CN112325825A - 一种获取表面镀覆薄层厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面检测技术及表面处理工艺(表面工程)质量评价领域，尤其涉及一种获取表面镀覆薄层厚度的方法。本发明所述的一种表面镀覆薄层厚度检测方法涉及仪器设备简单，操作简便，成本低；能大幅度提高生产(检测)效率；有效地拓展了镀覆层厚度检测技术。

Description

一种获取表面镀覆薄层厚度的方法
技术领域
本发明属于表面检测技术及表面处理工艺(表面工程)质量评价领域，尤其涉及一种获取表面镀覆薄层厚度的方法。
背景技术
镀覆层厚度是生产工艺中衡量镀覆层质量的重要指标，它直接关系到产品耐蚀、耐磨、装配、导通互联及可靠性能。镀覆层厚度也是进行厚度波动度评估的基础数据。厚度太薄，则不能起到保护基底的作用，影响光泽度，同时带来腐蚀、开裂的隐患；厚度太厚，容易造成表面结瘤、外观凸起、局部脱落，给产品带来缺陷，而且成本更高。因此，镀覆薄层厚度测量已成为表面防护效果评价和表面工程质量检测的重要环节，尤其对于电子产品、电子元器件来说，质量控制和可靠性设计对镀层厚度都有明确要求。镀覆薄层厚度指标及厚度均匀性是评判他们达到何种质量等级的重要手段。
现有镀覆薄层厚度的常用的检测技术有，①金相切片法(剖面显微测量法)。制备出截面试样，采用金相显微镜、电子显微镜等进行厚度的测量。②基于X射线衍射的方法。通过X射线衍射强度的强弱或衍射线的衰减来推算镀覆层的厚度。然而，这些方法测量过程复杂，测试效率低下。此外，对于剖面显微测量法，它属于微区显微分析，检测结果取决于所选的分析区域及部位，测试结果离散大。X射线测厚的方法依赖衍射信息，衍射信号较弱或峰形较差时会导致测量误差较大，精度不高，并且有辐射危害。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种获取表面镀覆薄层厚度的方法，该方法为表面镀覆薄层厚度的检测提供了一种新思路。该方法原理清晰，简单易行，可实现快速检测。
本发明的技术解决方案是：
一种获取表面镀覆薄层厚度的方法，该方法用于获取在基底材料上镀覆的薄层的厚度，薄层的厚度为1μm以上，基底材料的密度用ρ0表示，通过材料手册获取，镀覆层的密度用ρ1表示，ρ0和ρ1均通过材料手册获取；ρ1还可以通过超声波、射线等测试获取，ρ0还可以通过去除掉镀覆层(如，磨抛掉)再通过排液法或气体置换法测试获取；基底材料和镀覆层组成整体试件；
该方法的步骤包括：
(1)测试整体试件的厚度d和整体试件的密度ρ；
(2)镀覆层的厚度d1为：
Figure BDA0002704688350000021
所述的步骤(1)中，整体试件的厚度d通过数显千分尺进行测量得到；
所述的步骤(1)中，整体试件中镀覆层的材料为金属化层、陶瓷涂层、玻璃涂层或高分子涂层，金属化层为金属镀层或PCB覆铜层；
所述的步骤(1)中，整体试件的密度ρ优选排液法或气体置换法测定，排液法一般采用排水法，当镀覆层、基底材料体系含与水反应的组成分时，需更换其他惰性浸渍液进行测试，当整体试件含有无法忽略的孔隙、缝隙、裂缝等结构时，也可采用气体置换法(气体吸脱附)进行整体试件的密度ρ测定；
所述的整体试件的密度ρ采用排液法测定步骤包括：测定试件的质量m，优选高精度天平测定，测定整体试件完全浸没在浸渍液中的表观质量m′，优选高精度天平测定，记录测试时浸渍液温度T，浸渍液的密度为ρl与温度T存在函数关系，为已知值，整体试件密度的计算公式为：
Figure BDA0002704688350000022
上述的方法涉及基底材料密度、镀覆层密度、整体试件密度及整体试件厚度，即将镀覆层厚度表示为基底材料密度、镀覆层密度和整体试件密度、整体试件厚度的函数，而且只要试验测定镀覆层、基底材料、整体试件的厚度及密度，就可计算出镀覆薄层的厚度。
本发明涉及到一种获取表面镀覆薄层厚度的方法，属于表面镀覆层质量控制及性能检测技术领域。该方法通过测试基底材料和镀覆层组成的整体试件的厚度和密度，进一步通过本发明所提出的计算公式求算出镀覆薄层的厚度。镀覆薄层厚度测量方法简便，操作简易，测量精度高，具有较强的应用价值。
对于镀覆层，若其质量为m1，则：
m1＝ρ1V1＝ρ1Sd1
S为镀覆层面积；
对于基底材料，若其质量为m0，则：
m0＝ρ0V0＝ρ0Sd0
d0为基底材料面积；
对于整体试件，若其质量为m，则：
m＝ρV＝ρSd
上述各式中，ρ1为镀覆层材料密度，V1为镀覆层材料体积，S为整体试件底面积(与厚度方向垂直)，d1为镀覆层材料厚度，ρ0为基底材料密度，V0为基底材料体积，d0为基底材料厚度，ρ为整体试件密度，V为整体试件体积，d为整体试件厚度；
由于，
m＝m1+m0
所以，
ρSd＝ρ1Sd1+ρ0Sd0
进一步变换为：
ρd＝ρ1d1+ρ0d0
所以，
Figure BDA0002704688350000031
考虑到d1＜＜d0，所以，
Figure BDA0002704688350000032
上述公式中，镀覆薄层/基底材料整体厚度d通过数显千分尺进行检测，取各个测试点的平均值，镀覆层的密度ρ1和基底材料的密度ρ0都为已知值，整体试件的密度ρ基于阿基米德原理采用排水法测定或采用气体置换法测定。
整体试件密度ρ采用排液法测试，方法如下：
