sem-EDS-analys

analys via Scanning elektronmikroskopi / Energidispersiv röntgenspektroskopi (SEM/EDS)

Vad är SEM / EDS?

användningen av Skanningselektronmikroskopi/Energidispersiv röntgenspektroskopi (SEM / EDS) vid analys av felrelaterade problem med tryckta kretskort (PCB), aggregat (PCA) och elektroniska komponenter (BGA, kondensatorer, motstånd, induktorer, kontakter, dioder, oscillatorer, transformatorer, IC etc.,) är ett väletablerat och godkänt protokoll. I motsats till eller helt enkelt utöver normal optisk mikroskopi möjliggör SEM / EDS ”inspektion” av intresseområden på ett mycket mer informativt sätt.

Scanning Electron Microscopy (SEM) möjliggör visuell observation av ett område av intresse på ett helt annat sätt än blotta ögat eller till och med normal optisk mikroskopi. SEM-bilder visar enkla kontraster mellan organiska och metallbaserade material och ger därmed omedelbart mycket information om området som inspekteras., Samtidigt kan Energidispersiv röntgenspektroskopi (EDS), ibland kallad EDAX eller EDX, användas för att erhålla semikvantitativa elementära resultat om mycket specifika platser inom intresseområdet.,

Typiska användningar av Skanningselektronmikroskopi/Energidispersiv röntgenspektroskopi (SEM/EDS)

• kontamination (rester) analys
• Lod gemensam utvärdering
• Komponentdefekter
• Intermetallisk (IMC) utvärdering
• blyfri (Pb-fri) tillförlitlighet
• Elemental Mapping
• tenn (Sn) Whiskers
• Black pad-analys

metodik:

enkelt uttryckt tillåter sem att ett intresseområde undersöks vid extremt höga förstoringar., SEM producerar bilder med hög upplösning och detaljerat skärpedjup till skillnad från de uppnåeliga med normal optisk mikroskopi. Som exempel kan ytstrukturer, allmänna anomalier och föroreningsområden lätt identifieras och vid behov isoleras för vidare analys.

ett prov som innehåller området / områdena av intresse placeras i vakuumkammaren längst ner i sem-kolonnen. En elektronkälla, som ligger högst upp i kolonnen, producerar elektroner, som passerar genom kolonnen och infaller på provet., Elektronstrålen riktas och fokuseras av magneter och lins inuti sem-kolonnen när den närmar sig provet. Strålen ”svänger” över provet, vilket gör att några av elektronerna reflekteras av provet och vissa absorberas. Specialiserade detektorer tar emot dessa elektroner och bearbetar signalen till ett användbart format. Vanligtvis kallas de tre olika detektorerna som används: sekundär elektron, Backscatter och röntgen.

sekundär elektron – den sekundära elektrondetektorn används främst för att observera ytstruktur(er) i samband med provet., Denna detektor omvandlar de elektroner som reflekteras av preparatytan till en signal som kan visas som en bild på en bildskärm. Därefter kan dessa bilder fångas som ett fotografi, om så önskas. SEM-bilder, liksom alla ”fångade” fotografier, är gråskala i utseende i motsats till färg eftersom elektronerna som detekteras är faktiskt bortom ljusspektrumet.,

Backscatter – backscatter detektorn fungerar liknande den sekundära elektrondetektorn eftersom den också ”läser” elektroner som reflekteras av testprovet och visar dem för observation och / eller fotografering. För denna detektortyp är emellertid den gråskala som observeras i bilderna ett direkt resultat av det eller de element som finns i det område som observeras., Element med ett högre atomnummer
kommer att absorbera fler elektroner än ett element med ett lägre atomnummer.till exempel kommer områden som består av kol (C) att visas mycket mörkare på gråskalan än ett område som innehåller bly (Pb).

röntgen-termen röntgendetektor är en allmän term för den typ av detektor som används för att utföra Energidispersiv röntgenspektroskopi (EDS)., Röntgendetektorn, eller mer specifikt, EDS-tekniken används för att kvalitativt och för det mesta ”halvkvantitativt” bestämma den elementära sammansättningen av ett intresseområde som visuellt identifierades och observerades med hjälp av de sekundära elektron-och backscatterdetektorer som nämns ovan.

eftersom elektronstrålen från SEM själv träffar preparatytan, höjs elektronerna inom atomerna i detta intresseområde till ett upphetsat tillstånd. När elektronerna i dessa atomer sedan återvänder till
deras marktillstånd, avges en karakteristisk röntgenstråle., Dessa röntgenstrålar samlas sedan in av Röntgendetektorn och omvandlas till ”användbar” information. En bild kan, som beskrivits ovan, genereras men mer
viktigare, dessa röntgenstrålar som avges från provet ger information om områdets elementära sammansättning. Som ett resultat kan EDS-tekniken detektera element från kol (C) till uran (U) i mängder så låga som 1,0 wt%. I kombination med själva SEM kan det specifika analysområdet för ett visst prov av intresse justeras enkelt baserat på den förstoring vid vilken provet observeras.,

bild 1, nedan, visar en översikt över SEM med de tre detektorer som beskrivs ovan. Specifikt kan sem-kolonnen och kammaren observeras i mitten av bilden med de sekundära elektronen och backscatter detektorerna som finns fastsatta på vänster sida av kammaren och Röntgendetektorn fäst vid kammarens högra sida.,

Analysexempel:
baserat på kapaciteten hos SEM / EDS kan många olika typer av prover enkelt analyseras. Allt från visuell inspektion av en lödfog till elementanalys av en observerad styrelse ytrester, får SEM/EDS information som andra analytiska tekniker helt enkelt inte kan.,

både SEM och EDS kan användas för att utvärdera och / eller analysera prover om det bara är för screeningändamål eller för ett felrelaterat problem. Vanligtvis ger SEM det visuella ” svaret ”medan EDS ger det elementära”svaret”. I båda fallen kan intresseområden observeras aeriellt eller i tvärsnitt.

från en gemensam screeningaspekt inspekteras lödfogar vanligtvis av övergripande integritetsskäl genom att observera kornstrukturer, kontaktområden, IMC-lager etc.,

för misslyckade prover används samma grundläggande tekniker men är mer fokuserade på lodfog voiding, lodfog / pad separationer eller andra fel relaterade egenskaper. Som ett exempel kan SEM/EDS-tekniken ge ovärderlig information om exakt var en separation uppstår.,Bild 3 Översikt och närbild av separat BGA-lödfog i tvärsnitt

sammanfaller med bilder som erhållits via sem, kan EDS användas för att få elementär information om intresseområdet.,

i vissa speciella situationer kan det också vara viktigt att observera den ”exakta” orienteringen av de element som detekteras i en EDS-skanning. Denna teknik kallas elementär kartläggning och kan vara mycket informativ vid bestämning av en lödledningens
integritet eller undersökning av ett misslyckande.

Elementkartor kan erhållas för varje element av intresse och använda olika färgintensiteter för att visuellt visa koncentrationerna av ett visst element över det område som inspekteras.,

i exemplet nedan användes elemental mapping på lödfogen i ett kontaktprov för att se till att de element som finns var på ”rätt” plats.

totalt sett är SEM / EDS ett extremt effektivt verktyg vid analys och inspektion av lödfogar och andra relaterade områden av tillförlitlighet.