掃描電子顯微鏡（SEM）在失效分析中的應(yīng)用

No.1 引言

掃描電子顯微鏡的簡稱為掃描電鏡，英文縮寫為SEM 。它利用細(xì)聚焦的電子束，轟擊樣品表面，通過電子與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子、背散射電子等，對樣品表面或斷口形貌進(jìn)行觀察和分析。

在失效分析中，SEM有廣泛的應(yīng)用場景，其在確定失效分析模式、查找失效成因方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。

No.2 工作原理

掃描電鏡的焦深比透射電子顯微鏡大10倍，比光學(xué)顯微鏡大數(shù)百倍。由于圖像景深大，因此掃描得出的電子像富有立體感，具有三維形態(tài)。相較于其他顯微鏡，能夠提供更多的信息。

No.3 電子信號(hào)

二次電子（SEI）是指被入射電子轟擊出來的核外電子。它主要來自于距離表面小于10nm的淺層區(qū)域，能有效地顯示試樣表面的微觀形貌，且與原子序數(shù)的相關(guān)性不大，一般用來表征樣品表面的形貌。

背散射電子（BEI）是指入射電子與樣品相互作用之后，再次逸出樣品表面的高能電子。相較于二次電子，背散射電子與組成樣品的原子序數(shù)呈正相關(guān)，且采集的深度更深，主要用于反映樣品的元素特征。

SEI與BEI圖像對比

SEI

BEI

No.4 實(shí)際應(yīng)用及案例

SEM在失效分析中主要的應(yīng)用場景：

表面形貌觀察（異物）

斷面觀察（IMC、富磷層等）

斷口分析（金屬斷裂面紋路分析）

知識(shí)課堂

Q：什么是失效分析？

A：所謂失效分析就是基于失效現(xiàn)象，通過信息收集、外觀檢查、以及電氣性能測試等，確定失效位置和可能的失效模式，即失效定位；

然后針對失效模式，采取一系列的分析手段展開原因分析，并進(jìn)行根因驗(yàn)證；

最后根據(jù)分析過程所獲得的測試數(shù)據(jù)，編制分析報(bào)告并提出改善建議。

實(shí)際分析應(yīng)用案例

1.金屬間化合物IMC觀察與測量

焊接需要依靠在結(jié)合面上生成的合金層即IMC層，實(shí)現(xiàn)連接強(qiáng)度要求。因擴(kuò)散形成的IMC，其生長形態(tài)多種多樣，對于結(jié)合部的物理性能、化學(xué)性能，尤其是機(jī)械性能、抗蝕性能等，有著獨(dú)特的影響。而且IMC過厚過薄都會(huì)影響焊接的強(qiáng)度。

2.富磷層觀察與測量

經(jīng)化學(xué)鎳金（ENIG）處理過的焊盤，在Ni參與合金化后，多余的磷會(huì)富集下來，集中在合金層邊緣，形成富磷層。如果富磷層足夠厚，焊點(diǎn)的可靠性將會(huì)大打折扣。

3.金屬斷口分析

通過斷口的形態(tài)，分析一些斷裂的基本問題：如斷裂起因、斷裂性質(zhì)、斷裂方式、斷裂機(jī)制、斷裂韌性、斷裂過程的應(yīng)力狀態(tài)以及裂紋擴(kuò)展速率等。斷口分析現(xiàn)已成為對金屬構(gòu)件進(jìn)行失效分析的重要手段。

4.鎳腐蝕（黑盤）現(xiàn)象觀察

從斷裂面觀察到腐蝕裂紋（泥漿裂縫）以及剝金后的鎳層表面，存在大量黑點(diǎn)和裂紋，即為鎳腐蝕。觀察鎳層斷面處的形貌，可以觀察到連續(xù)的鎳腐蝕，進(jìn)一步確認(rèn)該可焊性不良板存在鎳腐蝕現(xiàn)象，且鎳腐蝕處的IMC生長異常，致使其可焊性不良。

No.5 總結(jié)

從上述可見，在整個(gè)失效分析過程中，SEM分析的結(jié)果是重要的失效判斷依據(jù)。依此，作出下一步的分析與推斷，進(jìn)而幫助失效分析工作找到針對性的改進(jìn)或預(yù)防措施，最終在失效分析工作過程中形成閉環(huán)。

新陽檢測中心有話說：

本篇文章介紹了SEM在失效分析中的應(yīng)用，部分資料來源于網(wǎng)絡(luò)，侵權(quán)刪。如需轉(zhuǎn)載本篇文章，后臺(tái)私信獲取授權(quán)即可。若未經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載，我們將依法維護(hù)法定權(quán)利。原創(chuàng)不易，感謝支持！

新陽檢測中心將繼續(xù)分享關(guān)于PCB/PCBA、汽車電子及相關(guān)電子元器件失效分析、可靠性評(píng)價(jià)、真?zhèn)舞b別等方面的專業(yè)知識(shí)，點(diǎn)擊關(guān)注獲取更多知識(shí)分享與資訊信息。

最后，如您有相關(guān)檢測需求，歡迎咨詢，我們將竭誠為您服務(wù)。

審核編輯 黃昊宇