专利名称：一种基材表面镀层的测定方法
技术领域：
本发明是关于一种基材表面镀层的测定方法。
背景技术：
现在的很多器件和用具(如手机的外壳或按键) 一般在基材表面镀一层 或多层金属，因此，在进行品质控制和问题分析时，要求准确测定出镀层的 成分和厚度，当镀层为多层金属时还需要准确测试出多层金属的层数和排列 次序。
现有的测定表面镀层的方法有化学电解法、显微镜观察法和能谱法。化 学电解法为把样品做成板快形态的电极，和另一个电极，电解池，电源组成 一个闭合的电解电路，通过检测电解的电位跃迁来判断各层金属电离完毕时 间t，通过电流计，记录电流大小，由I和t可以计算出电解时通过的电量
Q=It，由电量以及元素的电离价态n和原子量M可以计算出各层镀层的质量 m=MQ/n，再结合密度p和面积A，由d=m/Ap计算得出镀层厚度；该方法 只适用于测试大块样品的镀层厚度，难于测得小块样品镀层的成分、层数等 信息。显微镜观测法的步骤包括将基材的横截面进行化学处理(比如染色 处理)，然后在显微镜下(包括电子显微镜)观测经过化学处理后的基材横 截面，该方法需要对基材的横截面进行化学处理，步骤繁琐，仅能粗略观测 镀层的厚度，无法测定镀层的其它信息如镀层成分。能谱法使用能谱仪进行 测定，只能定性或半定量的测试电镀器件的镀层成分，无法获知厚度、层数 等信息。
因此，如上所述，现有的测定表面镀层的方法无法准确地测定出镀层的 成分和厚度。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的测定表面镀层的方法无法准确地测定 出镀层的成分和厚度的缺点，提供一种能够准确地测定出镀层成分和厚度的 基材表面镀层的测定方法。
本发明提供了一种基材表面镀层的测定方法，其中，该方法包括利用电
子显微镜检测基材和镀层的横截面，确定镀层和基材的分界；利用能谱仪对 镀层区域进行线扫描，根据能谱图上元素的特征峰确定镀层的组成， 一种元 素的特征峰的线扫描距离为含有该元素的镀层的厚度。
本发明的方法结合使用电子显微镜和能谱仪，能够准确地检测出镀层的 组成和厚度。如果待检测的镀层为多层镀层，除了能够测出各层的组成和厚 度，本发明的方法还可以准确地测定出镀层的层数及排列顺序。因此，本发 明的方法可以用于对镀件半成品及产品进行检验和品质控制。
图1为实施例1中得到的能谱图2为实施例1中得到的线扫描的图谱；
图3为实施例2中得到的样品B的线扫描的图谱;
图4为实施例2中得到的样品C的线扫描的图谱。
具体实施例方式
本发明提供的基材表面镀层的测定方法包括利用电子显微镜检测基材 和镀层的横截面，确定镀层和基材的分界；利用能谱仪对镀层区域进行线扫 描，根据能谱图上元素的特征峰确定镀层的组成， 一种元素的特征峰的线扫 描距离为含有该元素的镀层的厚度。
根据本发明的方法，基材和镀层的横截面可以通过常规的切割方法对基
材和位于基材表面的镀层进行垂直切割而得到。在利用电子显微镜检测之 前，还可以对基材的横截面依次进行磨光、抛光和导电化，以利于用电子显 微镜检测。
研磨的方法包括用砂纸摩擦通过切割而得到的横截面。所述砂纸可以为
各种常规的研磨用砂纸，如600弁水砂纸和M14金相砂纸。
抛光的方法可以为抛光膏抛光和/或无毛布抛光。所述抛光膏可以为常
规的各种抛光膏，例如hohn&ho，hnGmbH-D-5657Haanl抛光膏。抛光之后，
可以用无水酒精将横截面表面清洗干净。
所述导电化的方法包括用导电胶将基材固定在电子显微镜的样品台上
然后真空蒸镀金层。金层的厚度可以为15-25纳米。可以采用常规的真空蒸
镀设备来形成金层，例如中国科学院科学仪器厂生产的SBC-2型表面处理机。
在本发明的方法中，可以使用常规的各种电子显微镜，如扫描电子显微 镜。扫描电子显微镜的结构和使用方法已为本领域技术人员所公知，扫描电 子显微镜主要由电子光学系统(镜筒)、偏转系统、信号检测放大系统、图像 显示和记录系统、电源系统和真空系统组成。
本发明的方法利用电子显微镜来确定基材和镀层的分界。电子显微镜的 检测条件包括真空度为10—6至10'4帕，负载电流为80-120微安，工作距离为 10-15毫米，束斑直径为15-25纳米。所述工作距离为最后一级物镜光栏底 表面与基材的横截面上表面之间的距离。所述真空度表示电子显微镜系统内 的绝对压力的大小。
在本发明的方法中，可以使用常规的各种能谱仪，例如美国NORAN公 司生产的QUEST型能谱仪(EDS)。能谱仪的结构和使用方法已为本领域 技术人员所公知。在本发明的方法中利用能谱仪对镀层区域进行线扫描，所 述线扫描是指扫描电子束沿样品表面(即镀层的横截面)选定的直线轨迹进行扫描。所述直线轨迹称作扫描线。
