Выпуск #3/2006
Скотт Мазер, Дэвид Меркуро.
Контроль соответствия директиве RoHS: метод рентгенофлуоресцентного анализа
Контроль соответствия директиве RoHS: метод рентгенофлуоресцентного анализа
Просмотры: 1229
Директива по ограничению опасных веществ (RoHS) потребует от изготовителей электронной продукции осуществления мер, дающих гарантию того, что все электронные компоненты соответствуют директиве ЕС. Производителям электронной техники необходимо принять меры, обязывающие поставщиков проверять электронные компоненты и сертифицировать их на соответствие правилам RoHS. В статье рассматривается программа, способствующая обеспечению соответствия электронной продукции требованиям RoHS, разработанная американской компанией Benchmark Electronics (Angleton, TX).
Исходя из сложности путей поставки электронных изделий, создается реальная возможность появления упущений по обеспечению соответствия конечной электронной продукции всем требованиям, предъявляемым к бессвинцовой технологии директивой RoHS. Директива потребует от изготовителей электронной продукции предпринять меры, гарантирующие соответствие нормативам всех компонентов, кабелей и аппаратуры. Не исключено, что отдельные поставляемые компоненты окажутся не сертифицированными их изготовителями. Наличие даже одной ошибки в элементе готовой печатной платы, состоящей из сотен или тысяч элементов, может привести к отказу клиента от изделия с возможными последующими юридическими санкциями или потерями объема продаж. Изготовителям электронной продукции необходимо добиваться контролирования поставщиками соответствия их изделий нормативам RoHS, с сертификацией всех компонентов. Большие риски, возникающие при несоблюдении нормативов, подтолкнули компанию Benchmark Electronics к созданию программы, применение которой существенно снижает вероятность появления дефектов аппаратуры и повышает качество документации по обоснованию соответствия правилам RoHS.
Метод рентгенофлуоресцентного анализа
Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации элемента в образце. Когда атомы образца облучаются фотонами с высокой энергией, возбуждающими первичное излучение рентгеновской трубки, это вызывает испускание электронов. Электроны покидают атом. Как следствие, в одной или более электронных орбиталях образуются "дырки" – вакансии, благодаря чему атомы переходят в возбужденное состояние, т.е. становятся нестабильны. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона – этот феномен и называется "флуоресценция''.
Источником возбуждающего (первичного) излучения высокой энергии является рентгеновская трубка, питаемая высокостабильным генератором высокого напряжения. Механизм возникновения первичного излучения похож на механизм флуоресценции, за исключением того, что возбуждение материала анода трубки происходит при его бомбардировке электронами высоких энергий, а не рентгеновским излучением, как при флуоресценции. Спектральный состав излучения трубки зависит от выбора материала анода. При проведении анализа все элементы, присутствующие в образце, одновременно излучают фотоны характеристической флуоресценции.
Для изучения концентрации какого-либо элемента в образце необходимо из общего потока излучения, поступающего от пробы, выделить излучение такой длины волны, которая является характеристической для исследуемого элемента. Это достигается разложением суммарного потока излучения, поступающего от пробы, по длинам волн и получением спектра. Спектр описывается кривой, характерезующей зависимость интенсивности излучения от длины волны.
Для разложения излучения в спектр используются кристалл-анализаторы с кристаллическим плоскостями, параллельными поверхности, имеющими некоторое межплоскостное расстояние.
Выделенное излучение поступает в детектор рентгеновского излучения для измерения интенсивности, то есть числа фотонов, поступающих за единицу времени.
Измерение спектра исследуемой пробы производят с помощью нескольких кристалл-анализаторов из различных материалов. Монокристаллы, такие как германий, фторид лития, антимонид индия являются идеальными анализаторами для излучения многих элементов.
Детектирование флуоресцентного излучения основано на преобразовании энергии флуоресценции в импульсы напряжения определенной амплитуды. Для относительно больших длин волн при анализе легких элементов используются наполненные газом пропорциональные детекторы. Для коротких длин волн (тяжелые элементы) применяются сцинтилляционные детекторы. Чем больше атомов определенного типа в образце, тем больше импульсов регистрирутся детектором.
Счетная электроника фиксирует число импульсов поступающих от детекторов и энергетические уровни, соответствующие амплитудам. Современное качество анализирующей техники (усилители и анализаторы импульсов) позволяет во многих случаях получить удовлетворяющую большинство пользователей статистическую погрешность измерений всего за 2 секунды.
