X-ray Fluorescence Analysis of Lead in Tin Plating Using Theoretical Intensity of Scattered X-rays - Analysis of RoHS Regulated Elements by Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer (EDX)

Význam tématu

V elektronických zařízeních jsou tenké kovové povlaky nezbytné pro ochranu a funkčnost kontaktů. Obsah olova v cínových vrstvách podléhá nařízení RoHS, které omezuje maximální koncentraci. Při kvantitativní analýze tenkých filmů metodou EDX-XRF jsou však výsledky ovlivněné tloušťkou povlaku, což může vést k nepřesnostem a nutnosti nákladných doplňkových metod.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo vyvinout postup pro korekci kvantitativních hodnot olova v cínových povlacích na základě teoretické intenzity rozptýlených rentgenových paprsků. Autoři kombinovali kalibrační křivku pro stanovení Pb, FP (fundamental parameter) metodu pro určení tloušťky povlaku a následný výpočet korekčního faktoru. Postup byl ověřen na různých elektronických komponentech a validován pomocí mikroEDX.

Použitá metodika a instrumentace

• EDX-720 energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer se zdrojem Rh, Si(Li) detektorem, kolimátorem 10 mm a napětím 50 kV.
• Měření PbLβ1 intenzity vůči RhKα Rayleighovu rozptylu a kalibrační křivka pro koncentrace Pb.
• FP metoda pro stanovení tloušťky cínového povlaku na základě citlivostní křivky intenzity SnKα vůči Rayleighovu rozptylu.
• µEDX-1200 energy dispersive micro X-ray fluorescence spectrometer pro validaci bez tvarových efektů (průměr analytické plošky 50 µm).

Hlavní výsledky a diskuse

• Olovo v cínovém povlaku odporového terminálu bylo nejprve kvantifikováno na 313,4 ppm.
• FP metodou byla naměřena tloušťka povlaku 9,1 µm, z níž vyplynul korekční faktor 0,87.
• Korekce vedla k hodnotě 272,7 ppm olova.
• Validace µEDX-1200 (≈269 ppm) potvrdila správnost korekce.
• Postup byl dále aplikován na různé komponenty (displejový terminál, diodu, podložku, konektor, integrovaný obvod, odpor, jiskřiště) a vždy přinesl dobrou shodu mezi EDX po korekci a µEDX.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá screeningová analýza RoHS prvků v tenkých kovových povlacích.
• Eliminace systematické chyby způsobené rozdílnou tloušťkou povlaku.
• Minimalizace potřeby doplňkových metod ICP a úspora času i nákladů.
• Možnost univerzální aplikace na různé substráty a povlaky.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření korekční metodiky na další RoHS-regulované prvky, jako Cd, Cr, Ni, Zn.
• Automatizace výpočtu teoretických intenzit a korekčních faktorů v rámci software spektrometrů.
• Integrace do online monitorovacích systémů výrobních linek.
• Aplikace na složité vícevrtstvové a heterogenní povlaky.

Závěr

Navržená kombinace kalibrační křivky a FP metody poskytuje spolehlivý postup pro korekci koncentrace olova v tenkých cínových povlacích pomocí EDX-XRF. Validace metodiky mikroEDX prokázala její přesnost a robustnost. Tento přístup zefektivňuje screening RoHS analýzy a snižuje nároky na další laboratorní techniky.

Reference

• M. Nishino, Bunseki, 6, 286 (2007)
• C10G-E016D: RoHS/ELV Complying with European Chemical Substance Regulations, Shimadzu Corporation, 2009
• H. Ochi a kol., Shimadzu Review, 60, 137 (2003)
• H. Ochi et al., Shimadzu Review, 66, 257 (2009)
• IEC 62321 Annex D: Practical application of screening by X-ray fluorescence spectrometry (2008)
• T. Shiraiwa, N. Fujino, Jpn. J. Appl. Phys., 5, 886 (1966)
• H. Ochi, H. Okashita, Shimadzu Review, 45, 51 (1988)
• H. Ochi, S. Watanabe, Advances in X-Ray Chemical Analysis, 37, 45 (2006)
• H. Ochi, S. Watanabe, H. Nakamura, X-ray Spectrom., 37, 245 (2008)