SEM/EDX分析時の加速電圧の違いによる検出感度

一般的なプリント基板(PCB基板)のAuめっき表面を分析した際、下層のNiが露出していないにも関わらず検出される場合がある。これは電子線の散乱深さに関連性があり、正しい分析結果を得るには適切な加速条件を設定する必要がある。今回、モンテカルロシミュレーションを用いて加速電圧の違いによるEDX検出深さについて確認を行った。

テスト基板概要

試料は一般的なプリント基板(PCB基板)のAuめっきパッドを用いた。層構成はCu配線上にNiめっき/Auめっきが施されたものである。Auめっきの厚みは断面観察より、212nmである。

Auめっき

テスト基板外観

Auメッキ厚み

Auめっき厚み確認

加速電圧の違いによるEDX検出感度

加速電圧10kV
加速電圧12kV
加速電圧15kV

EDX分析結果

加速10kVではAuめっき下層のNiは検出されていないが、加速電圧12kV以上だと下層のNiが検出されている。
加速電圧を上げると何故、下層の情報を検出するのか、モンテカルロシミュレーションにて確認した。

モンテカルロシミュレーションによる電子線散乱領域確認

加速電圧10kv

加速電圧10kv

散乱深さは190nmと算出

加速電圧12kv

加速電圧12kv

散乱深さは260nmと算出

加速電圧15kv

加速電圧15kv

散乱深さは380nmと算出

シミュレーション結果

加速10kVでは入射電子の散乱深さ190nmと算出。212nmのAu層より深くは電子が散乱していないため、下層のNiが検出されなかったことが分かる。
一方、12kVで260nm、15kVでは380nnと実際のAuめっき厚より深い位置まで電子が入り込み散乱しているのが分かる。このため、下層のNiから特性X線が発生し検出されたものと考えられる。
(今回はほんの一例に過ぎませんが、正しい分析結果を得るには電子がどのように散乱しているか想像しながら加速電圧を設定することが大切です。)

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