آنالیز سریع سرب در بردهای الکترونیکی با روش LIBS

آنالیز سریع سرب در بردهای الکترونیکی با روش LIBS

تشخیص سرب در قطعات الکترونیکی از اهمیت بالایی برخوردار است. چرا که سرب به عنوان یک فلز سمی خطرات قابل توجهی برای سلامتی انسان‌ به همراه دارد. این فلز سنگین در اجزای مختلف سیستم‌های الکترونیکی مانند لحیم‌کاری، باتری‌ها و بردها یافت می‌شود. یکی از قدرتمندترین روش‌ها برای تشخیص سریع، دقیق و غیر مخرب سرب در بردهای الکترونیکی استفاده از آنالیز LIBS است. این روش طیف‌های مشخصه‌ای را ارائه می‌دهد که علاوه بر بحث شناسایی، توانایی تعیین غلظت سرب را نیز دارد. برای درک عمیق‌تر چگونگی این آنالیز، تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.
آنالیز سریع سرب در بردهای الکترونیکی با روش LIBS

فهرست مطالب

وجود سرب در خون انسان سبب بروز مشکلات شدید عصبی، رفتاری و رشدی به ویژه در کودکان خردسال می‌شود. با توجه به این موضوع اتحادیه اروپا دستورالعملی مبنی بر محدودیت استفاده از مواد خطرناک تصویب کرده است. طبق این دستورالعمل استفاده از سرب، کادمیوم، جیوه و کروم (VI) بالاتر از حد مجاز در محصولات الکترونیکی ممنوع شده است. به عنوان مثال حداکثر حد مجاز غلظت سرب در دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی، ۱۰۰۰ppm است. بنابراین ضروری است که تمام تولیدکنندگان بردهای الکترونیکی و مواد نیمه رسانا در سراسر جهان در چهار چوب این دستورالعمل‌ فعالیت کنند. تولیدکنندگان در صنعت برای تأیید انطباق محصولات خود با دستورالعمل‌های ذکر شده از روش ICP-OES استفاده می‌کنند. در این روش نمونه‌های جامد قبل از آنالیز نیاز به انحلال اسیدی پیچیده و زمان‌بر دارند. به علاوه برای انجام این تست، تخصص علمی قابل توجهی لازم است. بنابراین ICP-OES برای کاربردهایی که نیازمند سرعت بالای آنالیز هستند، مناسب نیست. تکنیک‌های مبتنی بر XRF یکی دیگر از روش‌های مورد استفاده برای نظارت بر سرب هستند. اما روش XRF در تعیین غلظت دقیق نمونه‌های نازک و کوچک مانند نمونه‌های موجود در اتصالات الکترونیکی با چالش‌هایی مواجه است. بنابراین در صنعت از XRF به جای تعیین غلظت، بیشتر برای مانیتورینگ عناصر خطرناک استفاده می‌شود.

مزیت روش LIBS در آنالیز سرب قطعات الکترونیکی

سیستم آنالیز عنصری LIBS یکی از سریع‌ترین و دقیق‌ترین روش‌ها برای شناسایی سرب در اتصالات نیمه رسانا است. روش LIBS امکان نظارت سریع بر محتوای سرب بردهای الکترونیکی را در مراحل مختلف تولید فراهم می‌کند. این کار بدون نیاز به آماده‌سازی نمونه انجام می‌شود. شکل ۱ فرآیند فیزیکی را نشان می‌دهد که منجر به نشر پلاسما در طول اندازه‌گیری LIBS می‌شود.

مطالعه مقاله  مشخصه یابی فلزها با طیف سنجی LIBS
فرآیند فیزیکی که منجر به نشر پلاسما در طول اندازه گیری LIBS می‌شود.
شکل ۱: فرآیند فیزیکی که منجر به نشر پلاسما در طول اندازه گیری LIBS می‌شود.

با درک طیف عنصری LIBS علاوه بر بحث شناسایی، می‌توان غلظت سرب موجود در مدارهای الکترونیکی را نیز تعیین کرد. برای درک بهتر چگونگی آنالیز کمی سرب با استفاده از روش LIBS از یک مثال استفاده می‌کنیم. در ابتدا چهار نمونه استاندارد حاوی غلظت‌های سرب مشخص ۳۶،‌ ۱۴۶، ۴۰۳ و ۹۶۰ppm استفاده می‌شود. شکل ۲ طیف LIBS یکی از این مواد مرجع استاندارد حاوی سرب ۴۰۳ppm را نشان می‌دهد.

طیف LIBS ماده مرجع استاندارد حاوی ۴۰۳ppm سرب
شکل ۲: طیف LIBS ماده مرجع استاندارد حاوی ۴۰۳ppm سرب

سپس با ثبت شدت LIBS نشر سرب در ۴۰۵.۷nm برای این چهار ماده مرجع استاندارد، یک منحنی کالیبراسیون رسم می‌شود (شکل ۳).

