无机污染物的“克星”-能谱分析

来源:收集 点击数:207 更新时间:2018/10/9 9:48:31

无机污染物的“克星”-能谱分析

 SMT 回流、波峰焊接发生焊料润湿不良,是PCB焊盘污染还是元器件来料氧化问题?

PCBA检测到元器件短路,何为罪魁祸首?

产品表面刮擦不良,又是哪来的“牛鬼蛇神”在作怪?

显微镜能帮助我们观察到各种污染物质的具体形态,却无法对物质进行定性分析。红外光谱仪能对有机物的成份进行分析,一旦碰到金属物质也只能是“爱莫能助”。

而能谱分析法能迅速对微区的成份进行定性定量分析,帮助找出污染失效的源头,从而提出行之有效的改善措施。

能谱分析法究竟有何“乾坤”?读完本文 ,您就会豁然开朗。

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定 义

能谱法(Energy Dispersive Spectrometry)简称为EDX,是检测X射线强度与能量关系的一种方法。通常通过配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜的使用,来对材料微区成份的元素的种类与含量进行分析。其中SEM-EDS组合是应用最广的显微分析仪器, 能谱仪(EDS)的发展几乎成为扫描电镜(SEM)的标配,是微区成份分析的主要手段之一。

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特 点

优点

· 分析快速

· 所需的样品量非常少

· 图谱容易解释

· 空间分辨率好,适合不均匀样品

局限

· 检出限为0.1%重量比。

· 只能得到元素信息而不能得到分子量。

· 半定量分析方法。

· 样品要求导电, 否则需做喷碳或金处理。


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原 理

说到原理,大家可能就开始犯头疼了,总觉得面对的是一串不知所云的专业术语,让人晕头转向。其实不尽然,大家还记得之前公众号的一篇介绍扫描电子显微镜的文章么?电子束轰击样品表面使发生电子跃迁,产生了二次电子、背散射电子和特征X-射线。而能谱法恰恰就是利用能谱仪探头收集了其中的这部分X-射线进行分析处理形成谱图,从而帮助我们来鉴别元素。

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应 用

继续讲那些枯燥乏味的专业知识,估计各位看官都得去约见周公了。接下来我们直接上案例,让大家直接感受下能谱法的神奇。

案例1

下图是某工厂组装生产线上的PCB板面发现了污染物,肉眼都能清晰可见,污染物在绿油与焊盘面上已经呈发黑状。

将被污染区域切割下来置于SEM-EDS样品仓中,配合电子显微镜的观察锁定污染区域,通过能谱仪系统对污染区域进行元素分析。

同时,能谱仪还具有面扫描功能,能直观地观察到元素的分布情况。在污染区域,能谱仪检测出大量的金元素,结合工厂实际的制程情况,判定此污染物源于PCB金手指制程,属于PCB物料问题。因此将板退回给PCB制造商要求改进制程。

案例2

某公司PCBA上被检出元器件短路(检测出元器件短路问题)。将检测到短路的元器件及周边板面切割下来进行SEM-EDS分析,发现有枝晶形貌。选取枝晶区域进行成份分析,检测出该枝晶为锡枝晶。工艺工程师据此来追溯污染物来源,改善PCBA的工艺。

敲黑板!敲黑板!这里穿插个有趣的知识点。通过上面两个案例,大家是不是也发现了能谱仪与元素周期表似乎有着千丝万缕的关系。没错!能谱法的结果最重要的就是谱图和元素比重表。还记得中学课本中元素的电子层排布图吗?能谱仪就是通过X-射线吸收K、L、M层的电子来识别元素。谱图的横坐标对应了元素周期表上元素不同电子层上电子被激发所需的能量,据此我们使用相应的电压,结合谱图出峰的位置就可判定在样品表面是否有该元素的存在。

案 例 3

某公司产品塑胶外壳上发现了疑似金属物质。

将表面嵌有金属物质的外壳锯下,放置在SEM-EDS样品台上,通过EDS系统点扫描检测出该异物为铜片残屑(见下图)。

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小 结

怎么样,看到这里是不是突然发觉能谱图也不过如此!不过小编还是要提醒大家,别得意太早,在实际操作过程中,样品的处理、环境及机器自身的局限等因素都是大家必须要考虑的,这样才能将能谱法的功力发挥到最大,为我们失效分析提供帮助。

由于能谱仪的空间分辨率好,所需样品量少(样品需求量少)以及检出元素种类多,能分析元素周期表中Be4 – U92之间的所有元素,理所当然成为失效分析中污染物鉴别的绝佳帮手,绝大部分金属异物在能谱仪这面“照妖镜”下都将“原形毕露”,无处可逃(无处遁形)。


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