Анализ и обработка результатов измерений проводится в автоматическом режиме. Для этого разработаны методики анализа многих элементов для различных типов веществ. Методики реализованы в виде компьютерных программ. Во время измерения компьютер управляет всеми узлами спектрометра в соответствии с заданной программой анализа. По окончании измерений компьютер выполняет расчет концентраций. Результаты анализа передаются электронными средствами связи автоматически по указанным адресам, либо накапливаются в базе данных измерений для дальнейшей обработки.
Программа проверки
Контрольный просмотр образца материала, проводимый с использованием ручного анализатора, рассматривается как первая стадия испытаний, по результатам которой формируется мнение о необходимости дополнительных, более дорогостоящих и трудоемких испытаний. С приближением вступления в силу директивы RoHS и связанным с этим переворотом во всей отрасли, разработаны многочисленные контрольные программы по характеристикам материалов и сертификации их на соответствие требованиям RoHS. Одна из программ была разработана для проверки всей цепи поставок материалов с использованием портативного cпектрометра XLt 797 компании Thermo Electron Corp. Программа предусматривает поверку материалов в нескольких точках производственного цикла. Поверка параметров в начале процесса является критическим моментом в программе контроля на соответствие RoHS (рис. 2).
Две дополнительные контрольные поверки проводятся в ходе процесса. Оценка процесса сборки, документирование её параметров и оборудования, являются составными частями программы, которая завершается анализом выявленных нарушений и их влиянием на качество. Важным моментом программы является подготовка полного списка материалов и оборудования, который поможет избежать проведения инспектирующего анализа на соответствие требованиям RoHS. Среди критических элементов процесса можно назвать припои в производстве ПП или адгезивы при механической сборке.
Завершающий этап контроля в производственном процессе связан с готовым изделием. Его цель – дополнить результаты проведённых поверок и критические параметры процесса подтверждением соответствия готового изделия требованиям RoHS. Документацию, содержащую запись контрольных измерений спектрографом, следует сохранить, как хронологический отчет о достоверности результатов контроля и обеспечении соответствия требованиям RoHS. Чётко оформленная документация упростит процесс аттестации, особенно при поставке продукции в страны ЕС.
Заключение
Рассмотренная программа по определению соответствия производимой электронной продукции требованиям директивы RoHS с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра позволяет обнаружить несоответствия в ходе производственного процесса. В этом случае возникшие проблемы могут быть исправлены заблаговременно, а не при проверке на соответствие RoHS готовых изделий, когда такое обнаружение может привести к большим неприятностям для производителя. В целом, программа обеспечивает клиентов надёжным средством контроля процесса и уменьшает возможность несоответствия RoHS электронных изделий, поставляемых в страны ЕС.
Скотт Мазер – главный специалист по нормативам RoHS в компании Benchmark Electronics.
Дэвид Меркуро является специалистом компании Thermo Electron Corp. (группа Niton Analyzers). в области RXF спектрометров компании Thermo Electron Corp. (подразделение Niton Analyzers).
Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции от концентрации элемента в образце. Когда атомы образца облучаются фотонами с высокой энергией, возбуждающими первичное излучение рентгеновской трубки, это вызывает испускание электронов. Электроны покидают атом. Как следствие, в одной или более электронных орбиталях образуются "дырки" – вакансии, благодаря чему атомы переходят в возбужденное состояние, т.е. становятся нестабильны. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона – этот феномен и называется "флуоресценция''.
Источником возбуждающего (первичного) излучения высокой энергии является рентгеновская трубка, питаемая высокостабильным генератором высокого напряжения. Механизм возникновения первичного излучения похож на механизм флуоресценции, за исключением того, что возбуждение материала анода трубки происходит при его бомбардировке электронами высоких энергий, а не рентгеновским излучением, как при флуоресценции. Спектральный состав излучения трубки зависит от выбора материала анода. При проведении анализа все элементы, присутствующие в образце, одновременно излучают фотоны характеристической флуоресценции.
Для изучения концентрации какого-либо элемента в образце необходимо из общего потока излучения, поступающего от пробы, выделить излучение такой длины волны, которая является характеристической для исследуемого элемента. Это достигается разложением суммарного потока излучения, поступающего от пробы, по длинам волн и получением спектра. Спектр описывается кривой, характерезующей зависимость интенсивности излучения от длины волны.
