Analisi tramite microscopia elettronica a scansione/Spettroscopia a raggi X dispersiva di energia (SEM/EDS)
Che cos’è SEM / EDS?
L’uso della Microscopia elettronica a Scansione / Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (SEM/EDS) nell’analisi di problemi relativi ai guasti dei circuiti stampati (Pcb) assembly (Apc), e i componenti elettronici (BGA, condensatori, resistori, induttori, connettori, diodi, oscillatori, trasformatori, IC, ecc.,) è un protocollo ben consolidato e accettato. Al contrario o semplicemente in aggiunta alla normale microscopia ottica, SEM / EDS consente l ‘”ispezione” delle aree di interesse in modo molto più informativo.La microscopia elettronica a scansione (SEM) consente l’osservazione visiva di un’area di interesse in un modo completamente diverso da quello dell’occhio nudo o persino dalla normale microscopia ottica. Le immagini SEM mostrano semplici contrasti tra materiali a base organica e materiali a base metallica e quindi forniscono immediatamente una grande quantità di informazioni sull’area ispezionata., Allo stesso tempo, la spettroscopia a raggi X dispersiva di energia (EDS), a volte indicata come EDAX o EDX, può essere utilizzata per ottenere risultati elementali semi-quantitativi su posizioni molto specifiche all’interno dell’area di interesse.,
Utilizzi Tipici di Microscopia elettronica a Scansione / Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (SEM/EDS)
•
Contaminazione (Residuo) Analisi
• giunti di Saldatura di Valutazione
• i Difetti dei Componenti
• Intermetallici (IMC) di Valutazione
• Piombo (Pb-Free) Affidabilità
• Elementale Mappatura
• Stagno (Sn) Baffi
• Black Pad di Analisi
Metodologia:
Semplicemente, SEM consente a un’area di interesse per essere esaminati estremamente alti ingrandimenti., SEM produce immagini ad alta risoluzione e profondità di campo dettagliate a differenza di quelle raggiungibili utilizzando la normale microscopia ottica. Come esempi, le strutture superficiali, le anomalie generali e le aree di contaminazione possono essere facilmente identificate e quindi, se necessario, isolate per ulteriori analisi.
Un campione contenente le aree di interesse è posto all’interno della camera a vuoto situata nella parte inferiore della colonna SEM. Una sorgente di elettroni, situata nella parte superiore della colonna, produce elettroni, che passano attraverso la colonna e sono incidenti sul campione., Il fascio di elettroni è diretto e focalizzato da magneti e lenti all’interno della colonna SEM mentre si avvicina al campione. Il fascio “oscilla” attraverso il campione causando alcuni degli elettroni da riflettere dal campione e alcuni da assorbire. I rivelatori specializzati ricevono questi elettroni ed elaborano il segnale in un formato utilizzabile. In genere, i tre diversi rivelatori utilizzati sono indicati come: Elettrone secondario, Backscatter e raggi X.
elettrone secondario-Il rivelatore secondario dell’elettrone principalmente è usato per osservare la struttura di superficie associata con l’esemplare., Questo rivelatore converte gli elettroni riflessi dalla superficie del campione in un segnale che può essere visualizzato come immagine su un monitor. Successivamente queste immagini possono essere catturate come una fotografia, se lo si desidera. Le immagini SEM, così come tutte le fotografie “catturate”, sono in scala di grigi in apparenza rispetto al colore perché gli elettroni rilevati sono in realtà oltre lo spettro della luce.,
Backscatter-Il rilevatore di backscatter funziona in modo simile al rivelatore di elettroni secondari in quanto” legge ” anche gli elettroni che vengono riflessi dal campione e li visualizza per l’osservazione e / o la fotografia. Per questo tipo di rivelatore, tuttavia, la scala di grigi osservata nelle immagini è un risultato diretto degli elementi presenti nell’area osservata., Elementi con un numero atomico più alto
assorbiranno più elettroni di un elemento con un numero atomico inferiore, quindi, ad esempio, le aree costituite da carbonio (C) appariranno molto più scure sulla scala di grigi di un’area contenente piombo (Pb).