扫描电子束在样品表面进行线扫描的同时，能谱仪的检测器接收样品表
面的不同能量x射线，以及不同能量x射线的信号个数的二维图谱，通过
处理软件如ImagePlus处理接收到的数据，得到样品表面的能谱图。根据能 谱图上的元素特征峰确定镀层的组成， 一种元素的特征峰的线扫描距离为含 有该元素的镀层的厚度。所述线扫描距离是指从该元素的特征峰正好出现的 点到该元素的特征峰正好消失的点之间的距离，可以采用处理软件如 ImagePlus对图谱数据进行拟和平滑处理而得出某一元素的特征峰的线扫描 距离。例如，通过分析，能谱图上只出现A1的特征峰，可以判断出镀层的 成分为A1，由于只含有A1，线扫描距离即为A1鍍层的厚度。
在进行线扫描时，扫描线垂直于镀层和基材的分界，扫描电子束垂直于 基材和镀层的横截面。
为了更准确地测定镀层的厚度，可以通过调节线扫描的条件使能谱仪的 能谱信号的漂移量不大于O.l微米，例如，将扫描电子束的加速电压控制在 5-15千伏、优选8-12千伏的范围内。
在进行线扫描时，优选从镀层和基材的分界开始，由里向外对镀层区域 进行线扫描。按照该优选实施方式，可以测定出多层镀层的层数和排列次序。 例如，从镀层和基材的分界开始，由里向外对镀层区域进行线扫描的过程中， 在能谱图上依次出现了 Fe、 Ag和Al的特征峰，可以判断出镀层区域包括铁 层、银层和铝层，并且按照Fe、 Ag和Al的特征峰的出现顺序，可以判断镀 层从里向外依次为铁层、银层和铜层；根据Fe、 Ag和Al各自的特征峰的线 扫描距离，确定铁层、银层和铜层各自的厚度。
下面通过实施例来更详细地描述本发明。
实施例中所用到的仪器
扫描电子显微镜日本JEOL公司生产的JSM-5610LV型扫描电子显微
镜(SEM);
能谱仪美国NORAN公司生产的QUEST型能谱仪(EDS); 表面处理机中国科学院科学仪器厂生产的SBC-2型表面处理机； 仪器数据处理软件SpectraPlus analysis2 ImagePlus
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的基材表面镀层的测定方法。
1、 样品的前处理对样品A (电镀手机外壳)进行垂直切割，截面依 次经600#水砂纸，M14金相砂纸磨平，然后用抛光膏(hohn&ho'hn GmbH-D-5657 Haanl)抛光，并用无水酒精清洗干净后用无毛布抛光，再次 用无水酒精清洗干净，得到一个能水平放置的平面。
2、 样品的导电化处理把经过步骤1制备好的样品A用导电胶固定在 电子显微镜所配备的专用样品台上，在SBC-2型表面处理机(中国科学院科 学仪器厂出厂)中抽真空，2分钟后，蒸镀上20纳米的金层。
3、 待测样品的测试
把经过上述步骤2制备好的样品A连同电子显微镜所配备的专用样品台 固定到扫描电子显微镜的测试样品托盘中，抽真空，达到测试要求的真空度 10—5帕后，进行以下测试
调节扫描电子显微镜的测试样品托盘，使被观察样品A的截面与扫描电 子显微镜电子束方向垂直，且与扫描电镜的观察屏幕竖直方向平行；
把电子显微镜条件设置为高真空状态，负载电流为96uA，束斑直径为 20纳米，工作距离选择12毫米；开启电子显微镜，在扫描电镜的观察屏幕 的指引下，水平移动样品托盘，找到并确认样品A (电镀手机外壳)的截面 上镀层与手机外壳部件底基的分界，从分界开始，利用能谱仪在扫描电子束 的加速电压为IOKV的条件下从里到外对镀层区域进行线扫描，采集数据，
利用能谱所配数据处理软件ImagePlus处理数据，得到如图1所示的能谱图。 确认样品A的截面上镀层中含有的金属元素为Al、 Ag、 Fe，初步确定镀层 含有A1、 Ag、铁三层，并根据A1、 Ag、 Fe的特征峰出现的顺序，确定最里 层(最接近手机外壳底基)为铁层，中间层为银层，外层为铝层。通过得到 的图谱数据经过ImagePlus对数据图谱拟和平滑处理得出各层金属的厚度， 在图2中(图2的横坐标为从基材与镀层的分界起，由里向外的扫描距离)， 左边的曲线代表Fe，中间的曲线代表Ag，右边的曲线代表A1，由图2可知 铁层的厚度为3.5微米，银层的厚度为2.4微米，铝层的厚度为3.1微米。
实施例2
该实施例用于说明本发明提供的基材表面镀层的测定方法。 为了验证本发明的方法的测试结果的准确性，进行了如下实验。 (1)将5厘米x5厘米x0.5厘米的ABS塑料板浸入温度为55"的镀液 中(所述镀液含有焦磷酸铜、焦磷酸钾和柠檬酸铵，所述镀液中焦磷酸铜的 含量为50克/升、焦磷酸钾的浓度为300克/升，柠檬酸铵的浓度为18克/升) 作为阴极，以铜金属板作为阳极。接通直流电流，电流密度为3安/平方分米， 电镀5分钟后，停止电镀，取出ABS塑料板并水洗至无酸根离子被检出， 在ABS塑料板上电镀得到铜层。
