Analiza za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej/rozpraszającej energii spektroskopii rentgenowskiej (sem/EDS)
Co to jest sem / EDS?
zastosowanie skaningowej mikroskopii elektronowej / spektroskopii rentgenowskiej dyspersyjnej energii (sem / EDS) w analizie problemów związanych z awariami płytek drukowanych (PCB), zespołów (PCAs) i elementów elektronicznych (BGA, kondensatory, rezystory, cewki indukcyjne, złącza, Diody, oscylatory, transformatory, Układy scalone itp.,) jest dobrze ugruntowanym i akceptowanym protokołem. W przeciwieństwie do zwykłej mikroskopii optycznej, SEM/EDS pozwala na „inspekcję” interesujących obszarów w znacznie bardziej pouczający sposób.skaningowa mikroskopia elektronowa (sem) pozwala na wizualną obserwację interesującego obszaru w zupełnie inny sposób niż w przypadku gołego oka, a nawet zwykłej mikroskopii optycznej. Obrazy SEM pokazują proste kontrasty między materiałami na bazie organicznej i metalicznymi, dzięki czemu natychmiast dostarczają wielu informacji na temat kontrolowanego obszaru., W tym samym czasie Spektroskopia rentgenowska (EDS), czasami określana jako EDAX lub EDX, może być używana do uzyskania półilościowych wyników elementarnych o bardzo specyficznych lokalizacjach w obszarze zainteresowania.,
typowe zastosowania skaningowej mikroskopii elektronowej / dyspersyjnej spektroskopii rentgenowskiej (sem/EDS)
•
Analiza zanieczyszczeń (pozostałości)
• ocena spoin lutowniczych
• defekty komponentów
• ocena Intermetaliczna (IMC)
• niezawodność Bezołowiowa (Pb)
• mapowanie pierwiastkowe
• wąsy cyny (Sn)
• analiza Black Pad
Metodologia:
Mówiąc najprościej, sem pozwala na badanie obszaru zainteresowania przy bardzo dużych powiększeniach., Sem tworzy obrazy o wysokiej rozdzielczości i szczegółowej głębi ostrości, w przeciwieństwie do tych osiągalnych przy użyciu zwykłej mikroskopii optycznej. Na przykład struktury powierzchniowe, ogólne anomalie i obszary skażenia można łatwo zidentyfikować, a następnie w razie potrzeby odizolować do dalszej analizy.
Próbka zawierająca obszar(obszary) zainteresowania jest umieszczana w komorze próżniowej znajdującej się na dole kolumny SEM. Źródło elektronów, znajduje się w górnej części kolumny, wytwarza elektrony, które przechodzą przez kolumnę i padają na próbkę., Wiązka elektronów jest kierowana i skupiona przez magnesy i soczewkę wewnątrz kolumny SEM, gdy zbliża się do próbki. Wiązka „huśtawki” w próbce powodując niektóre elektrony są odbijane przez próbkę, a niektóre są absorbowane. Wyspecjalizowane detektory odbierają te elektrony i przetwarzają sygnał do użytecznego formatu. Zazwyczaj trzy różne detektory używane są określane jako: Elektron wtórny, rozpraszanie wsteczne i promieniowanie rentgenowskie.
Elektron wtórny – detektor elektronów wtórnych używany jest głównie do obserwacji struktury powierzchni związanej z próbką., Detektor ten przekształca elektrony odbite przez powierzchnię próbki w sygnał, który może być wyświetlany jako obraz na monitorze. Następnie obrazy te mogą być przechwytywane jako zdjęcie, w razie potrzeby. Obrazy SEM, jak również wszelkie „przechwycone” zdjęcia, są w skali szarości w przeciwieństwie do koloru, ponieważ wykrywane elektrony są w rzeczywistości poza widmem światła.,
Backscatter-detektor rozpraszania wstecznego działa podobnie do detektora elektronów wtórnych, ponieważ również „odczytuje” elektrony, które są odbijane przez próbkę testową i wyświetla je do obserwacji i / lub fotografii. Jednak dla tego typu detektora skala szarości obserwowana na obrazach jest bezpośrednim wynikiem pierwiastków obecnych w obserwowanym obszarze., Pierwiastki o wyższej liczbie atomowej
pochłaniają więcej elektronów niż pierwiastki o niższej liczbie atomowej, więc na przykład obszary składające się z węgla (C) będą wyglądać znacznie ciemniej w skali szarości niż obszar zawierający ołów (Pb).
