Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 6 Jahren

3-2017

  • Text
  • Ems
  • Nanotechnik
  • Mikrotechnik
  • Qualitaetssicherung
  • Loeten
  • Loettechnik
  • Bestuecken
  • Leiterplatten
  • Displayfertigung
  • Halbleiterfertigung
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Qualitätssicherung Bild

Qualitätssicherung Bild 5: Übersichtsbereich Steckkontakte mit Messbereichen eins bis fünf (gelb). Exemplarische Darstellung der Messpositionen in einem Kontaktbereich (rot) Parameter Gold (Au) Nickel-Phosphor (NiP) Durchschnittswert 0,195 µm 6,622 µm Standardabweichung 0,015 µm 1,424 µm Anzahl Messdurchläufe 5 5 Messdauer pro Messposition 15 s 15 s Tabelle 2: Resultate zur Schichtdickenmessung an Steckkontakten reichen unterschiedlicher Größen durchzuführen. Zur Ermittlung der Analyseresultate dient ein kleiner Schlitzkollimator, der sich im Hinblick auf Messungen an runden Werkstücken oder Fine-Pitch-Lötflächen als sehr vorteilhaft erweist. Messbeispiel 1: Steckkontakte PC-Karte Bild 4 zeigt das Röntgen-Emissionsspektrum der Steckkontakte einer PC-Karte. Absichtlich sind exemplarisch nur die prominentesten charakteristischen Röntgen-Emissionsintensitäten der entsprechenden Elemente gekennzeichnet. Wie erwartet, lässt sich im Hinblick auf die qualitative Analyse das Vorhandensein der Elemente Gold (Au), Nickel (Ni) sowie Kupfer (Cu) nachweisen, was auf den ENIG- Lagenaufbau Gold (Au)/Nickel- Phosphor (NiP)/Kupfer (Cu) schließen lässt. Die Schichtdickenbestimmung erfolgt unter Verwendung eines theo retischen Modellsystems, in dem das Kupfersubstrat als unendlich dickes Volumenmaterial (Grundwerkstoff) angenommen wird. Im Hinblick auf die Rückführbarkeit der Messergebnisse sind in Tabelle 1 die Resultate der Schichtdickenmessung an einer Au/NiP 10 / Cu-Kalibrierprobe von Fischer inklusive den angegebenen Referenzwerten für die Schichtdicken der einzelnen Lagen durchgeführt. Aus der Tabelle lässt sich erkennen, dass die Referenzwerte sehr gut mit den gemessenen Durchschnittswerten übereinstimmen. Die Steckkontakte, an welchen die eigentlichen Messungen durchgeführt wurden, sind von 1 bis 5 durchnummeriert (vgl. Bild 5). Pro Steckkontakt werden exemplarisch vier Messpositionen (rot) ausgewählt und pro Messposition ein Röntgen-Emissionsspektrum bei einer Integrationszeit von 15 s erstellt. Zur Sicherstellung einer umfangreichen Messstatistik wird in der Software eine Messroutine programmiert, in der die einzelnen Messpositionen der fünf Kontakte nacheinander angefahren werden. Diese Schleife, bestehend aus 20 Einzelmessungen, wird insgesamt fünfmal durchlaufen. Die in Tabelle 2 aufgeführten Analyseresultate zeigen sowohl für Gold (Au) als auch Nickel-Phosphor anwendungstypische Werte für ENIG-Endoberflächen. Messbeispiel 2: koaxialer Steckverbinder Im Folgenden werden die Analyseresultate der zweiten Messprobe, einem koaxialen Steckverbinder (s. Bild 6), dargestellt. Aus der Beschaffungsdokumentation kann im Hinblick auf die materielle Zusammensetzung des Gehäuses (vgl. exemplarisch grün markierte Bereiche) der Lagenaufbau Gold (Au)/Nickel (Ni)/ Volumen-Messing (CuZn) mit einer Mindestdicke von 0,076 µm für Gold (Au) und 2,540 µm für Nickel (Ni) entnommen werden. Der zentrale Anschlusskontakt (vgl. exemplarisch rot markierter Bereich) besteht aus Gold (Au)/Nickel (Ni)/Volumen-Kupferberyllium (CuBe) mit einer Mindestdicke von 0,762 µm für Gold (Au) und 2,540 µm für Nickel (Ni). Im Fokus der im Folgenden präsentierten Untersuchungen steht die Überprüfung der im Datenblatt angegebenen Mindestwerte für die Schichtdicken. In Analogie zur Messung an den Steckkontakten der PC-Karte, werden Vergleichsmessungen an Kalibrierproben bekannter Schichtdicken durchgeführt. Dabei handelt es sich einerseits um eine Goldfolie mit einer Schichtdicke von 0,051 µm sowie einer 1,29 µm dicken Nickel-Schicht auf Kupfer- Bild 6: Übersicht koaxialer Steckverbinder mit Bereichen des Gehäuses (grün) sowie zentralem Anschlusskontakt (rot) Volumenmaterial. Aus Tabelle 3 lässt sich eine sehr gute Übereinstimmung der ermittelten Werte mit den Referenzwerten ableiten. Der am Gehäuse (s. Bild 7) ermittelte Durchschnittswert für Gold (Au) liegt mit 0,043 µm unterhalb des spezifizierten Mindestwertes von 0,076 µm. Der gemessene Durchschnittswert für Nickel (Ni) in Höhe von 3,736 µm ist dagegen konform mit den Angaben aus der Beschaffungsdokumentation. Im Hinblick auf die Analyse des Steckerbereiches (vgl. Bild 8 und Tabelle 5) zeigt sich für die entsprechenden Elemente ein ähnlicher Trend. Beim zentralen Anschlusskontakt aus Bild 9 liegen sämtliche ermittelten Werte unterhalb der im Datenblatt angegebenen Mindestschicht dicken. Somit sind die RFA-Analyseresultate am koaxialen Steckverbinder allgemein als auffällig zu bewerten. Zur Verifizierung der mittels RFA erhaltenen Messwerte können beispielsweise weiterführende Untersuchungen an Schliffproben mit dem Rasterelektronenmikroskop erfolgen. Parameter Gold (Au) Nickel (Ni) Referenzwert 0,051 µm 1,29 µm gemessener Durchschnittswert 0,051 µm 1,33 µm Standardabweichung 0,004 µm 0,046 µm Anzahl Messdurchläufe 30 30 Messdauer pro Durchlauf 20 s 20 s Tabelle 3: Resultate zur Schichtdickenmessung an Kalibrierstandards 16 3/2017

