使用荧光光谱分析法(XRF)进行RoHS验证

  Aluz ·  2011-02-11 19:41  ·  3107 次点击
随着欧盟RoHS最后期限的临近,很多公司都开始采用无铅化工艺,但要确保工艺的一致性,有效的检测方法是必不可缺的,荧光光谱分析法(XRF)就是其中之一。许多晶圆制造厂已开始用XRF法在薄镀层上进行无危害性成分测量,而且还用它探测扩散阻挡层裂口。
RoHS禁令简介
RoHS是电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令theRestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesinelectricalandelectronicequipment)的英文缩写,主要限制电子产品中的铅Pb、镉Cd、汞Hg、六价铬Cr(VI)、多溴联苯PBBs、多溴联苯醚PBDEs六种有害物质含量。产品中各物质的最大容许含量(阈值)分别为:Cd为100×10-6,Pb、Hg、Cr(VI)、PBB和PBDE为1000×10-6。该指令由欧洲议会及理事会提出,欧盟成员国将于2006年7月1日起强制实施。
我国也在制定相应的法规,中国电子信息产品污染防治管理办法(征求意见稿)第11条就明确指出:生产者应当采取措施逐步减少并淘汰电子信息产品中铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯(PBB)、聚合溴化联苯乙醚(PBDE)及其他有毒有害物质的含量;对于不能完全淘汰的,其有毒有害物质含量不得超过国家标准的有关规定。
荧光光谱分析法(XRF)
荧光光谱分析法(XRF)就是利用原子荧光谱线的波长和强度进行物质的定性与定量分析的方法。因为在一定实验条件下,被测元素的浓度与荧光强度成正比,因而可据此对RoHS六种有害物质进行定量分析。
原子荧光光谱仪分为色散型和非色散型两类,两类仪器的结构基本相似,差别在于非色散仪器不用单色器。色散型光谱仪由辐射光源、单色器、原子化器、检测器、显示和记录装置组成。辐射光源用来激发原子使其产生原子荧光,可使用连续光源或锐线光源,常用的连续光源是氙弧灯,而可用的锐线光源有高强度空心阴极灯、无极放电灯及可控温度梯度原子光谱灯和激光;单色器用来选择所需的荧光谱线,排除其他光谱线的干扰;原子化器用来将被测元素转化为原子蒸气,分为火焰、电热和电感耦合等类型;检测器用来检测光信号并转换为电信号,常用的检测器是光电倍增管;显示和记录装置则用来显示和记录测量结果,包括了电表、数字表、记录仪等。
原子荧光光谱分析法具有设备简单、灵敏度高、光谱干扰少,工作曲线线性范围宽,可以进行多元素测定等优点,应用广泛。RoHS一致性荧光屏检查流程如图1所示。
图1RoHS一致性荧光屏检查流程图
对XRF而言,可不考虑被测物的化学焊接状况直接鉴定原子,这使XRF特别适用于检查镉、铅和汞等物质。XRF分析法能够检查铬,只是不能区别有毒的六价形态和别的铬形态。如果样品中总的铬含量低于对六价铬含量的限定范围,就表明有毒等级较低,如果不存在此状况,就需要进行有害性化学分析。XRF还能够检测有溴原子的样品,因此多溴联二苯(PBB)和多溴联二苯醚(PBDE)的检查也将遵循同样的规则,如果PBB和PBDE中的溴等级都低于限定值范围的话,就可判定其具有一致性。
在半导体和电子行业有十几家公司提供X射线测量设备。在这些公司中,目前为RoHS一致性测试提供XRF设备的公司包括:Hepco、HoribaJobinYvon、Innov-XSystems、Niton和OxfordInstruments。
检测程序、方法、设备与确证结果FD(Tv5N"^o6IRoHS在工艺过程中主要的存在形式有:温控器、传感器和继电器中的汞;焊料、CRT玻璃和灯泡中的铅;开关、弹簧、连接器、外壳和PCB中的镉;金属防腐蚀涂层中的六价铬;PCB、连接器、塑料外壳中的多溴联苯和PBB阻燃剂;PCB、连接器、塑料外壳中的多溴二苯醚和PBDE阻燃剂。
工艺中的检测程序包括:样品拆分、筛选测试、确证检测、符合性评价。
样品拆分:电子产品的成品和半成品由多种材料组成,首先必须进行拆解,直至得到无法进一步机械拆解的最小均质材料检测单元。
材料分类:电子电气产品及部件的材料分类如下:
聚合物类:塑料、橡胶、泡棉等;
金属类:金属板材、支架等;
电子元器件类:线路板、电阻、电容等;
其他类:添加剂、涂料、颜料、绝缘漆、玻璃、搪瓷、胶木、墨水、瓷等。
注:对于无法拆解的非均质组件,须使用低温破碎、研磨等方式制成均质检测单元,再进行检测。
各类材料的测试项目见表1。
表1LM94022管脚功能
筛选测试
①不同材料中有害物质的存在风险不同,筛选测试可以预先从中甄别出其中高风险的材料再进一步进行确证测试;
②对于通过筛选测试的材料,可不再进行确证测试,节省时间和成本。常用的筛选测试方法包括:X荧光光谱法、斑点法、直读光谱法、傅立叶红外光谱法等。表2和表3给出了常用的筛选测试方法和确证测试方法。
表2测试方法和设备范围技术比较表
表3中的处理方法指的是相关国际标准和国家标准。
表3确证测试仪器和处理方法
符合性评价:
符合性评价的内容分为以下5个方面:
①对产品拆分过程的符合性评价;
②对采用适当检测标准的符合性评价;
③对检测单元测试结果可靠性的评价;
④对各检测单元结果是否符合限量要求的判定;
⑤对产品是否符合RoHS的总体评价,写出报告证书。
使用要点
由于需要测量均匀样品的成分,那么光束的直径是非常重要的。对统装材料而言,诸如波峰焊槽中的焊料,宽光束就足够了;而在BGA或倒装片粘附之前,还需核查焊料凸点的铅含量,以确保光点直径小于凸点。此外,因为要确定光束进入材料有多深,因此光束强度也是重要的。例如,为了核查引线上均匀性成分,就要确保光束要穿透材料本身。

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