島津EPMA微量元素分析在無(wú)鉛焊錫材料中的應(yīng)用

EPMA

無(wú)鉛焊錫材料

隨著微型電子電器的發(fā)展以及根據(jù)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》的規(guī)定，無(wú)鉛焊錫（lead-free solder）已逐漸成為電子電器行業(yè)中的主流焊料。相較普通焊錫，無(wú)鉛焊錫具有以下三大優(yōu)勢(shì)：

1. 溶化后出渣量比普通焊錫少，且具有優(yōu)良的抗氧化性能；

2. 溶化后粘度低，流動(dòng)性好，可焊性高，適用于波峰焊接工藝；

3. 由于氧化夾雜極少，可以更大限度地減少拉尖、橋聯(lián)現(xiàn)象，焊接質(zhì)量可靠，焊點(diǎn)光亮飽滿。

無(wú)鉛焊錫中雜質(zhì)元素含量及分布的控制決定了焊料的質(zhì)量及最終的上錫效果，因此工廠需要借助電子探針（EPMA）的元素含量和圖像分析功能對(duì)無(wú)鉛焊錫中的雜質(zhì)含量和微觀分布進(jìn)行檢測(cè)。

圖1. 島津場(chǎng)發(fā)射電子探針EPMA-8050G

島津EPMA-8050G型電子探針（圖1）搭載高質(zhì)量場(chǎng)發(fā)射電子光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合島津*的52.5°高X射線取出角和全聚焦晶體，可以實(shí)現(xiàn)：

1 *的空間分辨率

EPMA-8050G可達(dá)到的更高級(jí)別的二次電子圖像分辨率3nm（加速電壓30kV）。

（加速電壓10kV時(shí)20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）

2 大束流更高靈敏度分析

可實(shí)現(xiàn)其他儀器所不能達(dá)到的大束流（加速電壓30kV時(shí)可達(dá)3μA）。在超微量元素的檢測(cè)靈敏度上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，將元素面分析時(shí)超微量元素成分分布的可視化成為現(xiàn)實(shí)。

島津研發(fā)部門(mén)使用EPMA-8050G儀器在低加速電壓（7kV）條件下對(duì)電子元件和印刷電路板連接處的焊料層進(jìn)行了背散射（BSE）和元素面分布分析，圖2 展示了微米尺度（刻度尺5μm）上雜質(zhì)元素以點(diǎn)狀A(yù)g顆粒沉積為主，少量Cu顆粒沉積，確定了雜質(zhì)元素的種類。

圖2. 焊料層背散射和元素面分布圖像分析（刻度尺5μm）

擴(kuò)大放大倍數(shù)（刻度尺500nm）對(duì)富集Ag顆粒區(qū)域進(jìn)行背散射和元素面分布分析，圖3展示清晰區(qū)分Ag顆粒所需的橫向空間分辨率大致為100nm甚至更小。

圖3. 焊料層背散射和元素面分布圖像分析（刻度尺500nm）

使用高加速電壓（25kV）條件對(duì)相同視域進(jìn)行分析，圖4 展示Ag顆粒在高加速電壓條件下具有更廣的分布范圍（C、D點(diǎn)區(qū)域均有Ag顆粒分布），結(jié)合島津的電子傳播路徑顯示程序（Electron penetration display program）分析，圖5 展示高加速電壓條件下X射線出射深度更大，根據(jù)以上信息可模擬推斷出Ag雜質(zhì)顆粒在焊料層縱向上的分布（圖6）。

圖4. 不同加速電壓（7kV和25kV）條件下背散射和Ag元素分布圖像

圖5. 不同加速電壓條件下電子束作用范圍（紅色）和X射線出射深度（綠色）

圖6. 推斷的Ag顆粒在焊料層內(nèi)的縱向分布

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