منحنی کالیبراسیون LIBS برای آنالیز کمی سرب
شکل ۳: منحنی کالیبراسیون LIBS برای آنالیز کمی سرب

برای انجام آنالیز کمی از قطعات TSOP56 لایه نشانی شده با قلع در سه چگالی جریان مختلف و یک قطعه بدون لایه نشانی قلع (زیرلایه مسی) به عنوان نمونه استفاده می‌شود. در ادامه به منظور تعیین غلظت سرب در لایه نشانی قطعه TSOP56‌ ،روش LIBS با پنج روش آنالیز عنصری دیگر مقایسه شده است (جدول ۱).

مقایسه غلظت سرب محاسبه شده با آنالیزهای مختلف در لایه نشانی قطعات TSOP56 در سه جریان متفاوت
جدول ۱: مقایسه غلظت سرب محاسبه شده با آنالیزهای مختلف در لایه نشانی قطعات TSOP56 در سه جریان متفاوت

با افزایش چگالی جریان لایه نشانی، انتظار می‌رود که مقدار محتوای سرب نیز افزایش یابد. جدول ۱ نشان می‌دهد که میزان سرب برای لایه نشانی تولید شده در چگالی جریان متوسط و بالا مشابه است. اما در لایه نشانی تولید شده در پایین‌ترین میزان جریان، مقدار سرب کمتری مشاهده می‌شود. همچنین بر طبق داده‌های موجود در جدول ۱، روش Micro-EDXRF در این مورد حساسیت تشخیص کافی را ندارد. آنالیز EDXRF نیز با توجه به قرار گرفتن زیر حد تشخیص در این سه جریان قادر به تشخیص سرب نیست. طیف سنجی جذب اتمی در تمام جریان‌های لایه نشانی غلظت سرب کمتری را نسبت به سایر روش‌ها نشان می‌دهد. این روش در بسترهای خالی مس حدود ۷.۴ppm سرب شناسایی کرد. در حالی که سایر تکنیک‌ها حضور سرب را نشان نمی‌دهند. این تفاوت ممکن است به دلیل آلودگی احتمالی نمونه‌ها یا محلول‌های آماده شده باشد. روش ICP-OES در کمترین جریان لایه نشانی (۵۰ASF) قادر به شناسایی سرب نیست. در حالی که در جریان‌های لایه نشانی بالاتر نتایجی مشابه روش LIBS نشان می‌دهد. همان طور که پیش از این نیز اشاره شد،‌ روش ICP با توجه به پیچیدگی و زمان‌بر بودن آنالیز برای کاربردهای سریع مناسب نیست. به علاوه نشان دادیم که این روش در جریان‌های لایه نشانی پایین توانایی شناسایی سرب را ندارد. بنابراین تکنیک LIBS‌ به عنوان یکی از سریع‌ترین و دقیق‌ترین روش‌های آنالیز عنصری، می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش‌های مرسوم آنالیز سرب باشد. شکل ۴ غلظت سرب به دست آمده از آنالیزهای مختلف را نشان می‌دهد.

مطالعه مقاله  درک عمیق‌تری از تابش پلاسما در تکنیک LIBS
مقایسه غلظت سرب در لایه نشانی قطعات TSOP56 در سه جریان متفاوت
شکل ۴: مقایسه غلظت سرب در لایه نشانی قطعات TSOP56 در سه جریان متفاوت

جمع بندی

روش LIBS یکی از آنالیزهای قدرتمند برای نظارت بر سرب موجود در بردهای الکترونیکی است. آنالیز LIBS علاوه بر داشتن دقت بالا برای تشخیص سرب در قطعات الکترونیکی و ادوات نیمه رسانا، زمان‌ اندازه‌گیری را نیز به شدت کاهش می‌دهد. این قابلیت امکان نظارت سریع بر محتوای سرب اتصالات الکترونیکی را در مراحل مختلف تولید فراهم می‌کند. به علاوه با انجام آنالیز “کمی”، غلظت سرب موجود در مدارهای الکترونیکی را نیز تعیین می‌کند. روش LIBS نیازی به آماده‌سازی نمونه ندارد و یک جایگزین مناسب و سازگار با محیط زیست برای روش‌های مرسوم آنالیز سرب است. برای دریافت توضیحات تکمیلی در این حوزه می‌توانید با کارشناسان شرکت تکسان در تماس‌ باشید.

منبع

۱- https://zaya.io/e8aod

مطالب مرتبط
0
افکار شما را دوست دارم، لطفا نظر دهیدx
()
x