Röntgenfluoreszenz ermöglicht simultane Messung bei der Vernicklung

Der chemische Vernicklungsprozess (EN) ist ein modernes Beschichtungsverfahren, in dem eine Nickel-Phosphor-Legierung auf einem Metall- oder Kunststoffsubstrat in einer kontrollierten chemischen Reaktion aufgetragen wird. Dieses Beschichtungsverfahren wird oftmals für bestimmte Anwendungen aufgrund der sich hieraus ergebenden Eigenschaften, der Stabilität und des Glanzes der Beschichtung bevorzugt. Dieser Beschichtungstyp gilt als zuverlässige, wiederholbare Beschichtung in einheitlicher Stärke, durch die sich in einigen Fällen das Schleifen nach der Beschichtung erübrigt.

Andere Vorteile sind der hochwertige Korrosionsschutz, Schmierung, Lötbarkeit und Verschleißfestigkeit. Aus diesem Grund wurde der chemische Vernicklungsprozess in der Automobil-, Luftfahrt- und Militärindustrie eingeführt, wie auch in der Leiterplattenindustrie, die auch den Bedarf an hochgradig zuverlässigen Elektronikartikeln in diesen Industrien bedient.

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Ablagerungen in einer einheitlichen Dicke

EN-Anwendungen sind in der heutigen Automobilindustrie weitgehend akzeptiert, beispielsweise für Einzelteile wie Getriebemontagen, Lager, Einspritzsysteme, Aluminium-Kraftstofffilter, Sollbruchbolzen und Entlüftungsventile und Ähnliches in der Luftfahrtindustrie zum Schutz von rotierenden Teilen und Wellen. Ein weiterer signifikanter Vorteil der stromlosen Vernickelung und der Grund für die große Bedeutung für die Luftfahrt- und Automobilindustrie besteht in ihrer Fähigkeit, Ablagerungen in einer einheitlichen Dicke zu erzeugen, auch wenn das Werkstück komplexe Formen und Geometrien aufweist. Es wird sichergestellt, dass die Beschichtung auf scharfe Kanten, tiefe Einschnitte und Blindlöcher in einheitlicher Stärke aufgetragen werden kann.

Es ist zu beachten, dass es gelegentlich zu Variationen der Beschichtung an den Kanten, Gewinden, kleinen Bohrungen oder tiefen Einschnitten kommen kann. In einigen Fällen erübrigen sich durch diese Beschichtungsmethode industrielle Schmierstoffe für Komponenten und Einzelteile. Die stromlose Vernickelung wird daher immer beliebter und das Verfahren wird fortlaufend in neuen Industrien wie der Elektronik-, Chemie- und Erdöl-, Eisenbahn-, Druck-, Textil- Holz- und Papierindustrie und anderen Branchen eingesetzt.

Anwendungen in der Elektronik

Die Gemische Chemisches Nickel – Chemisches Gold (ENIG) und Chemisches Nickel – Chemisches Palladium – Chemisches Gold (ENEPIG) werden auf Leiterplatten verwendet, um das Nickel gegen Oxidation zu schützen. Dieser Schutz ist erforderlich, um die Qualität für hochgradig zuverlässige Elektronik in der Automobil-, Luftfahrt- und Militärindustrie sicherzustellen. Die primäre Funktion von ENIG und ENEPIG besteht darin, eine lötfähige Oberfläche mit ausgeprägtem Verbundverhalten zu erzeugen, die schließlich eine Leiterplatte mit hoher Lebensdauer ergibt, die für alle Oberflächenmontagen und Through-Hole- Bestückungen geeignet ist. Aufgrund der Qualitätssicherung muss es ermöglicht werden, den Phosphorgehalt unter einer dünnen Goldschicht oder Stapeln aus Gold- und Palladiumschichten zu prüfen. Für beide Leiterplattenanwendungen ist es wünschenswert, die Analysen ohne die Zerstörung des Werkstücks durchzuführen. Hier kommt die Röntgenfluoreszenzanalyse ins Spiel.

Die Röntgenfluoreszenz weist eine diskrete Energie auf, die charakteristisch für jedes chemische Element ist. Dadurch wird die Identifikation der Elemente möglich. Hitachi High-Tech Analytical Science

Die Röntgenfluoreszenzanalyse ist eine Analysetechnik, bei der die Probe mit einem primären Röntgenstrahl mit ausreichend Energie bestrahlt wird, um Elektronen aus den Innenschalen eines Atoms zu entfernen. Dadurch entsteht ein instabiles Elektronenloch. Ein Elektron aus einem höheren Energieniveau verlangsamt sich spontan, um die Lücke zu füllen. Dadurch entsteht ein Energieverlust, was zum Beispiel zur Emission von sekundären Röntgenstrahlen, sogenannter Röntgenfluoreszenz führt. Diese Röntgenfluoreszenz weist eine diskrete Energie auf, die charakteristisch für jedes chemische Element und dessen spezifische Übergänge ist. Durch die Identifikation der Energie dieser Röntgenfluoreszenz ist zu ermitteln, welche Elemente in der Probe vorhanden sind. Durch die Intensität der jeweiligen Röntgenfluoreszenz kann das RFA-Gerät die Menge, also Schichtdicke und Zusammensetzung, jedes Elements ermitteln, das in der Probe vorhanden ist.

