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          使用LIBS測試焊錫絲中的主要成分

          使用LIBS測試焊錫絲中的主要成分

          本文關鍵詞: 反恐/安全LIBS/LIFS
          摘要

          1.技術背景

          鉛(Pb)是一種常見的重金屬元素。鉛及其化合物對人體有害,在人體中累計后不易排出,從而損害人體的神經系統、造血系統、骨骼系統和腎臟。并且,兒童對鉛的敏感度遠高于成年人,他們處于生長發育階段,其骨骼和神經系統對進入體內的鉛的親和力更強。如果兒童體內含鉛量過高,容易出現發育遲緩、食欲不振、行走不便、多動、注意力不集中和智力低下等問題。

          RoHSRoHS

          隨著信息化社會的發展,電子產品充斥了人們生活的方方面面,而該類產品往往是人們能夠接觸到的鉛污染源之一。早在2006年的時候,歐盟就立法制定了一項強制性標準,它的全稱是《關于限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令》,也就是我們常常提到的RoHS,該標準的目的在于消除電器電子產品中的鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯和多溴二苯醚共六項物質對人體和環境的影響,并重點規定了鉛的含量不能超過0.1%。

          在電子產品的研發和生產中,電子元件與電路板的焊接是一項關鍵工作,通常使用的焊錫絲有兩種,一種是鉛錫合金焊錫絲,另一種是無鉛焊錫絲。其中鉛錫合金焊錫絲的熔點較低,焊點通常明亮細膩,錫渣較少,由于其熔點較低加上易于流動的特性在焊接微小器件的時候尤其的方便;而無鉛焊錫是環保焊錫,其無鉛的特性,對環境和人體的影響很小,但是焊接時對工具的要求較高,同時需要使用者有不錯的電子電路焊接技巧。

          2.檢測方案

          我們計劃使用實驗室常用的兩種焊錫進行測試,來探索無鉛錫和有鉛焊錫的區別。右圖右側是錫鉛合金焊錫絲,Pb/Sn比列為37/63,左側是無鉛焊錫。本次試驗采用激光誘導擊穿光譜方法進行測試,該技術的原理為高能量脈沖激光燒蝕物體,使物體表面的組成元素發生等離子體化,并發射出具有這些元素特征的等離子體光譜,包括原子、離子、分子特征頻譜線,這些譜線可用于物體中元素組成的定性或定量分析。

          我們使用海洋光學LIBS測量系統ACCULIBS 2500,首先對一截鉛錫合金焊錫絲進行測試,將激光能量設置為200mJ,并使用常規激光光斑~200um,以及自動對焦功能。瞄準樣品表面后連續進行了20次激光激發,下圖為錫鉛合金焊錫絲的原始圖譜和測試后樣品的形貌和激光燒灼痕跡。

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          接下來我們再對一截無鉛焊錫絲進行測試,采用相同的參數連續進行了20次激光激發,下圖為錫鉛合金焊錫絲的原始圖譜和測試后樣品的形貌和燒灼痕跡。

          3.檢測結果

          我們處理了原始數據,我們先查詢了兩種焊錫絲的國家標準配方表,鉛錫合金焊錫絲中含有63%的錫,約為37%的鉛和其他百分比小于0.1%的元素,例如0.02%的Fe等。無鉛焊錫中含有超過99%的錫,以及Cu,Ag等摻料,我們發現兩種焊錫中均含有0.02%的Fe。因此在后續的數據處理中,Fe可以作為兩種焊錫絲的分析參考。我們取了242.9nm處Sn的譜線,282.3nm處Pb的譜線,248.3nm處Fe的譜線,作為三條分析譜線。由于焊錫絲長期暴露在空氣表面容易有雜質和氧化層影響,傳統的測試方法在測試前會進行表面打磨,LIBS實驗中僅僅需要用幾次激光脈沖擊打在樣品表面即可完成表面清洗,因此我們將采樣過程中前5次數據剔除,僅僅分析后15次采樣的數據。結果如下:

          最后,我們本次試驗所使用的海洋光學ACCULIBS 2500,該設備內部最多可集成多個光譜儀通道,最多為8個通道,光譜范圍覆蓋180-1100nm,同時集成了全自動的采樣系統,100*100*20mm全電動平臺和激光同軸相機聯動可以方便的實現自動對焦和mapping采樣,安全高效。

          從以上測量結果得出,MX2500+可以實現對無鉛焊錫絲和含鉛焊錫絲的快捷鑒別。

          一體化激光誘導擊穿光譜儀——ACCULIBS 2500

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