XRF080019 利用非破坏性XRF(ED-XRF)创新快速分析检测─印刷电路基板(PCB)中卤素(Halogen Free)应用技术

新闻提供∶科迈斯集团发表日∶2008/05/27
关键字∶ 无卤素分析 Halogen Free XRF RoHS 材料无卤规范 PVC 无卤基板 PCB 印刷电路板问题提问

利用非破坏性XRF(ED-XRF)创新快速分析检测─印刷电路基板(PCB)中卤素(Halogen Free)应用技术

最新一波的绿色电子浪潮--无卤素(Halogen-free)将再次席卷全球之电子产业，世界各国及相关电子大厂也陆续对电子消费产品展开一系列的限制卤素产品确定无卤及到入时程。一般而言，无卤素以对印刷电路板为首先重点管制对象之ㄧ，减少卤素阻燃剂(BFRs)与添加剂含量。国际电工委员会(IEC)在61249-2-21条例与日本印刷电路板协会(JCPA)都对无卤素(Halogen Free)定义了具体规范∶氯和溴的个别含量须在0.09wt%(900ppm)以下，总含量必须在0.15wt%(1500ppm)以下的管制界限，无卤规范也同时成为RoHS有害物质指令的延伸要求。

无卤素材质快速测试方法─XRF的创新技术

根据RoHS指令的测试规范，溴已经确立了钗h测试和校正的标准方法。但是在氯元素的检测方面，因为氯分析线落在低能量区域造成检测上的难度，所以检测之前样品必须先经过一些准备。

图1 样品厚度测得卤素的萤光X线相对强度

图1所示为聚乙烯(PVC)厚度和理论上氯气强度的关系图。我们可以看到，当氯的射线强度接近饱和时，样品厚度约为0.2毫米。这就是说，就算是换一个不同浓度的不均质样品来，还是只能测到样品表面的数据而已。所以如果样品不是均质的，尤其内部与表面的浓度根本不同的话，对测试的数据就会产生很大的影响。

其中一个解决非均质样品的方法，是粉碎研磨(milling)，如此可藉由粉碎，再重新混合压缩粉末状的样品後，即可得到一个均质的样品表面。

图2 粉?研磨成粉後再压锭的样品

另外空气介质会对在低能量范围的氯分析线，吸收其射线强度并造成氯的射线强度的衰变。为了解决这个问题，科迈斯集团所销售系列的XRF检测器和光学布置，使X射线管更加接近样品。这样就能够有效降低氯射线在空气中的衰变影响，使得在大气环境下精确测量氯含量的可能性得以实现。当然还可以配合真空压缩机抽真空，来提高测量氯元素的感度。当样品是在真空环境中进行量测时，便能进一步消除相邻氩峰(Ar)所可能造成的空气干扰。

图3 大气与抽真空环境中的卤素图谱比较

PCB基板实际测样结果∶

一、氯(Cl)的分析

采用真空量测以避免空气吸收对低能量区段氯元素射线的影响，以下是以PCB基板范例氯的能谱图和检量线图∶

图4真空中的PCB基板的氯峰

图5 真空中氯的检量线

PCB基板由多层的印刷层板所组成，如前所述，氯只能测到靠近表面0.2微米的数据，因此有必要拆开各层的基板并分开测量，以下图表为对环氧树脂(Epoxy)PCB基板中的低浓度氯元素的量测结果∶

表2 PCB环氧树脂基材的测定

	氯浓度 (ppm)
测定回数	重复测定10次
平均值	66.9 ppm
Range	7 ppm
标准偏差	2.4 ppm
ＣＶ(%)	3.6 %

由上表可以看出，重复测量氯浓度小於100 ppm的低浓度含氯样品，其变异系数(CV，coefficient variation)为3.6％，显示出其再现性表现良好。

二、溴(Br)的分析

至於溴(Br)在RoHS的部份XRF已具有相当成熟的技术。但是，当在测量塑料中的溴时，由於X光强度会受到样品的形状及厚度的影响，必须要予以修正。这点在精工第27期通讯中，有介绍到SEA系列仪器所特有的自动补正弁钼P应用。

印刷电路软板的测试结果如下图所示∶

表3 基板材料中厚度与溴含量定量表（单位ppm）

样品数量	样品1	样品2
1	1829	4025
4	1997	4589
16	1692	3987

（样品厚度约0.05mm）

表4的结果显示，当同一样品燃烧、融化，然後再以ICP光谱仪或离子色谱法测量，样本均分为两片进行测量的数据比较。

表4 基板材料中的溴含量（单位ppm）

方法	样品1	样品2
ICP-OES １	1499	3669
ICP-OES ２	1517	3643
离子色谱分析１	1670	4020
离子色谱分析２	1628	4055

从ICP光谱仪和离子色谱法的结果看来大致与XRF相同，因此虽然XRF会建议样品厚度应该有足够的厚度(数毫米以上)，以取得最佳效果；但综合以上两个表格可以看出，在经过特有的自动补正之後，即使较薄的样品也同样能够达到有效判别的分析目的，而不必那麽在意厚度的问题了。

结语

科迈斯集团所销售的萤光X射线分析仪XRF在测量无卤材料中溴和氯含量，已具有高水平的准确性。此外，其他像是在回收纸张或塑料燃油(RPF)的过程中也需要一个类似氯含量的测量，所以这类型的测量，可望在未来有更广泛的应用前景。我们分析了市场需求认为，如果我们真正展望未来对RoHS应用及无卤要求，市场上不仅要求新软体，还要求全新的XRF技术平台和能力；科迈斯集团(TechMax Group)坚持给您最好的服务品质，不定期提供最新知识，以及备有专业的研究室，解决您在商品上的问题。

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