RFA-Geräte werden bereits seit vielen Jahren eingesetzt, um die Elementzusammensetzung und Beschichtungsstärke zu ermitteln. Die Geräte werden zunehmend spezialisiert, um anspruchsvollere Analyseanforderungen zu erfüllen. Mikro-RFA-Geräte sind darauf ausgelegt kleine Messpunkte auf der Probe anzuregen, indem ein großer primärer Röntgenstrahl auf Mikrometerebene reduziert wird.

Einsatzgebiet erweitert

Der Einsatz dieser Geräte war einstmals auf relativ wenige Anwendungen mit einer begrenzten Anzahl von Elementen oder Schichten, minimalen oder keinen spektralen Überlappungen beschränkt. Es konnten nur Elemente mit einer höheren Ordnungszahl erkannt werden. Diese Systeme wurden kontinuierlich weiterentwickelt und sind in der Lage, komplexere Anwendungen mit einer höheren Anzahl an Elementen oder Legierungen oder Schichten und einer größeren Abdeckung des Periodensystems zu erfassen. Dieser RFA-Typ ist eine ideale Testmethode, da er eine zerstörungsfreie Messung der Dicke und Zusammensetzung gewährt und präzise, wiederholbare Analysen nur wenige Sekunden dauern, ohne dass Chemikalien oder Spülgase erforderlich sind.

Die RFA ist eine Methode, die von der American Society for Metals (ASM), der Association Connecting Electronic Industries (IPC), American Society for Non Destructive testing (ASNT) und der Society of Manufacturing Engineers (SME) anerkannt wurde, um nur einige Beispiele zu nennen. RFA dient als ein Instrument für Ingenieure, die mit Normen der Qualitätskontrolle beziehungsweise Qualitätssicherung betraut sind, um die Schichtdicke in einer Phase des Beschichtungsprozesses von der Eingangsinspektion bis hin zur letzten Qualitätsprüfung zu messen. Die Verwendung der RFA während des gesamten Beschichtungsprozesses weist große Vorteile auf, beispielsweise Kostenoptimierung, Einhaltung von Normen.

Durch die Röntgenfluoreszenzanalyse werden die Elemente ermittelt, die in der Probe vorhanden sind. Hitachi High-Tech Analytical Science

Zerstörungsfreie Echtzeitmessung

Neue Fortschritte in der µ-RFA-Technologie wie beispielsweise Hochleistungs-Silicon Drift Detektoren (SDD) haben es ermöglicht, Nickel und Phosphor direkt zu messen, sodass sowohl die Schichtdicke als auch die chemische Zusammensetzung simultan ermittelt werden können. Um die größtmögliche Präzision bei der Messung von Nickelphosphor mit Mikro-RFA sicherzustellen, ist es erforderlich eine Mikrosonden-Einheit zu wählen, die eine geeignete Röhren-Detektor-Kombination und eine optimale Geometrie (minimaler Abstand zwischen Muster und Detektor) besitzt. Dies ist der Schlüsselfaktor für eine präzise und direkte Messung des Phosphorgehalts und der Dicke der Schicht. Das Verfahren kann präzise Messungen der Beschichtung liefern, wenn Messing-Nickel-Legierungen in unterschiedlichen Verhältnissen erzeugt werden sollen. In diesem Fall kann die RFA sicherstellen, dass das gewünschte Merkmal erreicht wird. Da die physikalischen und chemischen Eigenschaften der stromlosen Vernickelung entscheidend vom zugrunde liegenden Phosphoranteil abhängen, ist es von großer Bedeutung, den korrekten Phosphorkonzentrationsbereich zu bestätigen, um eine homogene Verteilung der Schichtdicke sicherzustellen und den Phosphoranteil entsprechend zu regulieren.

Beschichtungsprozesse überwachen und Effizienz steigern

Die Entwicklungen bei der Mikrofokus-RFA ermöglichen die Bestimmung von Schichtdicke und Zusammensetzung der chemischen Vernickelung auf Automobil-, Luftfahrt und PCB-Komponenten. Die Methoden gelten als zerstörungsfrei und unterstützen Qualitätssicherungsmanager dabei, die chemischen Bedingungen beizubehalten und die Beschichtung zu kontrollieren. Die Integration von RFA in ein Qualitätssicherungsprogramm kann Unterstützung dabei bieten, die Produktionsprozesse während aller Phasen des Beschichtungsprozesses zu überwachen, die Effizienz zu steigern, Kosten zu senken und vor allem die Risiken eines Produktrückrufs zu minimieren.

Angesichts der globalen Bedeutung der Regulierung von Blei und Chrom in den heutigen Herstellungsprozessen und mit dem Ziel, den Einfluss von gefährlichen Stoffen auf die Umgebung zu reduzieren, kann die Verwendung von RFA darüber hinaus im Gegenzug die einwandfreie Entsorgung von Elektronik und Altfahrzeugen sicherstellen und wertvolle qualitative und quantitative Analysen bieten, um im Recyclingprozess zu ermitteln, ob eine Blei- oder Chromlegierung im Herstellungsprozess der entsorgten elektronischen oder mechanischen Komponente verwendet wurde.

Mikro-RFA ermöglichen die Bestimmung von Schichtdicke und Zusammensetzung der stromlosen Vernickelung bei Automobil-, Luftfahrt und PCB-Komponenten. Hitachi High-Tech Analytical Science

(hw)