- 技術應用 -
27.May.2008
X-ray螢光-XRF 利用非破壞性XRF(ED-XRF)創新快速分析檢測─印刷電路基板(PCB)中鹵素(Halogen Free)應用技術
利用非破壞性XRF(ED-XRF)創新快速分析檢測─印刷電路基板(PCB)中鹵素(Halogen Free)應用技術
最新一波的綠色電子浪潮--無鹵素(Halogen-free)將再次席捲全球之電子產業，世界各國及相關電子大廠也陸續對電子消費產品展開一系列的限制鹵素產品確定無鹵及到入時程。一般而言，無鹵素以對印刷電路板為首先重點管制對象之ㄧ，減少鹵素阻燃劑(BFRs)與添加劑含量。國際電工委員會(IEC)在61249-2-21條例與日本印刷電路板協會(JCPA)都對無鹵素(Halogen Free)定義了具體規範：氯和溴的個別含量須在0.09wt%(900ppm)以下，總含量必須在0.15wt%(1500ppm)以下的管制界限，無鹵規範也同時成為RoHS有害物質指令的延伸要求。
無鹵素材質快速測試方法─XRF的創新技術
根據RoHS指令的測試規範，溴已經確立了測試和校正的標準方法。但是在氯元素的檢測方面，因為氯分析線落在低能量區域造成檢測上的難度，所以檢測之前樣品必須先經過一些準備。
圖1 樣品厚度測得鹵素的螢光X線相對強度
圖1所示為聚乙烯(PVC)厚度和理論上氯氣強度的關係圖。我們可以看到，當氯的射線強度接近飽和時，樣品厚度約為0.2毫米。這就是說，就算是換一個不同濃度的不均質樣品來，還是只能測到樣品表面的數據而已。所以如果樣品不是均質的，尤其內部與表面的濃度根本不同的話，對測試的數據就會產生很大的影響。
其中一個解決非均質樣品的方法，是粉碎研磨(milling)，如此可藉由粉碎，再重新混合壓縮粉末狀的樣品後，即可得到一個均質的樣品表面。
圖2 粉末研磨成粉後再壓錠的樣品
另外空氣介質會對在低能量範圍的氯分析線，吸收其射線強度並造成氯的射線強度的衰變。為了解決這個問題，科邁斯集團所銷售系列的XRF檢測器和光學佈置，使X射線管更加接近樣品。這樣就能夠有效降低氯射線在空氣中的衰變影響，使得在大氣環境下精確測量氯含量的可能性得以實現。當然還可以配合真空壓縮機抽真空，來提高測量氯元素的感度。當樣品是在真空環境中進行量測時，便能進一步消除相鄰氬峰(Ar)所可能造成的空氣干擾。
圖3 大氣與抽真空環境中的鹵素圖譜比較
PCB基板實際測樣結果：
一、氯(Cl)的分析
採用真空量測以避免空氣吸收對低能量區段氯元素射線的影響，以下是以PCB基板範例氯的能譜圖和檢量線圖：
圖4真空中的PCB基板的氯峰
圖5 真空中氯的檢量線
PCB基板由多層的印刷層板所組成，如前所述，氯只能測到靠近表面0.2微米的數據，因此有必要拆開各層的基板並分開測量，以下圖表為對環氧樹脂(Epoxy)PCB基板中的低濃度氯元素的量測結果：
表2 PCB環氧樹脂基材的測定
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氯濃度 (ppm)
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測定回數
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重複測定10次
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平均值
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66.9 ppm
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Range
|
7 ppm
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標準偏差
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2.4 ppm
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ＣＶ(%)
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3.6 %
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由上表可以看出，重複測量氯濃度小於100 ppm的低濃度含氯樣品，其變異係數(CV，coefficient variation)為3.6％ ，顯示出其再現性表現良好。
二、溴(Br)的分析
至於溴(Br)在RoHS的部份XRF已具有相當成熟的技術。但是，當在測量塑料中的溴時，由於X光強度會受到樣品的形狀及厚度的影響，必須要予以修正。這點在精工第27期通訊中，有介紹到SEA系列儀器所特有的自動補正功能應用。
印刷電路軟板的測試結果如下圖所示：
表3 基板材料中厚度與溴含量定量表（單位ppm）
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樣品數量
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樣品1
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樣品2
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1
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1829
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4025
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|
4
|
1997
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4589
|
|
16
|
1692
|
3987
|
（樣品厚度約0.05mm）
表4的結果顯示，當同一樣品燃燒、融化，然後再以ICP光譜儀或離子色譜法測量，樣本均分為兩片進行測量的數據比較。
表4 基板材料中的溴含量（單位ppm）
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方法
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樣品1
|
樣品2
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ICP-OES １
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1499
|
3669
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ICP-OES ２
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1517
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3643
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離子色譜分析１
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1670
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4020
|
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離子色譜分析２
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1628
|
4055
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從ICP光譜儀和離子色譜法的結果看來大致與XRF相同，因此雖然XRF會建議樣品厚度應該有足夠的厚度(數毫米以上)，以取得最佳效果；但綜合以上兩個表格可以看出，在經過特有的自動補正之後，即使較薄的樣品也同樣能夠達到有效判別的分析目的，而不必那麼在意厚度的問題了。
結語
科邁斯集團所銷售的螢光X射線分析儀XRF在測量無鹵材料中溴和氯含量，已具有高水平的準確性。此外，其他像是在回收紙張或塑料燃油(RPF)的過程中也需要一個類似氯含量的測量，所以這類型的測量，可望在未來有更廣泛的應用前景。我們分析了市場需求認為，如果我們真正展望未來對RoHS應用及無鹵要求，市場上不僅要求新軟體，還要求全新的XRF技術平台和能力；科邁斯集團(TechMax Group)堅持給您最好的服務品質，不定期提供最新知識，以及備有專業的研究室，解決您在商品上的問題。
若有任何技術問題或產品需求，歡迎與我們聯絡! (TEL: 02-89901779
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