SEM-EDS-Analyse

Analyse mittels Rasterelektronenmikroskopie / Energiedispersive Röntgenspektroskopie (SEM/EDS)

Was ist SEM/EDS?

Die verwendung von Rasterelektronenmikroskopie / Energie Dispersive Röntgenspektroskopie (SEM/EDS) in die analyse von ausfall verwandte fragen von leiterplatten (leiterplatten), baugruppen (PCAs), und elektronische komponenten (BGA, kondensatoren, widerstände, induktivitäten, anschlüsse, dioden, oszillatoren, transformatoren, IC, etc.,) ist ein gut etabliertes und akzeptiertes Protokoll. Im Gegensatz zur oder einfach zusätzlich zur normalen optischen Mikroskopie ermöglicht SEM/EDS die „Inspektion“ von Interessengebieten auf viel informativere Weise.

Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) ermöglicht die visuelle Beobachtung eines interessierenden Bereichs auf eine völlig andere Weise als die des bloßen Auges oder sogar der normalen optischen Mikroskopie. SEM-Bilder zeigen einfache Kontraste zwischen organischen und metallischen Materialien und liefern somit sofort viele Informationen über den zu inspizierenden Bereich., Gleichzeitig kann die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS), die manchmal als EDAX oder EDX bezeichnet wird, verwendet werden, um semi-quantitative elementare Ergebnisse über sehr spezifische Stellen innerhalb des interessierenden Bereichs zu erhalten.,

Typische Anwendungen der Rasterelektronenmikroskopie/energiedispersiven Röntgenspektroskopie (SEM/EDS)

• Kontaminationsanalyse (Rückstand)
• Lötstellenbewertung
• Komponentenfehler
• Intermetallische (IMC) Bewertung
• Bleifreie (Pb-freie) Zuverlässigkeit
• Elementarkartierung
• Zinn (Sn) Schnurrhaare
• Black Pad-Analyse

Methodik:

Einfach ausgedrückt, ermöglicht SEM die Untersuchung eines interessierenden Bereichs mit extrem hohen Vergrößerungen., SEM erzeugt Bilder mit hoher Auflösung und detaillierter Schärfentiefe im Gegensatz zu denen, die mit normaler optischer Mikroskopie erreicht werden können. Als Beispiele können Oberflächenstrukturen, allgemeine Anomalien und Kontaminationsbereiche leicht identifiziert und bei Bedarf zur weiteren Analyse isoliert werden.

In der Vakuumkammer, die sich am Boden der SEM-Säule befindet, befindet sich eine Probe, die die interessierenden Bereiche enthält. Eine Elektronenquelle, die sich oben in der Säule befindet, erzeugt Elektronen, die durch die Säule hindurchgehen und auf die Probe einfallen., Der Elektronenstrahl wird von Magneten und Linsen innerhalb der SEM-Säule gerichtet und fokussiert, wenn er sich der Probe nähert. Der Strahl „schwingt“ über die Probe, wodurch einige der Elektronen von der Probe reflektiert und einige absorbiert werden. Spezialisierte Detektoren empfangen diese Elektronen und verarbeiten das Signal in ein brauchbares Format. Typischerweise werden die drei verschiedenen verwendeten Detektoren bezeichnet als: Sekundärelektron, Rückstreuung und Röntgen.

Sekundärelektron – Der sekundäre Elektronendetektor wird hauptsächlich zur Beobachtung der Oberflächenstruktur(en) der Probe verwendet., Dieser Detektor wandelt die von der Probenoberfläche reflektierten Elektronen in ein Signal um, das als Bild auf einem Monitor angezeigt werden kann. Anschließend können diese Bilder auf Wunsch als Foto aufgenommen werden. SEM-Bilder sowie alle „aufgenommenen“ Fotos sehen im Gegensatz zur Farbe Graustufen aus, da die detektierten Elektronen tatsächlich außerhalb des Lichtspektrums liegen.,

Backscatter – Der Backscatter-Detektor arbeitet ähnlich wie der Sekundärelektronendetektor, da er auch Elektronen“ liest“, die vom Prüfling reflektiert werden, und sie zur Beobachtung und / oder Fotografie anzeigt. Für diesen Detektortyp ist die in den Bildern beobachtete Graustufe jedoch ein direktes Ergebnis der in dem beobachteten Bereich vorhandenen Elemente., Elemente mit einer höheren Ordnungszahl
absorbieren mehr Elektronen als ein Element mit einer niedrigeren Ordnungszahl, so dass beispielsweise Bereiche, die aus Kohlenstoff (C) bestehen, auf der Grauskala viel dunkler erscheinen als ein Bereich, der Blei (Pb) enthält.

