島津EPMA微量元素分析在無鉛焊錫材料中的應用
EPMA
無鉛焊錫材料
隨著微型電子電器的發展以及根據國家信息產業部《電子信息產品生產污染防治管理辦法》的規定，無鉛焊錫（lead-free solder）已逐漸成為電子電器行業中的主流焊料。相較普通焊錫，無鉛焊錫具有以下三大優勢：
1. 溶化后出渣量比普通焊錫少，且具有優良的抗氧化性能；
2. 溶化后粘度低，流動性好，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、橋聯現象，焊接質量可靠，焊點光亮飽滿。
無鉛焊錫中雜質元素含量及分布的控制決定了焊料的質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無鉛焊錫中的雜質含量和微觀分布進行檢測。
圖1. 島津場發射電子探針EPMA-8050G
島津EPMA-8050G型電子探針（圖1）搭載高質量場發射電子光學系統，結合島津特有的52.5°高X射線取出角和全聚焦晶體，可以實現：
1 優越的空間分辨率
EPMA-8050G可達到的更高級別的二次電子圖像分辨率3nm（加速電壓30kV）。
（加速電壓10kV時20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）
2 大束流更高靈敏度分析
可實現其他儀器所不能達到的大束流（加速電壓30kV時可達3μA）。在超微量元素的檢測靈敏度上實現了質的飛躍，將元素面分析時超微量元素成分分布的可視化成為現實。
島津研發部門使用EPMA-8050G儀器在低加速電壓（7kV）條件下對電子元件和印刷電路板連接處的焊料層進行了背散射（BSE）和元素面分布分析，圖2 展示了微米尺度（刻度尺5μm）上雜質元素以點狀Ag顆粒沉積為主，少量Cu顆粒沉積，確定了雜質元素的種類。
圖2. 焊料層背散射和元素面分布圖像分析（刻度尺5μm）
擴大放大倍數（刻度尺500nm）對富集Ag顆粒區域進行背散射和元素面分布分析，圖3展示清晰區分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）條件對相同視域進行分析，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點區域均有Ag顆粒分布），結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，根據以上信息可模擬推斷出Ag雜質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顆粒在焊料層內的縱向分布
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