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第期
年9月18日
BOMINTODAY
攀岩红外显微镜在异物分析中的作用
李伟珍
梅州厂区技术中心
摘要
本文介绍了傅立叶红外显微镜分析技术以及在印制电路板的表面异物分析中的应用。制作印制电路板所使用的有机高分子材料在生产过程中容易受污染而出现失效现象，利用红外显微镜可以直观的观察并扫描出异物的红外光谱图，对其进行定性分析，从而可以得到电路板的表面受到什么有机污染导致失效，此技术可以做到对样品无损，快速检测，无污染等。
关键词
傅立叶红外显微镜；异物分析；有机污染；红外光谱；快速检测
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前言
PCB主要用于连接各种电子组件，是电子元器件的支撑体和电气连接的载体。随着科技迅速发展，电子产品越来越多功能化，对PCB制作水平的要求也越来越高，从而导致了电子制造技术难度不断增加，制造过程日趋复杂，在生产或使用过程中电子组件失效也越来越普遍。而其中有一类是由于使用的有机材料在PCB生产过程中受到污染所造成的失效现象，这种失效可借助红外显微镜的分析技术进行分析。红外显微镜是将红外光谱与显微镜结合起来的技术，可以用来鉴别有机污染物的化学成分，从而找到电子组件失效的根本原因[1]。
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异物分析及其测试方法概括
异物分析是指通过对产品中出现的异物、杂质或未知物进行成分定性、定量分析，借此寻找和追踪异物产生的原因和来源并进而改善，避免异物的产生。
现在行业内异物分析测试一般涉及三个方面。一是表面观察，主要用光学显微镜（OM）和电子显微镜（SEM）等；二是大多数有机物结构和部分无机结构分析，主要用傅里叶变换红外线光谱仪（FTIR）；三是异物或材料表面的元素成分分析，主要用扫描电子显微镜/能谱仪（SEM/EDS）、电子探针X射线微区分析（EPMA）、X射线光电子能谱分析（XPS）等。
目前，中央实验室主要测试分析仪器为扫描电子显微镜/能谱仪（SEM/EDS），傅立叶变换红外光谱仪（FTIR），辅助仪器为气相色谱质谱联用仪（GC-MS），金相切片观察等。本文通过从傅里叶变换红外显微镜的原理着手，介绍傅里叶变换红外显微镜在异物分析的应用[2]。
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傅立叶红外显微镜的基本原理
2.1
系统组成
傅立叶红外显微镜是由傅立叶红外变换光谱仪和显微镜结合联用的系统。主要由红外主机、红外显微镜系统和计算机组成，基本采用干涉原理，有反射、衰减全反射（ATR）、透射三种检测方式。
2.2
工作原理
红外光谱属于吸收光谱，是由化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的，化学键振动所吸收的红外光的波长取决于化学键动力常数和连接在两端的原子折合质量，也就是取决于的结构特征。这就是红外光谱测定化合物结构的理论依据。
样品放置在载物台上，光谱仪产生的透射或反射光射向待测样品，通过调节载物台和光栅，可以确定测试的样品及其不同微区。物质的分子一般按照各自的固有频率振动着，由红外光源发出的光经分束器分成两束光，作用于样品，在检测器发生干涉，对样品进行点、线、面的分子水平扫描，与分子的固有振动频率相同的特定波长的红外光被吸收，干涉仪会将经过样品后的光信号以干涉图的形式传到计算机进行数学处理，即将干涉图进行快速傅里叶变换计算，从而得到以波长或波数为函数的红外光谱图。红外光谱主要用于有机化合物的鉴别与鉴定，常用的波长范围是cm-1~cm-1，其中在cm-1~cm-1区域化合物存在互异的光谱，也称为指纹区。
经过一定的数据处理便可在屏幕上看到不同的官能团及化合物在微区分布的三维立体图或平面图，不同颜色代表改区域某一基团的吸光度不同，也可以更形象地表示异物分布的情况。图1为傅立叶红外显微镜在工作时的光路图。
图1傅立叶红外显微镜的工作原理
3
傅立叶红外显微镜的特点
红外显微镜一般采用折返式光路系统，红外光通过光阑，照射到样品后通过反射，又经过同一个光阑到达检测器进行分析，得到的光谱只包含所需的样品信息，这样可以收集细微样品而不受周边基质光谱的影响，也具有高分辨率，可通过使用对比增强的变化来收集样品的高质量视觉图像，从而可以用于更多分析。另外在测试时不会损坏样品，无需特殊制样，可对一些样品少、且不能破坏的微量的微区样品进行检测，这是传统的红外光谱分析技术所不能解决的。也具有快速检测，无污染，不用进行前处理等特点。
4
傅立叶红外显微镜的应用案例
在PCB中，电子组件失效的原因大多数是因为受到了有机污染，由于有机污染物通常不导电，污染后会导致组件的接触电阻增大甚至形成开路。在不确定是否为有机污染物时可先用SEM和能谱（EDS）进行分析，从碳和氧元素的相对含量来判断。例如有些焊盘表面存在异物导致上锡不良，通过SEM和EDS分析，发现存在有机物，如图2、图3。
图2焊盘表面异物SEM图
图3焊盘表面异物的EDS分析结果
由图3EDS分析可以得到碳氧的相对含量，但并不能确定其中的成分以及来源，需用傅里叶红外显微镜来进行鉴别，通过对焊盘表面异物进行傅里叶红外显微镜扫描，得到一张异物的红外光谱图，如图4。经傅里叶红外显微镜软件谱图库检索结果显示焊盘表面污染物主要成分为油墨，产品出现上锡不良很大可能是在制程中污染到油墨或硅油类物质。如图5。
图4焊盘表面异物的红外光谱图
图5检索谱图库匹配到的红外谱图
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结论
从上述案例分析可得，红外显微镜分析技术对于微量物质的分析方面是非常有用的，电子组件上的异物一般都比较微量，在不破坏电子组件的情况下，使用传统的红外光谱分析技术无法进行分析，用EDS也只能获得元素的相对含量，无法得出是何种有机污染物质。所以，用傅立叶红外显微镜分析技术结合扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）的分析手段，可以更好、更快速的检测出导致电子组件失效的物质是什么以及确定其来源，从而解决失效问题。这是目前可应用于PCB失效分析的很重要的分析技术之一。
参考文献
[1]程丝,*志斌,王新波.红外显微镜在微区分析上的应用[J].高校实验室工作研究,,():33-34.
[2]王岩,刘学惠.应用傅立叶变换红外显微镜技术鉴定微量有机物质[J].检验检疫学刊,(3):60-61.
End
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