análisis mediante microscopía electrónica de barrido / espectroscopia de Rayos X dispersiva de energía (SEM/EDS)
¿qué es SEM/EDS?
el uso de Microscopía Electrónica de barrido / espectroscopia de Rayos X dispersiva de energía (SEM/EDS) en el análisis de problemas relacionados con fallas de placas de circuitos impresos (PCB), ensamblajes (PCAs) y componentes electrónicos (BGA, condensadores, resistencias, inductores, conectores, diodos, osciladores, Transformadores, IC, etc.,) es un protocolo bien establecido y aceptado. A diferencia o simplemente además de la microscopía óptica normal, SEM / EDS permite la «inspección» de áreas de interés de una manera mucho más informativa.La Microscopía Electrónica de barrido (SEM) permite la observación visual de un área de interés de una manera completamente diferente a la del ojo desnudo o incluso la microscopía óptica normal. Las imágenes SEM muestran contrastes simples entre materiales orgánicos y metálicos y, por lo tanto, proporcionan al instante una gran cantidad de información sobre el área que se inspecciona., Al mismo tiempo, la espectroscopia de Rayos X dispersiva de energía (EDS), a veces conocida como EDAX o EDX, se puede utilizar para obtener resultados elementales semicuantitativos sobre ubicaciones muy específicas dentro del área de interés.,
usos típicos de la microscopía electrónica de barrido/espectroscopia de Rayos X dispersiva de energía (SEM/EDS)
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análisis de contaminación (residuos)
• evaluación conjunta de soldadura
• defectos de componentes
• Evaluación intermetálica (IMC)
• fiabilidad sin plomo (sin Pb)
• mapeo Elemental
• bigotes de estaño (Sn)
• Black pad analysis
metodología:
En pocas palabras, sem permite examinar un área de interés con aumentos extremadamente altos., SEM produce imágenes de alta resolución y profundidad de campo detallada a diferencia de las que se pueden obtener con microscopía óptica normal. Como ejemplos, las estructuras superficiales, las anomalías generales y las áreas de contaminación pueden identificarse fácilmente y luego, si es necesario, aislarse para un análisis posterior.
una muestra que contiene el área(s) de interés se coloca dentro de la cámara de vacío ubicada en la parte inferior de la columna SEM. Una fuente de electrones, ubicada en la parte superior de la columna, produce electrones, que pasan a través de la columna y son incidentes sobre el espécimen., El haz de electrones es dirigido y enfocado por imanes y lentes dentro de la columna SEM a medida que se acerca a la muestra. El haz «oscila» a través de la muestra causando que algunos de los electrones sean reflejados por la muestra y algunos sean absorbidos. Los detectores especializados reciben estos electrones y procesan la señal en un formato utilizable. Típicamente, los tres detectores diferentes utilizados se conocen como: electrón secundario, retrodispersión y rayos X.
electrón secundario – el detector de electrones secundario se utiliza principalmente para observar la(S) estructura (es) superficial (es) asociada (s) con la muestra., Este detector convierte los electrones reflejados por la superficie de la muestra en una señal que se puede mostrar como una imagen en un monitor. Posteriormente, estas imágenes se pueden capturar como una fotografía, si se desea. Las imágenes SEM, así como cualquier fotografía «capturada», son en escala de grises en apariencia en lugar de color porque los electrones que se detectan están realmente más allá del espectro de luz.,
retrodispersión-el detector de retrodispersión funciona de manera similar al detector de electrones secundario, ya que también «lee» electrones que están siendo reflejados por la muestra de prueba y los muestra para observación y / o fotografía. Para este tipo de detector, sin embargo, la escala de grises observada en las imágenes es un resultado directo del elemento(s) presente (s) en el área observada., Los elementos con un número atómico mayor absorberán más electrones que un elemento con un número atómico menor, por lo que, por ejemplo, las áreas que consisten en carbono (C) aparecerán mucho más oscuras en la escala de grises que un área que contiene plomo (Pb).
rayos X-el término detector de rayos X es un término general para el tipo de detector utilizado para realizar espectroscopia de Rayos X dispersiva de energía (EDS)., El detector de rayos X, o más específicamente, la técnica EDS se utiliza para determinar cualitativamente y la mayoría de las veces «semicuantitativamente» la composición elemental de un área de interés que fue identificada visualmente y observada usando los detectores secundarios de electrones y retrodispersión mencionados anteriormente.
a medida que el haz de electrones del SEM golpea la superficie de la muestra, los electrones dentro de los átomos de esta área de interés se elevan a un estado excitado. Cuando los electrones en estos átomos vuelven a su estado fundamental, se emite un rayo X característico., Estos rayos x son recogidos por el detector de rayos X y convertidos en información» útil». Una imagen puede, como se describió anteriormente, ser generada pero más importante, estos rayos X emitidos desde el espécimen dan información en cuanto a la composición elemental del área. Como resultado, la técnica EDS puede detectar elementos desde carbono (C) hasta uranio (U) en cantidades tan bajas como 1.0% en peso. En combinación con el propio SEM, el área específica de análisis para una muestra de interés dada se puede ajustar simplemente en función del aumento en el que se observa la muestra.,
La Imagen 1, a continuación, muestra una visión general del SEM con los tres detectores descritos anteriormente. Específicamente, la columna SEM y la cámara se pueden observar en el Centro de la imagen con los detectores secundarios de electrones y retrodispersión conectados al lado izquierdo de la cámara y el detector de rayos X conectado al lado derecho de la cámara.,
ejemplos de análisis:
basado en las capacidades de SEM / EDS, se pueden analizar fácilmente muchos tipos diferentes de muestras. Desde la inspección visual de una junta de soldadura hasta el análisis elemental de un residuo de superficie de placa observado, SEM/EDS obtiene información que otras técnicas analíticas simplemente no pueden.,
tanto SEM como EDS se pueden utilizar para evaluar y / o analizar muestras, ya sea simplemente para fines de detección o para un problema relacionado con un fallo. Por lo general, SEM proporciona la «respuesta» visual, mientras que EDS proporciona la «respuesta»elemental. En ambos casos, las áreas de interés se pueden observar por vía aérea o en sección transversal.
desde un aspecto común de cribado, las juntas de soldadura generalmente se inspeccionan por razones de integridad general observando estructuras de grano, áreas de contacto, capas IMC, etc.,
para muestras fallidas, se utilizan las mismas técnicas básicas, pero están más enfocadas en la vaciado de juntas de soldadura, separaciones de juntas / almohadillas de soldadura u otras características relacionadas con fallas. Como ejemplo, la técnica SEM/EDS puede proporcionar información invaluable sobre exactamente dónde se está produciendo una separación.,09″>
coincidiendo con cualquier imagen obtenida a través de SEM, EDS puede ser utilizado para obtener información elemental sobre el área de interés.,
en algunas situaciones especiales, también puede ser importante observar la orientación «exacta» de los elementos detectados en un escaneo EDS. Esta técnica se denomina mapeo Elemental y puede ser muy informativa a la hora de determinar la integridad
de una junta de soldadura o investigar un fallo.
se pueden obtener mapas elementales para cada elemento de interés y usar intensidades de color variables para mostrar visualmente las concentraciones de un elemento específico en el área que se está inspeccionando.,
en el ejemplo siguiente, se utilizó mapeo elemental en la Unión de soldadura de una muestra de conector para asegurarse de que los elementos presentes estaban en la ubicación «correcta».
en general, SEM / EDS es una herramienta extremadamente efectiva en el análisis e inspección de juntas de soldadura y otras áreas relacionadas de confiabilidad.