Для разложения излучения в спектр используются кристалл-анализаторы с кристаллическим плоскостями, параллельными поверхности, имеющими некоторое межплоскостное расстояние.
Выделенное излучение поступает в детектор рентгеновского излучения для измерения интенсивности, то есть числа фотонов, поступающих за единицу времени.
Измерение спектра исследуемой пробы производят с помощью нескольких кристалл-анализаторов из различных материалов. Монокристаллы, такие как германий, фторид лития, антимонид индия являются идеальными анализаторами для излучения многих элементов.
Детектирование флуоресцентного излучения основано на преобразовании энергии флуоресценции в импульсы напряжения определенной амплитуды. Для относительно больших длин волн при анализе легких элементов используются наполненные газом пропорциональные детекторы. Для коротких длин волн (тяжелые элементы) применяются сцинтилляционные детекторы. Чем больше атомов определенного типа в образце, тем больше импульсов регистрирутся детектором.
Счетная электроника фиксирует число импульсов поступающих от детекторов и энергетические уровни, соответствующие амплитудам. Современное качество анализирующей техники (усилители и анализаторы импульсов) позволяет во многих случаях получить удовлетворяющую большинство пользователей статистическую погрешность измерений всего за 2 секунды.
Анализ и обработка результатов измерений проводится в автоматическом режиме. Для этого разработаны методики анализа многих элементов для различных типов веществ. Методики реализованы в виде компьютерных программ. Во время измерения компьютер управляет всеми узлами спектрометра в соответствии с заданной программой анализа. По окончании измерений компьютер выполняет расчет концентраций. Результаты анализа передаются электронными средствами связи автоматически по указанным адресам, либо накапливаются в базе данных измерений для дальнейшей обработки.
Программа проверки
Контрольный просмотр образца материала, проводимый с использованием ручного анализатора, рассматривается как первая стадия испытаний, по результатам которой формируется мнение о необходимости дополнительных, более дорогостоящих и трудоемких испытаний. С приближением вступления в силу директивы RoHS и связанным с этим переворотом во всей отрасли, разработаны многочисленные контрольные программы по характеристикам материалов и сертификации их на соответствие требованиям RoHS. Одна из программ была разработана для проверки всей цепи поставок материалов с использованием портативного cпектрометра XLt 797 компании Thermo Electron Corp. Программа предусматривает поверку материалов в нескольких точках производственного цикла. Поверка параметров в начале процесса является критическим моментом в программе контроля на соответствие RoHS (рис. 2).
Две дополнительные контрольные поверки проводятся в ходе процесса. Оценка процесса сборки, документирование её параметров и оборудования, являются составными частями программы, которая завершается анализом выявленных нарушений и их влиянием на качество. Важным моментом программы является подготовка полного списка материалов и оборудования, который поможет избежать проведения инспектирующего анализа на соответствие требованиям RoHS. Среди критических элементов процесса можно назвать припои в производстве ПП или адгезивы при механической сборке.
Завершающий этап контроля в производственном процессе связан с готовым изделием. Его цель – дополнить результаты проведённых поверок и критические параметры процесса подтверждением соответствия готового изделия требованиям RoHS. Документацию, содержащую запись контрольных измерений спектрографом, следует сохранить, как хронологический отчет о достоверности результатов контроля и обеспечении соответствия требованиям RoHS. Чётко оформленная документация упростит процесс аттестации, особенно при поставке продукции в страны ЕС.
Заключение
Рассмотренная программа по определению соответствия производимой электронной продукции требованиям директивы RoHS с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра позволяет обнаружить несоответствия в ходе производственного процесса. В этом случае возникшие проблемы могут быть исправлены заблаговременно, а не при проверке на соответствие RoHS готовых изделий, когда такое обнаружение может привести к большим неприятностям для производителя. В целом, программа обеспечивает клиентов надёжным средством контроля процесса и уменьшает возможность несоответствия RoHS электронных изделий, поставляемых в страны ЕС.
Скотт Мазер – главный специалист по нормативам RoHS в компании Benchmark Electronics.
Дэвид Меркуро является специалистом компании Thermo Electron Corp. (группа Niton Analyzers). в области RXF спектрометров компании Thermo Electron Corp. (подразделение Niton Analyzers).
Отзывы читателей
