摘要:本文对影响X荧光镀层厚度测量的测量条件(准直器、测量时间、测量程式、镜头对焦方式)和测量方法(有无标准片校准及不同校准方法)进行分析并分组实验，通过对测量结果的研究以选择合适的测量条件和测量方法来高X荧光镀层厚度测量的准确性和可靠性。
0 引言
电镀层厚度测量是镀层物性检测的重要项目之一，伴随着新型工程材料开发、微电子技术应用和标准化事业进程，镀层测厚技术近十年来在国内外得到迅速发展，主要体现在电路设计将大量采取专用芯片和实现模块化结构，整机功能进一步拓展完善并力求智能化。与此同时，各种配件、连接器等产品的电镀层厚度测试日趋增多，由于各厂家测试时的测量条件、测试方法有所差异，测量结果差异较大，为此对影响测量结果的各种因素进行研究，力求得到具有较高准确度的测试方法。
1 测量原理
X射线荧光测厚仪是一种非接触式金属镀层动态测厚仪，透过次级辐射所产生的不同能量特性来辨认元素。其工作原理是由X射线管产生初级X射线荧光照射在受检物质表面上时，元素的电子层内的电子将被激发，而因为能量的原因一连串的电子补充到被激发的电子“空档”。由于能量的改变，特定的元素便会产生特定的辐射，再用半导体或其他合适的比例接收器来收集辐射讯号，从能量(谱)及强度的大小进行分析便可以识别元素及进行定量分析。
2 测试过程
首先对X射线荧光测厚仪预热，并对仪器进行基准频谱的校准，根据所测产品镀层情况选择适当的测量程式，依据测试位置形状、大小选择准直器，并利用仪器附带的标准片对测量程式进行校准，把所测产品安放在测量位置，利用对焦装置(自动对焦或手动对焦)完成调焦步骤，设定测量时间，开始测量，记录测量结果，测试工作完成。
3 影响测试结果的因素
对以上测量过程进行分析发现影响测量结果的因素有测量程式的选择、测量程式校准、准直器大小、测量时间和对焦等。为进一步研究X射线测厚仪的镀层厚度测量性能，我们把影响测量结果的因素分类为测量条件和测量方法来研究。分别从测量条件(准直器、测量时间、测量程式、镜头对焦方式)和测量方法(有标准片校准及不同校准方法)方面考虑，设计并进行分组测量实验，分析不同的测量条件及测量方法对测量结果的影响，以便选择合适的测量条件和测量方法提高厚度测量的准确性和可靠性。实验中以一组NI/Cu标准片(Ni层厚度分别为1．3μm、6．2μm、6．3μm、6．4μm、9．6μm，分别记为Ni/Cu－1．3、Ni/Cu－6．2、Ni/Cu－6．3、Ni/Cu－6．4、Ni/Cu－9．6)为测量对象，使用FISCHERSCOPE X－FAY XDAL测厚仪测量Ni层的厚度。
4 测量条件选择探讨
4．1准直器及测量时间的选择对测量结果的影响
实验中使用的FISCHERSCOPE X－FAY XDAL测厚仪配有φ0.1mm、φ0.3mm、φ0.6mm的圆准直器和(0.5×0.15)mm的方形准直器，分别使用这四种准直器并选择不同的测量时间(5s，10s，20s，30s，40s，50s，60s)对Ni/Cu－1.3、Ni/Cu－6.3和Ni/Cu－9.6三个标准片进行测量试验。测量时均采用系统提供的Ni/Cu产品程式，使用相应厚度的标准片进行校准，校准时间为60s，利用系统坐标定位功能确保每次被测位置相同，避免因测量位置不同引入的误差影响。厚度值为同一条件下连续测量10次的厚度平均均值，标准偏差值为10次测量的标准偏差。求出厚度测得值与标称值之间的偏差，分别求出同一准直器下厚度偏差与测量时间(如图1)以及同一准直器下标准偏差与测量时间之间的关系曲线(如图2)。
由图1可看出，在其他测量条件相同的情况下，φ0.1mm、φ0.6mm准直器测量偏差较大，φ0.3mm、(0.5×0.15)mm准直器测量偏差较小。由图2可看出，在相同测量条件下，各准直器测量结果的稳定性随测量时间的增加而增加，测量时间大于30s后稳定性较好，可保持较小的标准偏差，其中φ0.1mm准直器测量的稳定性整体较差。综合图1和图2中各厚度Ni/Cu标准片的数据曲线，可以得出这样的结论:应保证测量时间大于或等于30s(兼顾测量效率，可取30s)，除被测面形状特殊需选择其他准直器外，一般应选择φ0.3mm的准直器，可得到较为准确和稳定的结果。
