【微光谱应用】使用反射探头测量涂敷印刷电路板反射率

摘要

涂敷于表面的黑色涂料可使表面光的反射降到最低程度。在光具座的情况下，机械外壳被涂成黑色以减少分光计中杂散光。通过反射测量表征涂敷了不同反射率特性的黑色涂料后表面的反射特性。在本应用中，我们测量了涂敷有不同黑色涂料的印刷电路板的漫射、镜面反射和全反射以评价每种涂料的反射特性。

背景

理论上，黑色表面应吸收所有波长的光。

实际上，很多黑色遮光物是具有吸光率和反射特性的。

在光学涂层方面，波长作为函数精确地描述反射特性，这对于设计光学仪器是至关重要的。任何没有被光具座涂料吸收的光变成杂散光，其具有达到探测器并影响仪器性能的可能。因为探测器不能区分通过样品传输的光和光具座中产生的杂散光，而杂散光的存在限制了可达到最大吸收水平。当杂散光水平增加的时候，吸收光谱平直，直到达到最大吸收值并且没有进一步的吸收被探测到。

为了提高仪器性能并能测量更高最大吸光量，使用吸光的黑色涂料可将杂散光减少到最低程度。利用光学设计部件，如低杂散光镜片和遮挡杂散光的物理挡光板以减少杂散光并增加最大吸光量和仪器性能。

大多数黑色涂料不完全是黑色的，因此通过反射测量来描述表面的反射特性。测量目的是鉴别涂料在波长范围内的将反射降到最低程度。

测量方案

使用反射探头测量涂有三种黑色涂料（无光泽黑色涂料、有光泽黑色涂料和黑色黑板涂料）的印刷电路板。

测量设备：

USB4000-VIS-NIR光谱仪

R400-7-VIS-NIR反射探头

HL-2000卤钨灯

由于样品具有相对低的反射率，因此，使用了灰色标准样品（~20%漫反射系数）。

积分时间范围：20-120ms，平均次数：5—20。

反射探头收集来自样品被照明的相同角度的光，用于镜面反射或漫反射测量。它由一个在中心的单独光纤和四围的6个照明光纤组成，具有25°全角度视野。如图所示，每个照明光纤从光源射出一个锥形光，所有这些光在样品的中心重叠，这正好是中心接收光纤“看”的地方。

如上图所示，环形架用于支撑测量用的反射探头夹具，黑色遮光罩用于保护测量不受周围光的直接照射。测量采样使用带有表面涂覆材料的RPH-1反射探头支架，可以搭配45°（漫反射率）和90°（镜面反射率）的探头来进行测试。

测量结果

图3

如图3的镜面反射率数据表明黑板涂料反射最小，有光黑色涂料~10x以上。参考刻度数(有光黑色涂料为250%反射率）后可认定为：定义为“100%”的基准值实际上是一个20%的漫反射率标准值。

图4

图4中显示的漫反射率数据，我们看到：无光和有光黑色涂料实际上在可见光谱区很类似，这意味着：在眼睛可见颜色区域两者非常类似，即使一个涂料反射了较多的光也是这样。涂料样品在近红外区开始不同，这表明：无论给予的涂料是什么，它的光泽表明可能都是一个近红外反射化合物。黑板涂料的漫反射率似乎比其他黑色涂料更高。但是，当在45°角度照明和观察的时候，反射探头不是在完全显示整个画面，仅是漫反射率。

结论

在本例反射率应用中，用R400-7-VIS-NIR反射探头测量印刷电路板上的黑色涂料的漫反射率和镜面反射率特性，得到的光谱数据可以用于选择最佳光具座涂料以减少杂散光并提高仪器性能。

具有可用的模块光谱学工具，一系列的扩展测量有可能进一步描绘这些样品的特征，保证选择可能最好的涂料。一个积分球如带有内置钨卤素光源的ISP-REF积分球测量在180度从样品表面散射的光，能得到更精确和绝对的测量。也可用ISP-R系列反射率积分球，积分球的直径范围为30-80mm。

涵盖不同波长范围的光谱仪、光源和反射探头能被与反射率标准和可选择取样附件相结合以进一步扩展测量。