SEM-EDS analyse

analyse via Scanning elektronenmicroscopie / energie dispersieve X-Ray spectroscopie (SEM/EDS)

Wat is SEM/EDS?

het gebruik van Scanning elektronenmicroscopie / energie dispersieve Röntgenspectroscopie (SEM/EDS) bij de analyse van problemen in verband met storingen van printplaten (PCB ‘s), assemblages (PCA’ s) en elektronische componenten (BGA, condensatoren, weerstanden, smoorspoelen, connectoren, diodes, oscillatoren, transformatoren, IC, enz.,) is een gevestigde en geaccepteerde protocol. In tegenstelling tot of eenvoudig naast normale optische microscopie, staat SEM/EDS voor de “inspectie” van gebieden van belang op een veel meer informatieve manier toe.

Scanning elektronenmicroscopie (SEM) maakt visuele observatie van een interessant gebied mogelijk op een totaal andere manier dan die van het blote oog of zelfs normale optische microscopie. SEM-beelden tonen eenvoudige contrasten tussen organische en metallische materialen en geven zo direct veel informatie over het te inspecteren gebied., Tegelijkertijd kan de energie dispersieve Röntgenspectroscopie( EDS), soms als EDAX of EDX wordt bedoeld, worden gebruikt om semi-kwantitatieve elementaire resultaten over zeer specifieke plaatsen binnen het gebied van belang te verkrijgen.,

typisch gebruik van Scanning Electron Microscopy / Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (SEM/EDS)

• Contamination (residu) Analysis
• solder Joint Evaluation
• Component defecten
• Intermetallic (IMC) Evaluation
• loodvrije (Pb-Free) betrouwbaarheid
• Elemental Mapping
• Tin (Sn) whiskers
• Black pad Analysis

methodologie:

eenvoudig gezegd, SEM maakt het mogelijk een gebied van belang te onderzoeken bij extreem hoge vergrotingen., SEM produceert beelden van hoge resolutie en gedetailleerde scherptediepte in tegenstelling tot die haalbaar gebruikend normale optische microscopie. Als voorbeeld kunnen oppervlaktestructuren, algemene anomalieën en verontreinigingsgebieden gemakkelijk worden geïdentificeerd en indien nodig worden geïsoleerd voor verdere analyse.

in de vacuümkamer aan de onderkant van de SEM-kolom wordt een monster geplaatst dat het(de) betrokken gebied (en) bevat. Een elektronenbron, die bij de bovenkant van de kolom wordt gevestigd, produceert elektronen, die door de kolom overgaan en op het specimen incident zijn., De elektronenstraal wordt geleid en geconcentreerd door magneten en lens binnen van de kolom SEM aangezien het het specimen nadert. De straal “schommelt” over de steekproef veroorzakend sommige elektronen om door het specimen worden weerspiegeld en wat worden geabsorbeerd. Gespecialiseerde detectoren ontvangen deze elektronen en verwerken het signaal in een bruikbaar formaat. Typisch, worden de drie verschillende gebruikte detectoren bedoeld als: secundair elektron, Backscatter, en Röntgenstraal.

secundair elektron-de secundaire elektronendetector wordt voornamelijk gebruikt om de oppervlaktestructuur(en) van het monster te observeren., Deze detector zet de elektronen om die door de specimenoppervlakte in een signaal worden weerspiegeld dat als beeld op een monitor kan worden getoond. Vervolgens kunnen deze beelden desgewenst als foto worden vastgelegd. SEM beelden, evenals alle “gevangen” foto ‘ s, zijn grijswaarden in uiterlijk in tegenstelling tot kleur, omdat de elektronen worden gedetecteerd zijn eigenlijk buiten het lichtspectrum.,

Backscatter-de backscatter detector werkt vergelijkbaar met de secundaire elektronendetector, omdat hij ook elektronen “leest” die door het proefstuk worden gereflecteerd en deze weergeeft voor observatie en / of Fotografie. Voor dit detectortype echter, is de grijswaarden die in de beelden worden waargenomen een direct resultaat van het element(de elementen) huidig in het gebied dat wordt waargenomen., Elementen met een hoger atoomnummer
zullen meer elektronen absorberen dan een element met een lager atoomnummer, waardoor bijvoorbeeld gebieden die bestaan uit koolstof (C) veel donkerder zullen lijken op de grijsschaal dan een gebied dat lood (Pb) bevat.