4.2测量程式的选择对测量结果的影响
选择合适的测量程式是得到正确测量结果的关键因素，可在选择不同测量程式情况下对标准片进行测量实验，分析其对测量结果的影响。实验中选用φ0.3mm准直器，设定测量时间30s，分别对Ni/Cu－1.3、Ni/Cu－6.3和Ni/Cu－9.6进行了分组测量，使用相应厚度的标准片进行校准，校准时间为60s，同样利用系统坐标定位功能确保每次被测位置相同，其他的试验条件相同。选择的产品程式有Ni/Cu、Ni/Cu(RM)、Ni/CuZnPbSn、Ni/Cu;CuFe;CuSn、NiP/Cu、Ni/MnNiCuZnPb 6种。
由图3显示，使用测量程式NiP/Cu测量的厚度值偏差较大，不适用于测量Ni/Cu的Ni层厚度测量，而其他5种产品程均可得到正确的测量结果，其厚度偏差和标准偏差变化不大。由试验结果可知，测量镀层厚度时，选择正确的测量程式进行测量，对于获得正确结果是至关重要的。
4.3自动对焦、手动对焦对测量结果的影响
影响测量结果的其中一个因素是探测器镜头的对焦问题。市面上不同测厚仪有的使用自动对焦，有的使用手动对焦，本实验所用的FISCHERSCOPEX－FAY XDAL测厚仪即可实现自动对焦也可实现手动对焦。分别对Ni/Cu－1.3、Ni/Cu－6.3和Ni/Cu－9.6手动对焦测量和自动对焦测量，进行对比实验。实验中选用φ0.3mm准直器，测量时间30s，使用相应厚度的标准片进行校准，校准时间为60s，同样利用系统坐标定位功能确保每次被测位置相同，其他的试验条件相同。得到厚度测量值对比曲线图如图4所示。
由实验数据及图4所示，采用自动对焦和手动对焦测量的结果相差小，对结果的影响基本相同。
5 测量方法研究
X荧光测厚是一种比较式测量，有无标准片校准和使用不同的校准方法进行校准都将对测量结果造成影响。分别针对无校准、单点校准、两点校准的测量方法进行实验比对，分析不同测量方法对测量结果的影响。实验中除校准方法不同，其他的条件均保持一致.
分别使用(Ni/Cu－6.2，Ni/Cu－6.4)、(Ni/Cu－1.3，Ni/Cu－9.6)和(Ni/Cu－1.3，Ni/Cu－24.8)的标准片组合进行两点校准，对Ni/Cu－6.3标准片进行了测量实验。同时，分别使用Ni/Cu－6.3、Ni/Cu－6.4标准片对其进行单点校准测量和无校准片测量进行比对。结果见图6所示。
由曲线图可看出，进行厚度测量时，使用与被测镀层厚度相近的校准片单点校准所得的结果比两点校准得到的结果偏差小，使用两点校准时，选用的标准片厚度与被测镀层厚度越接近，结果偏差越小，单点校准及两点校准测量结果均优于无校准测量结果。
6 结束语
使用X荧光测厚仪进行镀层厚度测量时，应选择合适的测量条件和正确的测量方法以保证得到正确和稳定的测量结果。其中测量条件部分需要考虑如准直器和测量时间的选择、测量程式的选择，本实验中使用的FISCHERSCOPE X－FAY XDAL测厚仪一般应选择φ0.3mm的准直器、测量时间应大于30s。测量方法需根据实际测量对象选择合适的校准方法校准后再进行测量，优先选择厚度接近被测镀层厚度的标准片进行单点校准，若无厚度相当的标准片，再选用两点校准方法测量，选用的标准片厚度越接近被测镀层厚度，测量结果越准确，最后再考虑使用无校准片测量，测量程式选择应保证镀层元素的一致性。
参考文献:
［1］GB/T16921－2005金属覆盖层覆盖层厚度测量X射线光谱方法
［2］肖宁辉．现代无损检测新技术新工艺与应用技术标准大全．银声音像出版社，2004
本文作者：王强兵，郭继平
