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(yáng)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。現(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(wàn)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(cè)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(cè)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(duì)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(zhǎng)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
