識(shí)別器10處將能量分解之前通過預(yù)放大器8和線性放大器9放大被檢測的信號(hào)。然后由CPU11產(chǎn)生光譜信號(hào)并由顯示器單元12將其顯示為光譜。
圖2中示出此時(shí)獲得的X射線光譜的實(shí)例。同樣觀察到除來自錫的熒光X射線22(Sn-K X射線)和來自銅的熒光X射線23(Cu-K X射線)之外的來自錫銅合金鍍層的衍射X射線21的峰值。
因此通過預(yù)先測量已知銅濃度的標(biāo)準(zhǔn)材料就可以建立反映銅濃度的衍射X射線21的峰值強(qiáng)度和校準(zhǔn)曲線。通過濃度測定裝置利用衍射X射線的峰值強(qiáng)度和校準(zhǔn)曲線就能測定錫銅合金鍍層樣品4的銅濃度。
此外，利用Sn-K X射線可以測量鍍層的厚度，由此通過測量已知的厚度的標(biāo)準(zhǔn)材料就能夠建立校準(zhǔn)曲線。通過厚度測定裝置利用Sn-K X射線的峰值強(qiáng)度和校準(zhǔn)曲線就能測定錫銅合金鍍層樣品4的厚度。
在本實(shí)施例中，CPU11具有濃度測定裝置和厚度測定裝置。
因此利用各自的校準(zhǔn)曲線就能測量未知的材料并能測定銅濃度和鍍層厚度。
根據(jù)本發(fā)明，在使用X射線厚度測量儀測量包含10％的重量或更低的銅的錫合金鍍層的厚度和銅濃度中，從利用衍射X射線強(qiáng)度獲得的單一X射線光譜中就能夠測定銅濃度，銅濃度因此可被測量而不受鍍層厚度或材料的影響。因此從測定的用于銅濃度和熒光X射線的強(qiáng)度的信息中還能夠測定鍍層厚度。
權(quán)利要求
1.一種X射線涂層厚度儀，包括X射線發(fā)生器，用于產(chǎn)生主X射線；準(zhǔn)直器，用于允許主X射線的部分熒光流通過并且只允許被測樣品的非常小的面積受到X射線輻照；能量分布X射線檢測器，用于檢測被測樣品的二次X射線；以及計(jì)算電路，用于獲取檢測器的信號(hào)并計(jì)算每種能量的強(qiáng)度；其中當(dāng)被測樣品是在由含銅的一層或多層組成的材料上的包含銅的錫合金鍍層時(shí)，利用通過計(jì)算電路獲得的X射線光譜信息中的衍射X射線產(chǎn)生的峰值強(qiáng)度確定錫合金鍍層的銅濃度，并且利用由X射線熒光產(chǎn)生的峰值強(qiáng)度確定錫合金鍍層的厚度。
2.一種X射線涂層厚度儀，包括X射線發(fā)生器，用于產(chǎn)生主X射線；準(zhǔn)直器，用于允許主X射線的部分熒光通過并且只允許被測樣品的非常小的面積受到X射線輻照；能量分布X射線檢測器，用于檢測被測樣品的二次X射線；以及計(jì)算電路，用于獲取檢測器的信號(hào)并計(jì)算每種能量的強(qiáng)度；其中當(dāng)被測樣品是在由含銅的一層或多層組成的材料上的包含銅的錫合金鍍層時(shí)，利用通過計(jì)算電路獲得的X射線光譜信息中的衍射X射線產(chǎn)生的峰值強(qiáng)度確定錫合金鍍層的銅濃度，并且利用由X射線熒光產(chǎn)生的峰值強(qiáng)度確定錫合金鍍層的厚度，確定組成材料的一層或多層的厚度和濃度。
全文摘要
目的是提供一種能夠同時(shí)測量在由含銅的一層或多層組成的材料上的包含銅的錫合金鍍層的鍍層厚度和銅濃度的X射線涂層厚度儀，利用獲得的X射線光譜信息中的衍射X射線產(chǎn)生的峰值強(qiáng)度確定錫合金鍍層的銅濃度。
文檔編號(hào)G01N23/207GK1407335SQ0214372
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月7日
發(fā)明者田村浩一 申請人:精工電子有限公司