No.1 引言
掃描電子顯微鏡的簡稱為掃描電鏡,英文縮寫為SEM 。它利用細聚焦的電子束,轟擊樣品表面,通過電子與樣品相互作用産生的二次電子、背散射電子等,對樣品表面或斷口形貌進行觀察和分析。
在失效分析中,SEM有廣泛的應用場景,其在确定失效分析模式、查找失效成因方面發揮着舉足輕重的作用。
No.2 工作原理
掃描電鏡的焦深比透射電子顯微鏡大10倍,比光學顯微鏡大數百倍。由于圖像景深大,因此掃描得出的電子像富有立體感,具有三維形态。相較于其他顯微鏡,能夠提供更多的信息。
No.3 電子信号
二次電子(SEI)是指被入射電子轟擊出來的核外電子。它主要來自于距離表面小于10nm的淺層區域,能有效地顯示試樣表面的微觀形貌,且與原子序數的相關性不大,一般用來表征樣品表面的形貌。
背散射電子(BEI)是指入射電子與樣品相互作用之後,再次逸出樣品表面的高能電子。相較于二次電子,背散射電子與組成樣品的原子序數呈正相關,且采集的深度更深,主要用于反映樣品的元素特征。
SEI與BEI圖像對比SEIBEI
No.4 實際應用及案例
SEM在失效分析中主要的應用場景:
Q:什麼是失效分析?
A:所謂失效分析就是基于失效現象,通過信息收集、外觀檢查、以及電氣性能測試等,确定失效位置和可能的失效模式,即失效定位;
然後針對失效模式,采取一系列的分析手段展開原因分析,并進行根因驗證;
最後根據分析過程所獲得的測試數據,編制分析報告并提出改善建議。
實際分析應用案例1.金屬間化合物IMC觀察與測量焊接需要依靠在結合面上生成的合金層即IMC層,實現連接強度要求。因擴散形成的IMC,其生長形态多種多樣,對于結合部的物理性能、化學性能,尤其是機械性能、抗蝕性能等,有着獨特的影響。而且IMC過厚過薄都會影響焊接的強度。
2.富磷層觀察與測量
經化學鎳金(ENiG)處理過的焊盤,在Ni參與合金化後,多餘的磷會富集下來,集中在合金層邊緣,形成富磷層。如果富磷層足夠厚,焊點的可靠性将會大打折扣。
3.金屬斷口分析
通過斷口的形态,分析一些斷裂的基本問題:如斷裂起因、斷裂性質、斷裂方式、斷裂機制、斷裂韌性、斷裂過程的應力狀态以及裂紋擴展速率等。斷口分析現已成為對金屬構件進行失效分析的重要手段。
4.鎳腐蝕(黑盤)現象觀察
從斷裂面觀察到腐蝕裂紋(泥漿裂縫)以及剝金後的鎳層表面,存在大量黑點和裂紋,即為鎳腐蝕。觀察鎳層斷面處的形貌,可以觀察到連續的鎳腐蝕,進一步确認該可焊性不良闆存在鎳腐蝕現象,且鎳腐蝕處的IMC生長異常,緻使其可焊性不良。
No.5 總結
從上述可見,在整個失效分析過程中,SEM分析的結果是重要的失效判斷依據。依此,作出下一步的分析與推斷,進而幫助失效分析工作找到針對性的改進或預防措施,最終在失效分析工作過程中形成閉環。
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