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Recent Developments
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형광 엑스레이는 수십 년 동안 실험실에서 주를 이루었던 원소 분석 도구입니다. 분석을 위해 필요한 준비 작업이 별로 없고, 초보자도 실행할 수 있는 다재 다능한 비 파괴 측정 방법, 이는 정확한 결과를 신속하게 제공하는데 있어서 가장 가치가 있습니다. 오늘날 진화하는 XRF 성능은 이 품질 보증 작업을 산업의 광범위한 영역의 중요하고도 새로운 역할로 옮겨가고 있습니다.

제조 과정에서 사실상 모든 금속 제품은 산화와 부식 방지, 혹은 특정 성능의 향상을 위해서 도금(일반적으로 전기 도금) 혹은 처리(산화처리 혹은 아연도금)를 하게 됩니다. XRF는 이 표면처리의 측정 및 정량화를 위한 전세계의 선도적인 기술입니다. XRF는 금속 혹은 비금속의 소재 위에 올라간 단층 혹은 다층의 금속 도금을 테스트하는데 적용할 수 있습니다.

첨단 기술 분야에서 PCB, 웨이퍼, 반도체 및 그 부품들은 모두 그들 기능의 핵심인 “최종의 표면 처리”를 진행합니다. 여기에서도 XRF 측정은 사양의 충족과 미달을 결정하는 표준 기술 입니다.

XRF의 사용에 있어서 꼭 필요한 두 가지 요소가 “양쪽의 끝”에 위치합니다. 하나는 엑스레이를 발생시켜주는 방사장치, 다른 하나는 신호가 처리되는 검출장치 입니다. 이 두 요소는 측정기가 얼마나 빠르게, 분명하고도 정확하게 그 성능을 발휘할 수 있는지를 결정합니다.

엑스레이 발생 부분

초기 낮은 사양의 XRF 시스템은 구멍을 뚫어 놓은 시준기를 사용하는데, 이는 구멍을 평행하게 진행하여 통과한 엑스레이만을 얻기 위한 필터입니다. 그 시준기의 구멍 크기는 엑스레이가 시료에 조사되는 면적을 결정합니다. XRF 측정기는 검사되는 시료의 형상과 크기에 따라 하나 혹은 여러 개의 시준기를 사용합니다.

시준기의 대안은 Poly-capillary Optics 입니다. 이는 더욱 정교해진 엑스레이로 엑스레이 소스 자체로는 고 밀도의 엑스레이를 만들 수 없다는 사실을 보완하기 위해 만들어졌습니다. 시준기는 작은 구멍을 통과한 적은 엑스레이만 시료에 조사되는데 반해 Poly-capillary Optics는 많은 엑스레이를 작은 점에 집중시켜 줍니다.

Poly-capillary Optics는 수십만 개의 독립된 모세관들로 구성되며 엑스레이 발생장치에서 나오는 많은 엑스레이를 한 점에 모아줍니다. 발생된 모든 엑스레이는 Optics를 통해서 극도로 작은 점에 모아지며 매우 높은 강도를 가지게 됩니다. 이 Optics 장치는 시준기의 구멍을 통해 나오는 엑스레이의 산란이 없기 때문에 매우 정교한 엑스레이를 얻을 수 있어서, 시료에 조사되는 점을 매우 정확하게 규정할 수 있습니다.

Poly-capillary Optics는 매우 작은 시료를 측정할 때 그 장점을 활용할 수 있기 때문에 소형화되는 전자제품의 제조 업체를 완벽하게 지원합니다. 가장 성능이 뛰어난 시스템은 7um의 매우 작은 크기까지 엑스레이를 집중시킬 수 있습니다.

검출기 부분

XRF 측정기는 도금 두께 측정을 위해서 세가지 유형 중 하나의 검출기를 사용합니다: Proportional Counter(비례계수), Silicon PIN Diode, Silicon Drift Detector(SDD)

비례 계수 검출기는 세가지 검출기 중 가장 가격이 낮으며, 스펙트럼 상에서 피크를 분리하기 위한 높은 해상도가 필요하지 않은 간단한 도금 사양의 측정에 이상적입니다.

Silicon PIN Diode는 비례 계수 검출기보다 스펙트럼 분해능력이 뛰어납니다. 이는 더 얇은 도금, 낮은 농도의 원소를 측정할 수 있다는 의미이며 합금 및 다층의 도금, 확인되지 않은 원소들을 포함한 도금 등, 보다 복잡한 측정이 가능하다는 뜻입니다. Silicon PIN 검출기는 노이즈가 낮고, 해상도와 검출 한계가 우수하며, Peltier(TEC/TEM) 냉각 방식으로 매우 안정적입니다.

SDD는 백그라운드 노이즈(Background Noise)를 가장 효과적으로 제거하기 때문에 니켈, 구리, 아연, 크롬, 철 등의 주기율표 상에서 이웃하여 스펙트럼 분리가 어려운 원소들을 가장 정확하게 측정할 수 있습니다. 예전의 기술로는 수학적 계산 없이 이러한 중첩되는 원소들을 측정할 수 있는 방법이 없었습니다. 현재는 Silicon PIN과 Silicon Drift Detector에 의해 제공되는 개선된 해결책으로 인해서 수학적 계산이나 수치적 필터링은 더 이상 필요가 없습니다.

또한 Silicon PIN과 같이 Silicon Drift Detector는 Peltier 냉각 방식이기 때문에 온도의 영향에서 자유로우며 냉각 질소를 필요로 하지 않습니다. 사실상 이러한 검출기들은 유지보수가 거의 필요하지 않습니다. SDD는 ENIG, EPIG, ENEPIG 등의 기술에서 사용되는 50nm 이하의 복잡하고 얇은 도금의 측정에 적합한 검출기 입니다.

특히, 이 두 가지 Solid State 옵션인 Silicon PIN과 Silicon Drift Detector는 새로운 IPC Standards 4552와 4556에서 추천하고 있습니다. (IPC는 인쇄 회로 기판 및 전자 제품 제조업체 및 그들의 고객과 공급 업체를 위한 산업 협회입니다.) PCB와 더 넓은 전자 분야 전반에 걸쳐 사용되는 특별한 도금 측정에 폭넓게 활용될 수 있습니다.

※ 출처: Quality Magazine 6월호