将上述得到的镀有铜的ABS塑料板浸入温度为50'C的镀液中(所述镀 液含有300克/升硫酸镍、45克/升氯化镍和35克/升硼酸)作为阴极，以镍 金属板作为阳极。接通直流电流，电流密度为4安/平方分米，电镀6分钟， 然后停止电镀，取出镀有金属镍的ABS板，用去离子水洗涤至无酸根离子 被检出。
将上述得到的镀有铜和镍的ABS塑料板浸入温度为35X:的镀液中(所 述镀液含有铬酐和浓硫酸，所述镀液中铬酐的含量为175克/升，浓硫酸的含
量为1.5毫升/升)作为阴极，以铬金属板作为阳极。接通直流电流，电流密 度为3安/平方分米，电镀3分钟，然后停止电镀，取出镀有金属铬的ABS 塑料板，用去离子水洗涤至无酸根离子被检出。然后将完成电镀的ABS塑 料板在5(TC下烘干25分钟，得到样品B。
(2) 按照与(1)相同的方法得到样品C，不同的是，电镀金属镍的时 间由6分钟改变为3分钟。
(3) 按照与实施例1相同的方法对上述样品B和C的表面镀层进行检 测。在图3和4 (图3和4的横坐标为从基材与镀层的分界起，由里向外的 扫描距离)中，左边的曲线代表Cu，中间的曲线代表Ni，右边的曲线代表 Cr，检测结果为样品B和C的表面镀层均依次为铜层、镍层和铬层。从 图3和图4表示的线扫描图谱可以看出，样品B和C的铜层厚度相同，铬 层厚度也相同，样品B的镍层厚度(5.8微米)为样品C的镍层厚度(2.9 微米)的两倍。
在(1)禾n (2)中样品B和C的制备过程中，样品B和C的电镀铜的 条件和时间相同，电镀铬的时间也相同，本发明的方法测得的样品B和C 的铜层厚度相同，铬层厚度也相同；样品B和C的电镀镍的条件相同，但 是样品B的电镀铜的时间(6分钟)是样品C的电镀铜的时间(3分钟)的 两倍，本发明的方法测得的样品B的镍层厚度为样品C的镍层厚度的两倍， 因此，说明本发明提供的基材表面镀层的测定方法可以准确地测定出镀层的 成分和厚度，当镀层为多层时，还可以测定出层数和各层的排列顺序。
权利要求
1、一种基材表面镀层的测定方法，其特征在于，该方法包括利用电子显微镜检测基材和镀层的横截面，确定镀层和基材的分界；利用能谱仪对镀层区域进行线扫描，根据能谱图上的元素特征峰确定镀层的组成，一种元素的特征峰的线扫描距离为含有该元素的镀层的厚度。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，线扫描的条件使能谱仪的能谱 信号的漂移量不大于0.1微米。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中，线扫描的条件包括扫描电子束 的加速电压为5-15千伏。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中，在进行线扫描时，从镀层和基 材的分界开始，由里向外对镀层区域进行线扫描。
5、 根据权利要求1或4所述的方法，其中，在进行线扫描时，扫描线 垂直于镀层和基材的分界，扫描电子束垂直于基材和镀层的横截面。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中，电子显微镜的检测条件包括真 空度为10^至10—4帕，负载电流为80-120微安，工作距离为10-15毫米，束 斑直径为15-25纳米。
7、 根据权利要求1所述的方法，其中，在利用电子显微镜检测之前， 对基材的横截面依次进行磨光、抛光和导电化。
全文摘要
一种基材表面镀层的测定方法包括利用电子显微镜检测基材和镀层的横截面，确定镀层和基材的分界；利用能谱仪对镀层区域进行线扫描，根据能谱图上元素的特征峰确定镀层的组成，一种元素的特征峰的线扫描距离为含有该元素的镀层的厚度。本发明的方法结合使用电子显微镜和能谱仪，能够准确地检测出镀层的组成和厚度。如果待检测的镀层为多层镀层，除了能够测出各层的组成和厚度，本发明的方法还可以准确地测定出镀层的层数及排列顺序。因此，本发明的方法可以用于对镀件半成品及产品进行检验和品质控制。
文档编号G01B15/02GK101354363SQ200710130479
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月23日 优先权日2007年7月23日
发明者李永胜, 李高贵 申请人:比亚迪股份有限公司