X-Ray-Il termine rivelatore a raggi X è un termine generale per il tipo di rivelatore utilizzato per eseguire la spettroscopia a raggi X dispersiva di energia (EDS)., Il rivelatore a raggi X, o più specificamente, la tecnica EDS viene utilizzata per determinare qualitativamente e la maggior parte del tempo “semi-quantitativamente” la composizione elementare di un’area di interesse che è stata visivamente identificata e osservata utilizzando i rivelatori secondari di elettroni e retrodiffusione menzionati sopra.
Come il fascio di elettroni dal SEM stesso colpisce la superficie del campione, gli elettroni all’interno degli atomi di questa area di interesse sono elevati ad uno stato eccitato. Quando gli elettroni in questi atomi ritornano al loro stato fondamentale, viene emesso un caratteristico raggio X., Questi raggi X vengono poi raccolti dal rilevatore di raggi X e convertiti in informazioni “utili”. Un’immagine può, come descritto sopra, essere generata ma più
importante, questi raggi X emessi dal campione forniscono informazioni sulla composizione elementare dell’area. Di conseguenza, la tecnica EDS può rilevare elementi dal carbonio (C) all’uranio (U) in quantità fino all ‘ 1,0% in peso. In combinazione con il SEM stesso, l’area specifica di analisi per un dato campione di interesse può essere regolata semplicemente in base all’ingrandimento a cui il campione viene osservato.,
L’immagine 1, di seguito, mostra una panoramica del SEM con i tre rivelatori sopra descritti. Nello specifico, la colonna SEM e la camera possono essere osservate al centro dell’immagine con i rivelatori secondari di elettroni e retrodiffusione trovati attaccati al lato sinistro della camera e il rivelatore a raggi X attaccato al lato destro della camera.,
Esempi di analisi:
In base alle capacità di SEM / EDS, è possibile analizzare facilmente diversi tipi di campioni. Tutto, dall’ispezione visiva di un giunto di saldatura all’analisi elementare di un residuo superficiale della scheda osservato, SEM/EDS ottiene informazioni che altre tecniche analitiche semplicemente non possono.,
Sia SEM che EDS possono essere utilizzati per valutare e / o analizzare campioni sia che si tratti semplicemente di screening o di un problema correlato a un errore. In genere, SEM fornisce la “risposta” visiva mentre EDS fornisce la “risposta” elementare. In entrambi i casi, le aree di interesse possono essere osservate aerialmente o in sezione trasversale.
Da un aspetto di screening comune, i giunti di saldatura vengono tipicamente ispezionati per ragioni di integrità generale osservando strutture di grano, aree di contatto, strati IMC, ecc.,
Per i campioni non riusciti, vengono utilizzate le stesse tecniche di base, ma sono più focalizzate sullo svuotamento del giunto di saldatura, sulle separazioni del giunto di saldatura / pad o su altre caratteristiche correlate al guasto. Ad esempio, la tecnica SEM / EDS può fornire informazioni preziose su esattamente dove si sta verificando una separazione.,09″>
in Concomitanza con le immagini ottenute tramite SEM, EDS può essere utilizzato per ottenere elementale informazioni sulla zona di interesse.,
In alcune situazioni particolari, può anche essere importante osservare l’orientamento “esatto” degli elementi rilevati in una scansione EDS. Questa tecnica è chiamata Mappatura elementare e può essere molto istruttiva quando si determina l’integrità di un giunto di saldatura o si indaga su un guasto.
È possibile ottenere mappe elementali per ogni elemento di interesse e utilizzare diverse intensità di colore per mostrare visivamente le concentrazioni di un elemento specifico nell’area ispezionata.,
Nell’esempio seguente, la mappatura elementare è stata utilizzata sul giunto di saldatura di un campione di connettore per assicurarsi che gli elementi presenti fossero nella posizione “corretta”.
Nel complesso, SEM / EDS è uno strumento estremamente efficace nell’analisi e nell’ispezione dei giunti di saldatura e di altre aree correlate di affidabilità.