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岛津EPMA微量元素分析在无铅焊锡材料中的应用
EPMA
无铅焊锡材料
随着微型电子电器的发展以及根据国家信息产业部《电子信息产品生产污染防治管理办法》的规定，无铅焊锡（lead-free solder）已逐渐成为电子电器行业中的主流焊料。相较普通焊锡，无铅焊锡具有以下三大优势：
1. 溶化后出渣量比普通焊锡少，且具有优良的抗氧化性能；
2. 溶化后粘度低，流动性好，可焊性高，适用于波峰焊接工艺；
3. 由于氧化夹杂极少，可以更大限度地减少拉尖、桥联现象，焊接质量可靠，焊点光亮饱满。
无铅焊锡中杂质元素含量及分布的控制决定了焊料的质量及最终的上锡效果，因此工厂需要借助电子探针（EPMA）的元素含量和图像分析功能对无铅焊锡中的杂质含量和微观分布进行检测。
图1. 岛津场发射电子探针EPMA-8050G
岛津EPMA-8050G型电子探针（图1）搭载高质量场发射电子光学系统，结合岛津特有的52.5°高X射线取出角和全聚焦晶体，可以实现：
1 优越的空间分辨率
EPMA-8050G可达到的更高级别的二次电子图像分辨率3nm（加速电压30kV）。
（加速电压10kV时20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）
2 大束流更高灵敏度分析
可实现其他仪器所不能达到的大束流（加速电压30kV时可达3μA）。在超微量元素的检测灵敏度上实现了质的飞跃，将元素面分析时超微量元素成分分布的可视化成为现实。
岛津研发部门使用EPMA-8050G仪器在低加速电压（7kV）条件下对电子元件和印刷电路板连接处的焊料层进行了背散射（BSE）和元素面分布分析，图2 展示了微米尺度（刻度尺5μm）上杂质元素以点状Ag颗粒沉积为主，少量Cu颗粒沉积，确定了杂质元素的种类。
图2. 焊料层背散射和元素面分布图像分析（刻度尺5μm）
扩大放大倍数（刻度尺500nm）对富集Ag颗粒区域进行背散射和元素面分布分析，图3展示清晰区分Ag颗粒所需的横向空间分辨率大致为100nm甚至更小。
图3. 焊料层背散射和元素面分布图像分析（刻度尺500nm）
使用高加速电压（25kV）条件对相同视域进行分析，图4 展示Ag颗粒在高加速电压条件下具有更广的分布范围（C、D点区域均有Ag颗粒分布），结合岛津的电子传播路径显示程序（Electron penetration display program）分析，图5 展示高加速电压条件下X射线出射深度更大，根据以上信息可模拟推断出Ag杂质颗粒在焊料层纵向上的分布（图6）。
图4. 不同加速电压（7kV和25kV）条件下背散射和Ag元素分布图像
图5. 不同加速电压条件下电子束作用范围（红色）和X射线出射深度（绿色）
图6. 推断的Ag颗粒在焊料层内的纵向分布
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