由于整体试件在浸渍液中所受的浮力等于被物体排开的浸渍液的重力，设样件的质量为m，体积为V，完全浸没在浸渍液中的表观质量为m′，重力加速度为g，温度为T时，浸渍液的密度为ρl(浸渍液密度已知)。
则存在：
(m-m′)g＝ρlgV
所以，
Figure BDA0002704688350000041
此时，镀覆层厚度的计算公式也可写为：
Figure BDA0002704688350000042
本发明的有益效果：
本发明的方法应用于表面镀覆薄层厚度检测技术领域，涉及一种镀覆薄层厚度的测算方法，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果中的一种或者多种或者全部：本发明所述的一种表面镀覆薄层厚度检测方法涉及仪器设备简单，操作简便，成本低；能大幅度提高生产(检测)效率；有效地拓展了镀覆层厚度检测技术。
附图说明
图1是镀覆层结构示意图及厚度获取流程图；
图2是通过排水法测试Cu/Si(Si片镀覆Cu)试样的密度结果；
图3是Cu/Si(Si片镀覆Cu)试样镀覆层厚度测试结果；
图4是基于剖面显微测量法，Cu/Si(Si片镀覆Cu)试样镀覆层厚度测试结果(用于对比)。
具体实施方式
为使本发明的所述目的、特征和优点能够更加明白、易懂，下面结合附表、附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面具体实施的限制，以下为实施例。
实施例
选取Cu/Si(Si片镀覆Cu)试样。按照图1所示的实施步骤：
(1)使用数显千分尺对整体试件不同部位进行厚度测量。整体试件厚度测量结果见表1。
表1是Cu/Si(Si片镀覆Cu)试样厚度测试结果
Figure BDA0002704688350000051
(2)实施下述步骤进行整体试件的密度测试。
1)称量试样在空气中的质量m；
2)针对排水法装置，使用温度计记录浸渍液温度；
3)将金属丝悬挂于固定支架上，稳定后将固定支架放于天平上，然后使金属丝浸入浸渍液(选取：去离子水)中，进行去皮归零；
4)将整体试件悬挂于金属丝上浸入浸渍液，读数稳定后，记录整体试件在水中质量m′；
5)计算出整体试件的密度。密度测量结果见图2。
(3)最后通过公式
Figure BDA0002704688350000052
计算出镀覆层的厚度。三组示例测试样品镀覆层厚度的测量结果见图3，镀覆层厚度分别为：6.85μm、7.22μm及7.62μm。
结果比对：抽取该产品磨抛制样，通过剖面显微测量法测量镀覆层厚度的结果见图4，厚度为7.48μm，与本发明所述方法检测的结果吻合，也证实了本发明所述方法的有效性。
上面实施例对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：
镀覆层的厚度d1为：
Figure FDA0002704688340000011
其中，d为整体试件的厚度，整体试件包括基底材料和基底材料表面的镀覆层；
ρ为整体试件的密度；
ρ0为基底材料的密度；
ρ1为镀覆层的密度。
2.根据权利要求1所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：镀覆层的厚度为1μm以上。
3.根据权利要求1所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：基底材料的密度ρ0通过材料手册获取或通过去除掉镀覆层后再通过排液法或气体置换法测试获取。
4.根据权利要求1所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：镀覆层的密度ρ1通过材料手册获取或通过超声波测试或射线测试获取。
5.根据权利要求1所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：整体试件的厚度d通过数显千分尺进行测量得到。
6.根据权利要求1所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：整体试件中镀覆层的材料为金属化层、陶瓷涂层、玻璃涂层或高分子涂层。
7.根据权利要求6所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：金属化层为金属镀层或PCB覆铜层。
8.根据权利要求1所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：整体试件的密度ρ选用排液法或气体置换法测定。
9.根据权利要求8所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：排液法采用排水法，当镀覆层、基底材料体系含与水反应的组成分时，需更换为惰性浸渍液进行测试，当整体试件含有无法忽略的孔隙、缝隙或裂缝时，采用气体置换法进行整体试件的密度ρ测定。
10.根据权利要求8或9所述的一种获取基底材料表面镀覆层厚度的方法，其特征在于：整体试件的密度ρ采用排液法测定步骤包括：
第一步，使用高精度天平测定整体试件的质量m；
第二步，使用高精度天平测定整体试件完全浸没在浸渍液中的表观质量m′，并记录测试时浸渍液温度T时浸渍液的密度ρl；
第三步，整体试件的密度ρ为：
Figure FDA0002704688340000021
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