l’Analyse par Microscopie électronique à Balayage / Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (MEB/EDS)
qu’est-Ce que MEB/EDS?
l’utilisation de la microscopie électronique à balayage/spectroscopie à rayons X dispersive D’énergie (SEM / EDS) dans l’analyse des problèmes liés aux défaillances des cartes de circuits imprimés (PCB), des assemblages (PCAs) et des composants électroniques (BGA, condensateurs, résistances, inductances, connecteurs, diodes, oscillateurs, Transformateurs, circuits intégrés, etc.,) est un protocole bien établi et accepté. Par opposition ou simplement en plus de la microscopie optique normale, SEM / EDS permet l ‘” inspection » des zones d’intérêt d’une manière beaucoup plus informative.Microscopie électronique à Balayage (MEB) permet l’observation visuelle d’une zone d’intérêt dans une manière complètement différente de celle de l’œil nu ou même normal de la microscopie optique. Les images SEM montrent des contrastes simples entre les matériaux à base organique et métallique et fournissent ainsi instantanément de nombreuses informations sur la zone inspectée., Dans le même temps, la spectroscopie à rayons X à dispersion D’énergie (EDS), parfois appelée EDAX ou EDX, peut être utilisée pour obtenir des résultats élémentaires semi-quantitatifs sur des emplacements très spécifiques dans la zone d’intérêt.,
utilisations typiques de la microscopie électronique à balayage / spectroscopie à rayons X dispersive en énergie (SEM/EDS)
•
analyse de Contamination (résidu)
• évaluation des joints de soudure
• défauts des composants
• évaluation intermétallique (IMC)
• fiabilité sans plomb (Pb)
• cartographie élémentaire
• moustaches D’étain (Sn)
• Black pad analysis
méthodologie:
en termes simples, le MEB permet d’examiner une zone d’intérêt à des grossissements extrêmement élevés., SEM produit des images de haute résolution et de profondeur de champ détaillée contrairement à celles qui peuvent être obtenues en microscopie optique normale. À titre d’exemple, les structures de surface, les anomalies générales et les zones de contamination peuvent être facilement identifiées et, si nécessaire, isolées pour une analyse plus approfondie.
un échantillon contenant la ou les zones d’intérêt est placé dans la chambre à vide située au bas de la colonne SEM. Une source d’électrons, située au sommet de la colonne, produit des électrons, qui traversent la colonne et sont incidents sur l’échantillon., Le faisceau d’électrons est dirigé et focalisé par des aimants et une lentille à l’intérieur de la colonne SEM à l’approche de l’échantillon. Le faisceau « oscille » à travers l’échantillon, ce qui provoque la réflexion d’une partie des électrons par l’échantillon et l’absorption d’une partie. Des détecteurs spécialisés reçoivent ces électrons et traitent le signal dans un format utilisable. Typiquement, les trois détecteurs différents utilisés sont appelés: électron secondaire, rétrodiffusion et rayons X.
électron secondaire – le détecteur d’électrons secondaires est principalement utilisé pour observer la ou les structures de surface associées à l’échantillon., Ce détecteur convertit les électrons réfléchis par la surface de l’échantillon en un signal qui peut être affiché sous forme d’image sur un moniteur. Par la suite, ces images peuvent être capturées en tant que Photographie, si vous le souhaitez. Les images SEM, ainsi que toutes les photographies « capturées”, sont en niveaux de gris par opposition à la couleur, car les électrons détectés sont en réalité au-delà du spectre lumineux.,
rétrodiffusion – le détecteur de rétrodiffusion fonctionne de la même manière que le détecteur d’électrons secondaires car il « lit” également les électrons réfléchis par l’échantillon d’essai et les affiche pour observation et / ou photographie. Pour ce type de détecteur cependant, les niveaux de gris observés dans les images sont une conséquence directe du ou des éléments présents dans la zone observée., Les éléments avec un numéro atomique supérieur
absorberont plus d’électrons qu’un élément avec un numéro atomique inférieur ainsi, par exemple, les zones constituées de carbone (C) apparaîtront beaucoup plus sombres sur l’échelle de gris qu’une zone contenant du plomb (Pb).