Qualitätssicherung Bild 7: Gehäuse-Pin Parameter Gold (Au) Nickel (Ni) Gemessener Durchschnittswert 0,043 µm 3,736 µm Standardabweichung 0,005 µm 0,056 µm Anzahl Messdurchläufe 30 30 Messdauer pro Durchlauf 20 s 20 s Tabelle 4: Resultate zur Schichtdickenmessung am Gehäuse-Pin (vgl. grün markierter Bereich in Bild 6) Bild 8: Stecker Parameter Gold (Au) Nickel (Ni) Gemessener Durchschnittswert 0,038 µm 2,88 µm Standardabweichung 0,005 µm 0,043 µm Anzahl Messdurchläufe 30 30 Messdauer pro Durchlauf 20 s 20s Tabelle 5: Resultate zur Schichtdickenmessung am Stecker (vgl. grün markierter Bereich in Bild 6) Fazit Aufgeführte Messbeispiele zeigen, wie mittels der Röntgen-Fluoreszenz-Analyse verschiedenste Proben qualitativ und quantitativ untersucht werden können. Ein wichtiger Aspekt ist hierbei, dass sich die Proben zerstörungsfrei und häufig ohne aufwendige Probenpräparation analysieren lassen. Die Röntgen-Fluoreszenz-Analyse ermöglicht somit in Anlehnung an diverse Normen (u.a. DIN EN ISO 3497, ASTM B 568, DIN EN/IEC 62321) eine schnelle und effektive Qualifikation oder auch serienbegleitende Qualitätskontrolle von Beschichtungen. Auch die Identifizierung von Verunreinigungen (beispielsweise auf Baugruppen) ist möglich. Literaturverzeichnis 100 Jahre Röntgenstrahlen. Erster Nobelpreis für Physik, Ch. R. Friedrich, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Band 26, Nr. 11/12, S. 598-607 (1995) Surface X-ray diffraction, I. K. Robinson and D. J. Tweet, Rep. Prog. in Phys. 55, 599-651 (1992) X-ray photoelectron spectroscopy, J. F. Watts, Surface Science Techniques, Pergamon (1994) 3/2017 Bild 9: Zentraler Anschlusskontakt Parameter Gold (Au) Nickel (Ni) Gemessener Durchschnittswert 0,062 µm 0,686 µm Standardabweichung 0,005 µm 0,029 µm Anzahl Messdurchläufe 30 30 Messdauer pro Durchlauf 20 s 20 s Tabelle 6: Resultate zur Schichtdickenmessung am zentralen Anschlusskontakt (vgl. grün markierter Bereich in Bild 6) X-ray microscopy, V. E. Cosslett and W.C. Nixon, Cambridge. Eng. University Press (1960) Röntgenfluoreszenzanalyse – Anwendung in Betriebslaboratorien, H. Ehrhardt, Springer-Verlag (1989) New world record efficiency for Cu(In,Ga)Se 2 thin-film solar cells beyond 20%, P. Jackson et al., Progress in Photovoltaics (2011) XRF analysis of jewelry using fully standardless fundamental parameter approach, P. Jalas et al., Gold Technology No 35 (2002) Toxic Chemicals in Toys and Children’s Products: Limitations of Current Responses and Recommendations for Government and Industry, M. Becker et al., Environmental Science and Technology 44 (21), pp 7986-7991 (2010) Application of X-ray fluorescence techniques for the determination of hazardous and essential trace elements in environmental and biological materials, S.A. Bamford et al., Nukleonika 49(3):87-95 (2004) Medical Applications of X-ray Fluorescence for Trace Element Research, J. Börjesson and S. Mattsson, JCPDS-International Centre for Diffraction Data 2007 ISSN 1097-0002 HTV Halbleiter-Test & Vertriebs-GmbH info@htv-gmbh.de www.htv-gmbh.de 17

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel