Coatings op elektrische contacten: Eenvoudige meting met behulp van de röntgenfluorescentiemethode
Dankzij de brede range van toepassingen, bestaan er talrijke technologieën voor de vervaardiging van contacten op het gebied van elektrische verbindingen. Deze technologieën zijn uiteindelijk bedoeld om belangrijke parameters zoals de elektrische weerstand of de mechanische belastbaarheid voor de betreffende toepassing te optimaliseren. Voor dit doel worden metalen basismaterialen met een of meerdere metallische coatings normaal gesproken gebruikt als contactmateriaal. De dikte van deze coatings is belangrijk voor de karakterisering van het contact. Het meten van de laagdikte is daarom essentieel voor het proces en voor de kwaliteitscontrole bij de productie van elektrische contacten.
Tabel 1 toont verschillende voorbeelden van veelgebruikte basismaterialen en coatings voor elektrische verbindingen. De mogelijke combinaties resulteren in tal van coatingsystemen, waaronder meerdere coatings, die moeten worden gemeten. Voor een juiste bepaling van de coatingdikte door middel van röntgenfluorescentieanalyse moeten de structuur van de coating en het basismateriaal bekend zijn. Meestal gaat het hierbij om een groot aantal metingen. Het beheer en de kalibratie die soms nodig zijn voor deze metingen is tijdrovend en leidt al snel tot verwarrende en foutgevoelige structuren. Het aantal noodzakelijke metingen kan nu aanzienlijk worden verminderd met WinFTM® Versie 6 evaluatiesoftware.
De IOBC-methode (Independent of Base Composition) vereenvoudigt de procedure. Met deze methode kan de coatingdikte correct worden gemeten, ongeacht de samenstelling van het basismateriaal. De vereenvoudiging van de procedure verhoogt de nauwkeurigheid van de meting. Met een gewijzigd basismateriaal wordt door de software automatisch rekening gehouden.
Deze door WinFTM® V 6 aangeboden opties worden het best geïllustreerd aan de hand van concrete voorbeelden. Het eerste voorbeeld is het Au/Ni/Base systeem. Als basismateriaal worden verschillende Cu-legeringen en Fe-legeringen gebruikt. Voor de klassieke evaluatie moet de software voor elk Au/Ni-contact van het betreffende te meten basismateriaal bekend zijn (gemeten). Door te meten met de IOBC-methode kunnen nu alle contacten in één bewerking worden gemeten. De vergelijking van een coatingsysteem (films met een bekende dikte) op CuSn6 en CuZn36 laat zien dat het basismateriaal vrijwel geen invloed heeft op de gemeten coatingdikte. Bovendien zijn de standaard verkregen resultaten minder bevredigend wat betreft de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de Au en Ni coatings. Ook bij het meten van standaard vrij.
Er is een beperking van de IOBC-methode voor coatings die elementen bevatten die ook in het basismateriaal aanwezig zijn, bijvoorbeeld Cu/CuZn. In dit geval moet een gedefinieerd basismateriaal worden gebruikt. Sn coatings zijn een belangrijke uitzondering op deze regel: Aangezien het element Sn twee sterk gescheiden meetbare componenten heeft in het röntgenfluorescentiespectrum (Sn-K en Sn-L lijnen), waarbij beide lijnen van de coating te zien zijn, maar alleen de Sn-K lijnen van het basismateriaal, met hun hoge energie, bijdragen aan het spectrum. Daarom kunnen Sn-coatings op Sn-bevattende basismaterialen ook worden gemeten met de IOBC-methode. Tabel 3 toont een vergelijking van verschillende Sn-coatings op CuSn6 en CuZn36. De invloed van het basismateriaal op de gemeten Sn-coating dikte is in dit geval ook verwaarloosbaar.