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2014.Feb.21

XRF-RoHS RoHS检测设备XRF的技术原理


RoHS指令(2002/95/EC)危害物质限用指令(Restriction of the use of Hazardous Substance),要求于欧盟市场流通之电机电子产品中限用6大化学物质(Pb, Cd, Hg, Cr6+, PBB, PBDE)。

XRF目前已经是非常普遍的应用在RoHS的检测中,但实际上XRF的原理并不是每一个使用者都非常的清楚与了解,且RoHS 2.0规范中的电子医疗器材也将在2014年的7月正式实施,也因此我们简单的说明XRF的技术原理。

首先XRF所检测的是纯元素,所一般的化合物是无法检测的(Ex: PBB; PBDE, HBCCD),但这些都是Br的化合物种类,我们可以透过管制纯元素的总量来分析化合物含量,这也是一种管制方式。纯元素一般是由原子核(质子 & 中子)以及电子组成。
 
纯元素由原子核(质子 & 中子)以及电子组成

而实际在检测时X射线就是在激发外围的电子,电子轨域依据电子的带电量多寡会有层次的分别由内到外依序是K、L、M、N,一般而言电子轨域内层的电子能量较低、外层的电子能量越高,所以当K层电子被激发时,K层就会形成一个电子空洞,高层的电子就会进行移动,如下图。
 
电子空洞
当高层电子在进行移动时,因为是由高能阶转移到低能阶,所以必须改变本身的能量去符合较低能阶的能量,而这些被释放出来的能量,就是一般XRF所提到的X萤光射线,也就是我们在检测器中所看到的讯号。由于是能量差显示在光谱中,我们用keV来做为单位,也因为是利用能量来针对元素进行定性,也叫做ED-XRF(Energy Dispersive X-Ray Fluorescence),若是利用波长来进行元素的定性就叫做WD-XRF(Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence)。

当电子在移动,所释放出来的能量,我们会给这个能量一个名称:
 Kα = 由高一阶移动到K层电子
 Kβ = 由高二阶移动到K层电子 
 Lα = 由高一阶移动到L层电子
 Lβ = 由高二阶移动到L层电子 


 依此列推,所以我们将这些能量位置与元素对应起来会得到下图所示:
能量位置与元素对应

当X-Ray照射样品后利用检测器,将这些萤光讯号接收后,透过软体将讯号呈现在光谱上,就可以进行定性以及定量的分析了。如下图:
定量分析

X轴是keV代表元素的能量位置可进行定性分析,当有Pb这个元素在10.532keV & 11.724keV这两个位置就会出现讯号。
Y轴是cps代表每一秒检测器所接收到的讯号值,当元素浓度越高cps越高,反之浓度越低cps越低,因此可做为定量分析。

以上就是一般XRF常见的原理架构,常见的EDXRF可检测的元素,大约可以从Na11~U92,且检测的方式是属于非破坏式的方式,科迈斯拥有完整XRF系统,常用的RoHS检测、非破坏膜厚分析、合金成分分析、光谱比对,甚至到Samsung供应商的专用机(包含Samsung认可的Sb标准品与软体),在科迈斯都能得到完整的服务。

 
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