X-Ray-de term X-ray detector is een algemene term voor het type detector dat wordt gebruikt om Energiedispersieve X-Ray spectroscopie (EDS) uit te voeren., De röntgendetector, of meer specifiek de EDS-techniek, wordt gebruikt om kwalitatief en meestal “semi-kwantitatief” de elementaire samenstelling te bepalen van een interessant gebied dat visueel werd geïdentificeerd en waargenomen met behulp van de secundaire elektronen-en backscatter-detectoren die hierboven zijn vermeld.

naarmate de elektronenbundel van de SEM zelf het oppervlak van het monster raakt, worden de elektronen binnen de atomen van dit gebied van belang verhoogd tot een opgewekte toestand. Wanneer de elektronen in deze atomen dan terugkeren naar hun grondtoestand, wordt een karakteristieke Röntgenstraal uitgezonden., Deze röntgenstralen worden dan verzameld door de röntgendetector en omgezet in “nuttige” informatie. Een beeld kan, zoals hierboven beschreven, worden gegenereerd, maar belangrijker nog, deze röntgenstralen die van het specimen worden uitgezonden, geven informatie over de elementaire samenstelling van het gebied. Hierdoor kan de EDS-techniek elementen van koolstof (C) tot uranium (U) detecteren in hoeveelheden van slechts 1,0 wt%. In combinatie met de SEM zelf, kan het specifieke gebied van analyse voor een bepaald specimen van belang eenvoudig worden aangepast gebaseerd op de vergroting waarbij het specimen wordt waargenomen.,

afbeelding 1 hieronder toont een overzicht van de SEM met de drie hierboven beschreven detectoren. Specifiek, de SEM kolom en kamer kunnen worden waargenomen in het midden van het beeld met de secundaire elektron en backscatter detectoren gevonden in bijlage aan de linkerkant van de kamer en de röntgendetector in bijlage aan de rechterkant van de kamer.,

voorbeelden van analyses:
Op basis van de mogelijkheden van SEM/EDS kunnen veel verschillende soorten monsters gemakkelijk worden geanalyseerd. Alles van de visuele inspectie van een soldeerverbinding tot de elementaire analyse van een waargenomen boardoppervlak residu, SEM/EDS verkrijgt informatie die andere analytische technieken gewoon niet kunnen.,

zowel SEM als EDS kunnen worden gebruikt voor het evalueren en / of analyseren van monsters, of het nu voor screeningsdoeleinden is of voor een probleem dat verband houdt met storingen. Meestal biedt SEM het visuele “antwoord” terwijl EDS het elementaire “antwoord”geeft. In beide gevallen kunnen gebieden van belang worden waargenomen aeriaal of in doorsnede.

van een gemeenschappelijk screeningsaspect worden soldeerverbindingen doorgaans om algemene redenen geïnspecteerd door het observeren van korrelstructuren, contactgebieden, IMC-lagen, enz.,

voor mislukte monsters worden dezelfde basistechnieken gebruikt, maar zijn meer gericht op het wegvallen van de soldeerverbinding, scheidingen van de soldeerverbinding / pad of andere kenmerken die verband houden met de storing. Als voorbeeld, kan de SEM/EDS techniek onschatbare informatie geven over precies waar een scheiding plaatsvindt.,09″>

Samenvalt met een van de beelden verkregen via SEM, EDS kan worden gebruikt voor het verkrijgen van elementaire informatie over de omgeving van belang.,

in sommige speciale situaties kan het ook belangrijk zijn om de “exacte” oriëntatie van de elementen in een EDS-scan te observeren. Deze techniek wordt elementaire Mapping genoemd en kan zeer informatief zijn bij het bepalen van de integriteit van een soldeerverbinding of bij het onderzoeken van een storing.

elementaire kaarten kunnen worden verkregen voor elk element van belang en gebruik variërende kleurintensiteit om visueel de concentraties van een specifiek element in het te inspecteren gebied weer te geven.,

in het onderstaande voorbeeld werd elemental mapping gebruikt op de soldeerverbinding van een connectormonster om er zeker van te zijn dat de aanwezige elementen zich op de “juiste” plaats bevonden.

over het algemeen is SEM/EDS een zeer effectief instrument voor de analyse en inspectie van soldeerverbindingen en andere gerelateerde betrouwbaarheidsgebieden.