掃描電子顯微鏡(SEM)是進(jìn)行失效分析的一種非常有用的大型電子顯微成像系統(tǒng)。
其工作原理是利用陰極發(fā)射的電子束經(jīng)陽極加速,再經(jīng)由磁透鏡聚焦后形成一束直徑為幾十至幾千埃(?)的電子束流,在掃描線圈的偏轉(zhuǎn)作用下,電子束以一定時(shí)間和空間順序在試樣表面做逐點(diǎn)式掃描運(yùn)動(dòng),這束高能電子束轟擊到樣品表面上會(huì)激發(fā)出多種信息,經(jīng)過收集放大就能從顯示屏上得到各種相應(yīng)的圖形。激發(fā)的二次電子產(chǎn)生于樣品表面5~10nm范圍內(nèi),因而二次電子能夠較好地反映樣品表面的形貌,所以最常用于形貌觀察; 而激發(fā)的背散射電子則產(chǎn)生于樣品表面100~1000nm范圍內(nèi),隨著物質(zhì)原子序數(shù)的不同而發(fā)射不同特征的背散射電子,因此背散射電子圖像具有形貌特征和原子序數(shù)判別的能力,背散射電子像可反映化學(xué)元素成分的分布?,F(xiàn)時(shí)的掃描電子顯微鏡的功能已經(jīng)很強(qiáng)大,任何精細(xì)結(jié)構(gòu)或表面特征均可放大到幾十萬倍進(jìn)行觀察與分析。
掃描電鏡的原理圖
在焊點(diǎn)或互連的失效分析方面,SEM主要用來做失效機(jī)理的分析,具體說來就是用來觀察焊點(diǎn)金相組織,測量金屬間化合物,進(jìn)行斷口分析、可焊性鍍層分析以及錫須分析測量。
焊點(diǎn)金相的SEM整體照片
焊點(diǎn)金相的SEM紅框內(nèi)的局部
與光學(xué)顯微鏡不同,掃描電鏡所成的是電子像。因此,只有黑白兩色;并且掃描電鏡的試樣要求導(dǎo)電,對非導(dǎo)體和部分半導(dǎo)體需要進(jìn)行噴金或噴碳處理,否則電荷聚集在樣品表面就影響樣品的觀察。此外,掃描電鏡圖像景深遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光學(xué)顯微鏡,是金相結(jié)構(gòu)、顯微斷口以及錫須分析的重要方法。
用SEM檢查到鍍純錫的元器件管腳表面生長了錫須
使用SEM觀察到了焊盤鎳鍍層表面存在明顯的腐蝕現(xiàn)象