Metody měření tloušťky tenkých vrstev váhové elektrické optické dotykové speciální
Váhové metody Mikrováhy – přímé měření hmotnosti vrstev Mayerova torzní mikrováha
• • • •
citlivost lepší než 10E-8 g zjištěná hmotnost vrstvy … m plocha …………………….. S hustota ……………………. ρ
tloušťka (hmotová)
m t= S .ρ
Dynamické vážení kmitajícím křemenným výbrusem • vlastní kmitočet kmitů krystalu při tloušťce výbrusu t • vp ….. rychlost příčných elastických vln ve směru tloušťky výbrusu • N ….. frekvenční konstanta (pro řez AT N = 1 670 kHz.mm)
vp
N = f = 2.t t
Kmitočet se změní o df Citlivost až 10E-12 g.cm-2 2
f dm df = − N .ρ k S
Elektrické metody • Měření elektrického odporu • Měření kapacity • Měření změn činitele jakosti cívky Q
Ionizační metoda • •
Páry vypařované látky se zionizují a měří se iontový proud = ionizační měrka vložená do proudu par. Rotující clonou se přerušuje tok par napařované látky, st složka iontového proudu je úměrná toku par, ss složka je způsobena ionty zbytkových plynů.
Optické metody Měření absorpce světla Záření prochází vrstvou a původní intenzita I0 je zeslabena na hodnotu I,
I = I 0 (1 − R ) exp(− αt ) 2
t ….. tloušťka vrstvy α …. součinitel absorpce vrstvy pro dané záření (vlnovou délku λ) R …. odrazivost rozhraní vzduch – vrstva
Interferenční metody Interference světla s vlnovou délkou λ0 na tenké vrstvě – planparalelní vrstvě o tloušťce t ozářená paprskem pod úhlem α. Lomí se pod úhlem β, odráží pod úhlem α.
Interferenční jev záleží na rozdílu optických drah interferujících paprsků ∆l (index lomu vrstvy n, index lomu vzduchu = 1)
2tn ∆l = − 2t. tan β sin α cos β
sin α n= sin β
∆l = 2t n − sin α 2
2
efektivní rozdíl optických drah ∆l ef = ∆l −
Interferenční maximum pro odražené světlo
Interferenční minimum pro odražené světlo
∆l ef = (2k + 1)
∆l ef = 2k
λ0 2
λ0 2
λ0 2
Měření tloušťky pomocí interferenčních barev Osvětlení kolmé, bílým světlem – maxima pro
1 λ0 4
3 λ0 4
Tolanského metoda interferenčních proužků – absolutní standardní metoda.
∆L λ t= L 2
• Interferometr – mikroskopický, Michelsonův • Elipsometrická metoda
Pro velmi tenké neabsorbující vrstvy (tloušťky řádu desetin nm, oxidy, nitridy). Vyhodnocuje se na základě měření poměru amplitudy odraženého světla polarizovaného v rovině dopadu a polarizovaného kolmo k rovině dopadu, jejich fázového rozdílu, při několika různých úhlech dopadu (úhly velké, obvykle nad 45 º).
Dotyková metoda Tenká vrstva musí na podložce tvořit „schod“ – jeho výška se měří diamantovým hrotem posunujícím se přes tento schod.
Speciální metody měření tlouštěk • Absorpce záření α či β z radioaktivních zdrojů – zářiče 4He, C14 • Zpětný rozptyl záření β Měření intenzity Geigerovými-Müllerovými čítači
• Rentgenová fluorescenční analýza Měří se intenzita fluorescenčního záření (obvykle čára Kα vybuzeného ve vrstvě budicím rtg zářením.
• Elektrolytickým odleptáním
Zkoušení pájitelnosti (vývodů součástek, připojovacích plošek na DPS) • • • •
Zkouška ponorem Kuličková zkouška Test roztékavosti Metoda smáčecích vah
Zkouška ponorem • Testovaný vývod opatřený tavidlem se ponoří do lázně roztavené pájky. Po vytažení se vizuálně hodnotí kvality pokrytí povrchu pájkou. Subjektivní interpretace snižuje kvalitu výpovědi zkoušky.
Kuličková zkouška Testovaný vývod opatřený tavidlem se ponoří do kapky roztavené pájky. Měří se doba od vnoření vývodu do pájky do přelití pájky přes vývod.
Test roztékavosti • Pro zkoušení aktivity tavidel a roztékavosti pájky. • Definované množství pájky se položí na definovaně zoxidovaný povrch mědi. Měří se plocha, kterou rozteklá pájka zaplní nebo nejvyšší výška po roztečení. Hodnotí se i úhel smáčení.
Metoda smáčecích vah • Zkoušený vývod opatřený tavidlem je zavěšen na siloměru a ponořen definovaným způsobem do lázně roztavené pájky. Měří se časová závislost sil působících na vývod v průběhu ponořování, setrvání a vytažení z lázně. • Kritéria hodnocení stanoví různé standardy, vyhodnocují se síly dosažené v určitých časech.
• Jediná objektivní metoda, drahá (časově i přístrojově náročná).
Funkční testy, vnitroobvodové testy DPS • Testování dokončených DPS, smontovaných DPS (s připojenými součástkami) pomocí jehlových polí • testy „in circuit“ • testy MDA (Manufacturing Defekt Analysing).
Optické testovací systémy – AOI (Automatic Optical Inspection)
Osvětlení laserem
Osvětlení LED
Osvětlení více zdroji případně vícebarevné