Röntgen-Der Begriff Röntgendetektor ist ein allgemeiner Begriff für den Detektortyp, der zur Durchführung der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) verwendet wird., Der Röntgendetektor oder genauer gesagt die EDS-Technik wird verwendet, um qualitativ und meistens „semi-quantitativ“ die Elementzusammensetzung eines interessierenden Bereichs zu bestimmen, der visuell identifiziert und unter Verwendung der oben genannten sekundären Elektronen-und Rückstreudetektoren beobachtet wurde.

Wenn der Elektronenstrahl vom REM selbst auf die Probenoberfläche trifft, werden die Elektronen innerhalb der Atome dieses interessierenden Bereichs in einen angeregten Zustand versetzt. Wenn die Elektronen in diesen Atomen dann zu
ihrem Grundzustand zurückkehren, wird ein charakteristisches Röntgenbild emittiert., Diese Röntgenstrahlen werden dann vom Röntgendetektor gesammelt und in „nützliche“ Informationen umgewandelt. Ein Bild kann, wie oben beschrieben, erzeugt werden, aber mehr
wichtig ist, dass diese Röntgenstrahlen, die von der Probe emittiert werden, Informationen über die elementare Zusammensetzung des Bereichs geben. Infolgedessen kann die EDS-Technik Elemente von Kohlenstoff (C) bis Uran (U) in Mengen von nur 1,0 Gew. – %nachweisen. In Kombination mit dem SEM selbst kann der spezifische Analysebereich für eine bestimmte interessierende Probe einfach auf der Grundlage der Vergrößerung eingestellt werden, bei der die Probe beobachtet wird.,

Bild 1 unten zeigt eine Übersicht des SEM mit den drei oben beschriebenen Detektoren. Insbesondere können die SEM-Säule und-Kammer in der Bildmitte beobachtet werden, wobei die sekundären Elektronen-und Rückstreudetektoren an der linken Seite der Kammer und der Röntgendetektor an der rechten Seite der Kammer angebracht sind.,

Analysebeispiele:
Basierend auf den Fähigkeiten von SEM/EDS können viele verschiedene Arten von Proben einfach analysiert werden. Alles von der Sichtprüfung einer Lötstelle bis hin zur Elementaranalyse eines beobachteten Plattenoberflächenrückstands erhält SEM/EDS Informationen, die andere Analysetechniken einfach nicht können.,

Sowohl SEM als auch EDS können zur Auswertung und / oder Analyse von Proben verwendet werden, unabhängig davon, ob es sich lediglich um Screening-Zwecke oder um ein Fehlerproblem handelt. In der Regel liefert SEM die visuelle „Antwort“, während EDS die elementare“Antwort“ liefert. In beiden Fällen können interessierende Bereiche aerial oder im Querschnitt beobachtet werden.

Unter einem gemeinsamen Siebaspekt werden Lötstellen typischerweise aus Gründen der Gesamtintegrität überprüft, indem Kornstrukturen, Kontaktbereiche, IMC-Schichten usw. beobachtet werden.,

Bei fehlgeschlagenen Proben werden die gleichen Grundtechniken verwendet, konzentrieren sich jedoch mehr auf das Voiding von Lötstellen, Lötstellen / Pad-Trennungen oder andere fehlerbezogene Eigenschaften. Als Beispiel kann die SEM/EDS-Technik wertvolle Informationen darüber geben, wo genau eine Trennung stattfindet.,09″>

In Übereinstimmung mit allen über SEM erhaltenen Bildern kann EDS verwendet werden, um elementare Informationen über das interessierende Gebiet zu erhalten.,

In einigen speziellen Situationen kann es auch wichtig sein, die „genaue“ Ausrichtung der in einem EDS-Scan erkannten Elemente zu beobachten. Diese Technik wird als Elementarzuordnung bezeichnet und kann sehr informativ sein, wenn die
– Integrität einer Lötstelle bestimmt oder ein Fehler untersucht wird.

Elementarkarten können für jedes interessierende Element erhalten werden und verwenden unterschiedliche Farbintensitäten, um die Konzentrationen eines bestimmten Elements in dem zu inspizierenden Bereich visuell anzuzeigen.,

Im folgenden Beispiel wurde eine Elementarzuordnung an der Lötstelle einer Steckerprobe verwendet, um sicherzustellen, dass sich die vorhandenen Elemente an der „richtigen“ Stelle befanden.

Insgesamt ist SEM/EDS ein äußerst effektives Werkzeug bei der Analyse und Inspektion von Lötstellen und anderen verwandten Bereichen der Zuverlässigkeit.