故障解析における走査電子顕微鏡 (SEM) の応用
走査型電子顕微鏡の略称はScanning Electron Microscope、英語の略称はSEMです。 細かく集束した電子線を試料表面に照射し、電子と試料との相互作用によって発生する二次電子や後方散乱電子によって試料の表面や破壊形態を観察・解析します。
故障解析において、SEM は幅広い応用シナリオを備えており、故障解析モードの決定や故障原因の究明において重要な役割を果たします。
動作原理
走査型電子顕微鏡の焦点深度は、透過型電子顕微鏡の焦点深度の 10 倍、光学顕微鏡の焦点深度の数百倍です。 画像の被写界深度が深いため、スキャンされた電子画像は立体感に富み、立体的な形状になります。 他の顕微鏡よりも多くの情報を提供します。
電子信号
二次電子 (SEI) は、入射電子によって衝突される核外電子を指します。 これは主に表面から10nm未満の浅い領域から発生し、サンプル表面の微細なトポグラフィーを効果的に表示でき、原子番号との相関はほとんどなく、一般にサンプル表面のトポグラフィーを特徴付けるために使用されます。
後方散乱電子 (BEI) は、入射電子がサンプルと相互作用した後、サンプルの表面から再び逃げる高エネルギー電子を指します。 二次電子と比較して、後方散乱電子はサンプルの原子番号と正の相関があり、収集の深さが深く、主にサンプルの元素特性を反映するために使用されます。
知識のクラス
Q: 故障解析とは何ですか?
A: いわゆる故障解析とは、故障現象に基づいて情報収集、目視検査、電気的性能試験などを行い、故障箇所と考えられる故障モード、つまり故障箇所を特定するものです。
次に、故障モードに応じて、一連の分析手法を採用して原因分析と根本原因の検証を実行します。
最後に、分析プロセスで得られたテストデータに従って、分析レポートが作成され、改善のための提案が提案されます。
実践的な解析応用事例
1. 金属間化合物IMCの観察と測定
溶接では、接続強度要件を達成するために、接合面に形成される合金層、つまり IMC 層に依存する必要があります。 拡散によって形成される IMC はさまざまな成長形態を持ち、接合部の物理的および化学的特性、特に機械的特性と耐食性に独特の影響を与えます。 また、IMC が厚すぎたり、薄すぎたりすると、溶接の強度に影響します。
2. リン富化層の観察・計測
化学ニッケル金 (ENIG) で処理されたパッドの場合、Ni が合金化に関与した後、過剰なリンが合金層の端に濃縮され、リンに富んだ層が形成されます。 リンの豊富な層が十分に厚いと、はんだ接合の信頼性が大きく損なわれます。
3. 金属破壊解析
破壊の形状を通じて、破壊の起点、破壊特性、破壊モード、破壊機構、破壊靭性、破壊過程での応力状態、亀裂の成長速度など、破壊のいくつかの基本的な問題が分析されます。 破壊解析は、金属部品の故障解析において重要な方法となっています。
4. ニッケル腐食（黒メッキ）現象の観察
破面からは腐食割れ（マッドクラック）と金剥離後のニッケル層表面が観察され、多数の黒点や亀裂が見られますが、これがニッケル腐食です。 ニッケル層の断面の形態を観察すると、連続的なニッケル腐食が観察され、溶接性が悪い板にニッケル腐食現象があり、ニッケル腐食部位のIMC成長が異常であり、その結果溶接性が低下していることが確認されました。
