想知道不明污染物為何?該使用什麼檢驗方法(EDX、FTIR)

當我們發現組裝電路板(PCBA)或電子產品上有「不明污染物」時,你是怎麼判斷污染物為何?及其來源的呢?是根據經驗來判斷?還是依靠科學儀器分析而得?一般業界又是透過何種檢驗方法來檢知或分析污染物為何的呢?

如果你是「電子製造,工作狂人」的忠實粉絲,應該可以看到工作熊經常提到兩種檢查污染物的方法,分別為EDX(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy,能量色散X射線譜)FTIR(Fourier-transform infrared spectroscopy,傅里葉轉換紅外光譜),而這兩種檢驗方法基本上都是透過所謂的「頻譜分析」來與已知的元素或是化合物的頻譜做比對然後匹配出符合的元素或化合物成份,雖然兩者得到頻譜的技術與原理稍有不同,但是比對的方法類似。







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其實,只要你願意出錢,應該說出得起錢,這兩種檢驗方法都有商用實驗室(lab)可以提供服務幫顧客做分析。如果你有看過NCIS電視影集,應該經常可以看到影集裡頭有一個女配角Abby做這類污染物的化學分析,然後用電腦做比對,有興趣的朋友可以去找來看一下。

不過工作熊必須先說明一下,因為EDX與FTIR獲得頻譜的方式不同,其實它們各自使用了不同的能量來獲得頻譜,所以EDX及FTIR實際上各有其專精的領域與限制,而且這兩種檢測方式也不一定就可以涵蓋目前已知的全部物質。

其實,除了EDX及FTIR方法可以檢測污染物外,另外還有其他許多的測試方法也都可以檢測污染物質,只是能力各有其限制,如AES(電子能普)、AMF(原子力顯微鏡)、TOF-SIMS(飛行式二次離子質譜)、XPS(X射線光電子光譜)…等檢測方法,工作熊會建議大家先諮詢各商用實驗室(lab)以獲得更多有用的資訊後,選擇適合自己需要檢知污染物的測試方法來做檢測。

因為工作熊工作上較常使用到EDX及FTIR,所以下面會就這兩個方法說明工作熊所了解到的內容。

(請注意:工作熊並不是這方面的專家,所以下面的內容與理解或許有誤,有專家路過的話可以幫忙指導一下。)

EDX/EDS (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy,能量色散X射線譜)

依據設備的大小,EDX/EDS檢測時通常需要對樣品做裁切,否則無法放入檢測設備中,所以一般來說做EDX時需要破壞樣品以達到其可以放置進入設備內的大小。

EDX之所以在目前的業界運用最廣泛並不是因為其好用,而是因為其附帶的電子掃描成像(SEM)功能,可以在樣品表面和近表面提供高解析度和長景深的圖像,類似相機拍照,但拍出來的是灰階黑白照片。

基本上EDX只能檢測出樣品中個別化學元素的含量,而無法檢測出其化學式,當然對於比較簡單的化學式或許可以透過分子量的計算,來大概推測其化學式,比如檢測銅基地PCB焊錫後所形成的IMC是Cu5Sn6或是Cu3Sn,但這一般只能自己推論。

一般EDX較適合用來做物體表面的元素分析,在電子業的應用大部分用來檢查PCB表面處理有無瑕疵,ENIG切片後檢查其含磷(P)量是否超標…等。

另外,Flux(助焊劑)或溶劑是無法經由EDX打出其成份的,因為Flux及溶劑的組成為化學式,而且其化學式中含有很多的氫(H)元素,而EDX只能顯示出元素的含量,而且化學週期表中的氫(H)、氦(He)及鋰(Li)這三個原子序比較前面的元素是無法經由EDX打出來的。(最近則有人聲稱其製造的設備可以打出Lithium。)

FTIR(Fourier-transform infrared spectroscopy,傅里葉轉換紅外光譜)

FTIR是利用紅外線光學干涉原理,當紅外線光源經過「分光鏡(Beam splitter)」分光後的兩道紅外線光束分別射向固定鏡與移動鏡,經過反射後再結合成單一紅外光線,由於移動鏡所形成的光程差,使得最終合併的紅外光線因為破壞性與建設性干涉而形成不同能量的紅外線光束。(這個好像在國中或高中課本上有教過)

當這個光束與樣品接觸(穿透、反射)之後,會在偵測器上形成不同的干涉圖,再經過傅立葉轉換(Fourier Transfer)後,就形成我們一般所認知的紅外線吸收光譜。坊間最常見的紅外線光譜應用方式可以大致區分為穿透、反射與半衰減全反射(ATR)等量測方式。

因為不同的化合物會吸收不同程度的紅外線能量,最後形成不同的光譜,所以我們就可以依據不同的光頻譜來分辨出不同的化合物,只是現實世界的化合物數量遠超過我們的想像,而且大部分還是多種化合物混合而成,想要借助實驗室的資料庫一次到位比對出是何種成份的化合物真的有其困難,除非該化合物已有建檔。所以,一般在做FTIR時必須要有對照物做比對,將可疑化合物與假設的化合物同時拿去做FTIR,然後互相比對其光譜,以此推論是否為該化合物。

以助焊劑來說,各品牌的助焊劑雖然大同小異,但是其化合物的成分比率也都不太一樣,做出來的FTIR波譜也就會有所差異。所以比較好的方法是將自己懷疑可能的化學品一起送去做FTIR比對,這樣才比較有機會找到相對的化學物。

FTIR可以參考這篇文章【電路板按鍵油污客訴調查結果,兇手居然是?


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我們公司是半導體電子零件通路商,目前員工約110人,公司想提升IQC水準,不知道是否可以付費請當顧問,來公司看我們目前作業流程,並給建議?

Alex,
工作熊只是個半瓶水,建議找顧問公司較有保障。
另外,找個有經驗的員工也可以啊!


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