Rentgen-pojęcie detektora rentgenowskiego jest ogólnym określeniem rodzaju detektora używanego do wykonywania spektroskopii rentgenowskiej (EDS)., Detektor promieniowania rentgenowskiego, a dokładniej technika EDS jest używana do jakościowego i przez większość czasu „pół ilościowo” określenia składu pierwiastkowego obszaru zainteresowania, który został zidentyfikowany wizualnie i zaobserwowany przy użyciu wtórnych detektorów elektronów i rozproszenia wstecznego, o których mowa powyżej.
gdy wiązka elektronów z samego SEM uderza w powierzchnię próbki, elektrony w atomach tego obszaru zainteresowania są podwyższone do stanu wzbudzonego. Gdy elektrony w tych atomach powrócą do
swojego stanu gruntu, emitowane jest charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie., Te promienie rentgenowskie są następnie gromadzone przez detektor rentgenowski i przekształcane w” Przydatne ” informacje. Obraz może, jak opisano powyżej, być generowany, ale więcej
co ważne, te promienie rentgenowskie emitowane z próbki dają informacje o składzie elementarnym obszaru. W rezultacie technika EDS może wykrywać pierwiastki od węgla (C) do uranu (U)w ilościach nawet 1,0% wag. W połączeniu z samym SEM, specyficzny obszar Analizy dla danej próbki może być regulowany po prostu na podstawie powiększenia, w którym próbka jest obserwowana.,
zdjęcie 1 poniżej przedstawia przegląd SEM z trzema detektorami opisanymi powyżej. W szczególności kolumna SEM i komora mogą być obserwowane w środku obrazu z detektorami wtórnych elektronów i rozpraszania wstecznego przymocowanymi do lewej strony komory i detektorem rentgenowskim przymocowanym do prawej strony komory.,
przykłady analizy:
w oparciu o możliwości sem/EDS można łatwo analizować wiele różnych rodzajów próbek. Wszystko, od oględzin złącza lutowniczego do analizy elementarnej obserwowanych pozostałości powierzchniowych płyty, SEM/EDS uzyskuje informacje, których inne techniki analityczne po prostu nie mogą.,
zarówno SEM, jak i EDS mogą być używane do oceny i / lub analizy próbek, niezależnie od tego, czy są to po prostu badania przesiewowe, czy problemy związane z awarią. Zazwyczaj sem zapewnia wizualną „odpowiedź”, podczas gdy EDS zapewnia elementarną”odpowiedź”. W obu przypadkach obszary zainteresowania mogą być obserwowane w powietrzu lub w przekroju.
ze wspólnego aspektu przesiewowego, połączenia lutownicze są zwykle kontrolowane ze względu na ogólną integralność poprzez obserwację struktur ziarna, obszarów styku, warstw IMC itp.,
w przypadku nieudanych próbek stosuje się te same podstawowe techniki, ale bardziej koncentrują się na pustym złączu lutowniczym, separacjach złącza lutowniczego / podkładki lub innych cechach związanych z awarią. Na przykład technika sem/EDS może dać bezcenne informacje o tym, gdzie dokładnie zachodzi separacja.,09″>
> ,
w niektórych szczególnych sytuacjach ważne może być również obserwowanie „dokładnej” orientacji elementów wykrytych w skanie EDS. Technika ta nazywa się mapowaniem elementarnym i może być bardzo pouczająca przy określaniu integralności połączenia lutowniczego lub badaniu awarii.
Mapy elementarne można uzyskać dla każdego interesującego elementu i używać różnych intensywności kolorów, aby wizualnie pokazać stężenia określonego elementu w kontrolowanym obszarze.,
w poniższym przykładzie mapowanie elementów zostało użyte na złączu lutowniczym próbki złącza, aby upewnić się, że elementy obecne są w „prawidłowej” lokalizacji.
Ogólnie Rzecz Biorąc, sem/EDS jest niezwykle skutecznym narzędziem w analizie i kontroli połączeń lutowniczych i innych powiązanych obszarów niezawodności.