背景資料
物理氣相沉積法（PVD）是一種廣泛應用於各種鍍膜工藝中的技術。它可用於提升工具和切割工具的耐磨性、在電子產品中起到保護層的作用、增加珠寶及裝飾品的吸引力與價值，同時也能保護半導體中的電子元件。
PVD 是一種多功能的塗層材料，非常適合用於精確的薄膜沉積過程。PVD 塗層可以應用於金屬、塑料、玻璃、陶瓷等各種基材上。其沉積方式主要有兩種：PVD 濺射和 PVD 蒸發。 PVD 濺射技術是透過以高能離子轟擊靶材（陰極），將原子噴射到基板上。此方法能精確控制薄膜的成分，且適用於各種不同的材料。 PVD 蒸發技術是透過電阻加熱或電子束蒸發的方式，將靶材轉化為氣體。這些氣體原子會隨後凝結並沉積在基板上。此技術適用於那些蒸氣壓較高的材料，常被用於製造裝飾性塗層。
PVD 技術能夠製造出薄而耐用的塗層，且這些塗層還可根據需求進行定製，從而提升各種應用領域的功能性、性能和美觀度。 舊式的 XRF 儀器使用的是充氣式比例計數器作為檢測元件。與新型的固態檢測器相比，其分辨率和靈敏度都較低。因此，很難準確測量薄層塗層，或是由 Ti、Al 等低能量材料所構成的納米級厚度的塗層。
新一代的 Bowman XRF 儀器克服了舊式 XRF 技術的缺點。它們採用了標準的固態矽漂移檢測器（SDD），這種技術相較於一般的計數器有著明顯的優勢。具體而言：
- 能量分辨率至少高出 5 倍
- 能夠分析輕元素（最輕可達鋁-13）
- 內部探測器準直器僅會記錄來自測量樣本的 X 射線，從而阻擋掉其他不必要的 X 射線。 憑藉 Bowman 強大的固態探測器，塗層厚度的檢測下限可低至幾納米，這在 PVD 潔淨鍍膜應用中是很常見的。
- 使用新一代的 Bowman 儀器，大多數樣本——包括那些形狀不規則的樣本——都可以在不經過任何預處理的情況下被測量。測量結果幾秒鐘內就能得出。
儀器設備/測量儀器
- 型號：Bowman B、P 及 L 系列
- 激發方式：具有準直器的微聚焦管
- X 光管：50 瓦特，具有可更換的靶材元件
- 檢測器：取決於所使用的元件及其厚度。
樣品準備
Bowman 的臺式 XRF 分析系統，適用於各種大小的樣品。如果樣品能夠被放入測量腔內，且能被相機拍攝到，那麼通常不需要進行樣品預處理。 該相機具有可調焦距的功能，因此能夠觀察不同深度的樣本，範圍從幾毫米到超過 80 毫米不等。
校準
校準過程採用了基本參數算法，並符合相關的認證標準。
客戶樣品
對於鋁、鉻、鈦和鎢等金屬所形成的 PVD 塗層，我們在塑料基板上分別進行了 10 次測量；測量結果如下：
| 標記厚度（nm） | Avg. (nm) | STDev (nm) | |
|---|---|---|---|
| PVD-Al | N/A | 191.48 | 3.81 |
| PVD-W | N/A | 182.62 | 0.32 |
| PVD-Cr | 20 | 18 | 0.16 |
| PVD-In | 22 | 19 | 0.04 |
| PVD-In | 20 | 36 | 0.06 |
| PVD-Ti/Al | 100 | 102 | 1.37 |
| PVD-Ti/SS316 | 18.3 | 19.3 | 0.48 |
Bowman B、P 和 L 系列產品的特點與優點
- 具有內部準直器的高解析度 SDD。
- 30 倍微觀攝影機，具備 6 倍數位變焦功能。
- 符合 IPC-4552、4553、4554 和 4556 的各項要求。
- 符合 ASTM B568 及 ISO 3497 標準。
結論
Bowman B、P 和 L 系列儀器是極為出色的工具，能夠有效輔助 PVD 鍍層的厚度分析。其可測量的厚度範圍從幾納米到幾十微米不等，完全符合現行及未來的行業標準要求。本研究的結果表明，Bowman B、P 和 L 系列儀器在測量 PVD 鍍層的厚度方面表現優異。