rayons X-le terme détecteur de rayons X est un terme général pour le type de détecteur utilisé pour effectuer la spectroscopie de rayons X Dispersive D’énergie (EDS)., Le détecteur de rayons X, ou plus précisément, la technique EDS est utilisée pour déterminer qualitativement et la plupart du temps « semi-quantitativement” la composition élémentaire d’une zone d’intérêt qui a été visuellement identifiée et observée à l’aide des détecteurs d’électrons secondaires et de rétrodiffusion mentionnés ci-dessus.
lorsque le faisceau d’électrons du SEM lui-même frappe la surface de l’échantillon, les électrons dans les atomes de cette zone d’intérêt sont élevés à un état excité. Lorsque les électrons de ces atomes reviennent à leur état fondamental, une radiographie caractéristique est émise., Ces rayons x sont ensuite collectés par le détecteur de rayons X et convertis en informations « utiles”. Une image peut, comme décrit ci-dessus, être générée mais plus important encore, ces rayons X émis par l’échantillon donnent des informations quant à la composition élémentaire de la zone. En conséquence, la technique EDS peut détecter des éléments allant du carbone (C) à l’uranium (U) en quantités aussi faibles que 1,0% en poids. En combinaison avec le SEM lui-même, la zone d’analyse spécifique pour un spécimen d’intérêt donné peut être ajustée simplement en fonction du grossissement auquel l’échantillon est observé.,
l’Image 1 ci-dessous montre un aperçu du SEM avec les trois détecteurs décrits ci-dessus. Plus précisément, la colonne SEM et la chambre peuvent être observées au centre de l’image avec les détecteurs d’électrons secondaires et de rétrodiffusion trouvés attachés au côté gauche de la chambre et le détecteur de rayons X attaché au côté droit de la chambre.,
exemples D’analyse:
sur la base des capacités de SEM / EDS, de nombreux types d’échantillons peuvent être facilement analysés. De l’inspection visuelle d’un joint de soudure à l’analyse élémentaire d’un résidu de surface de carte observé, SEM/EDS obtient des informations que d’autres techniques d’analyse ne peuvent tout simplement pas.,
Le SEM et L’EDS peuvent tous deux être utilisés pour évaluer et / ou analyser des échantillons, que ce soit simplement à des fins de dépistage ou pour un problème lié à une défaillance. En règle générale, SEM fournit la « réponse » visuelle tandis que EDS fournit la « réponse”élémentaire. Dans les deux cas, les zones d’intérêt peuvent être observées de manière aérienne ou en coupe transversale.
à partir d’un aspect de criblage commun, les joints de soudure sont généralement inspectés pour des raisons d’intégrité globale en observant les structures de grain, les zones de contact, les couches IMC, etc.,
pour les échantillons défaillants, les mêmes techniques de base sont utilisées mais sont plus axées sur le vidage des joints de soudure, les séparations des joints de soudure / tampons ou d’autres caractéristiques liées aux défaillances. À titre d’exemple, la technique SEM/EDS peut fournir des informations précieuses sur l’endroit exact où une séparation se produit.,09″>
coïncidant avec toutes les images obtenues via sem, EDS peut être utilisé pour obtenir des informations élémentaires sur la zone D’intérêt.,
dans certaines situations particulières, il peut également être important d’observer l’orientation « exacte” des éléments détectés dans un scan EDS. Cette technique est appelée cartographie élémentaire et peut être très informative lors de la détermination de l’intégrité d’un joint de soudure ou de l’enquête sur une défaillance.
des cartes élémentaires peuvent être obtenues pour chaque élément d’intérêt et utiliser des intensités de couleur variables pour montrer visuellement les concentrations d’un élément spécifique dans la zone inspectée.,
dans l’exemple ci-dessous, le mappage élémentaire a été utilisé sur le joint de soudure d’un échantillon de connecteur pour s’assurer que les éléments présents étaient à l’emplacement « correct”.
dans l’ensemble, SEM / EDS est un outil extrêmement efficace dans l’analyse et l’inspection des joints de soudure et d’autres domaines