Enerji Dağıtıcı X-ışını Spektrometresi: RoHS Testinde Prensip, Performans ve Uygulama

Özet
Bu makale şu konuya odaklanmaktadır: LISUN EDX-2 Serisi Enerji Dağıtıcı X-ışını SpektrometreleriElementlerin karakteristik X-ışınlarına dayalı tespit prensiplerini sistematik olarak açıklayan, belirli model parametre karşılaştırmaları yoluyla ekipmanların performans farklılıklarını analiz eden ve elektrikli ve elektronik ürünlerdeki tehlikeli maddelerin taranmasındaki pratik değerlerini göstermek için RoHS testini temel uygulama senaryosu olarak ele alan bu araştırma, yüksek çözünürlük, çoklu senaryo uyumluluğu ve otomatik çalışma avantajlarına dayanarak, bu X-ışını spektrometresi serisinin 2 ppm ile %99.99 arasında değişen içerik aralığında element analizi gerçekleştirebileceğini, RoHS testi, alaşım bileşimi tespiti ve kaplama kalınlığı ölçümü gibi çeşitli ihtiyaçları karşılayabileceğini ve endüstriyel kalite kontrolü için güvenilir teknik destek sağlayabileceğini göstermektedir.

1. Giriş
Elektrik ve elektronik sektörünün küresel gelişimiyle birlikte, ürün malzeme güvenliği ve çevre uyumluluğu gereklilikleri giderek daha katı hale gelmiştir. Örneğin, AB RoHS Direktifi, kurşun, cıva ve kadmiyum gibi tehlikeli elementleri kısıtlayarak, verimli element tespit teknolojilerinin geliştirilmesini teşvik etmiştir. Tahribatsız muayene ekipmanı olarak X-ışını spektrometresi, numune ön işlemi gerektirmemesi, hızlı tespit hızı ve yüksek doğruluk gibi avantajları sayesinde endüstriyel alanda element analizi için temel bir araç haline gelmiştir. EDX-2 Serisi Enerji Dağıtıcı X-ışını Spektrometreleri tarafından geliştirilmiştir. LISUN Grup, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birden fazla modeli kapsar: EDX-2A, EDX-2AC ve EDX-2AB. RoHS testi, alaşım analizi ve kaplama kalınlığı ölçümü olmak üzere üç işlevi bir araya getirirler ve elektronik bileşenler, metal malzemeler ve plastik ürünler gibi alanlarda yaygın olarak kullanılabilirler. Teknik prensipleri ve performansları, endüstriyel kalite kontrolü için büyük referans değeri taşır.

EDX-2_Rohs test ekipmanı

2. EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometrelerinin Algılama Prensibi
EDX-2 Serisi Enerji Dağıtıcı X-ışını Spektrometrelerinin temel algılama mantığı, elementlerin karakteristik X-ışınlarının dalga boyu ve yoğunluklarındaki farklılıklara dayanır ve elementlerin nitel ve nicel tespiti üç adımla gerçekleştirilir: "uyartma - algılama - analiz". Spesifik süreç şu şekildedir:

2.1 Karakteristik X-ışınlarının uyarılması
Cihaz, dahili bir X-ışını tüpüne sahiptir. 50 KV tüp voltajı ve 600 uA tüp akımı çalışma koşulları altında (parametreler otomatik olarak ayarlanabilir), test edilecek numuneye yüksek enerjili birincil X-ışınları yayar. Birincil X-ışınları numunenin yüzey katmanına nüfuz ettiğinde, numunedeki atomların iç kabuk elektronlarıyla etkileşime girerek iç kabuk elektronlarını atom yörüngesinden çıkarır ve atomları kararsız bir uyarılmış duruma sokar.

2.2 Karakteristik X-ışınlarının Üretimi ve Tespiti
Kararlı bir duruma geri dönmek için, atomun dış kabuğundaki elektronlar iç kabuğun boş yörüngesine geçiş yapar. Geçiş süreci sırasında bir enerji farkı açığa çıkar ve bu enerji, belirli bir dalga boyuna sahip X ışınları şeklinde yayılır. Bu ışınlara "elementlerin karakteristik X ışınları" denir. Farklı elementlerin farklı atom numaraları vardır ve elektron yörüngelerinin enerji seviyeleri arasında doğal farklılıklar vardır. Bu nedenle, yayılan karakteristik X ışınlarının dalga boyları da benzersizdir; bu, nitel element analizini gerçekleştiren ekipmanın temelini oluşturur.

Daha sonra karakteristik X ışınları dedektör tarafından alınır ( EDX-2A Si-pin dedektörü kullanır ve şu modeller gibi: EDX-2A(Daha yüksek hassasiyetli bir SDD dedektörü kullanın). Dedektör, X-ışını sinyalini elektrik sinyaline dönüştürür ve bu sinyal, sinyal işleme sistemi tarafından tanınabilir spektral verilere dönüştürülerek "dalga boyu - yoğunluk" koordinatına sahip bir temel spektrum diyagramı oluşturulur.

2.3 Element İçeriğinin Nicel Analizi
Aynı tespit koşulları altında, numunedeki belirli bir elementin içeriği, karakteristik X-ışınlarının yoğunluğuyla pozitif korelasyon gösterir; içerik ne kadar yüksekse, elektron geçişi o kadar fazla olur ve yayılan karakteristik X-ışınlarının yoğunluğu da o kadar güçlü olur. Test edilecek numunenin element spektral çizgilerinin yoğunluğu, bilinen konsantrasyona sahip standart numunenin (EDX-2 Serisi ile birlikte verilen AB standart numunesi gibi) yoğunluğuyla karşılaştırılarak ve matris etkisi ve arka plan girişimi gibi etki eden faktörler yazılım algoritmalarıyla düzeltilerek, cihaz test edilecek numunedeki her bir elementin doğru içeriğini hesaplar ve kantitatif analiz gerçekleştirir. İçerik analiz aralığı 2 ppm ile %99.99 arasında değişerek eser ve majör elementlerin tespit ihtiyaçlarını karşılar.

3. EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometrelerinin Model Parametreleri ve Performans Karşılaştırması
EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometreleri, farklı uygulama senaryoları için 5 temel modelle tasarlanmıştır. Farklı modeller arasında yapısal tasarım, dedektör tipi ve algılama verimliliği açısından farklılıklar vardır. Spesifik parametre karşılaştırması aşağıdaki tabloda gösterilmiştir:

Parametre karşılaştırmasından, EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometrelerinin performans farklılıklarının esas olarak üç açıdan yansıdığı görülebilir: birincisi, vakum ortamına uyum sağlama yeteneği. EDX-2AC, EDX-2ABC ve EDX-2T, hafif elementlerin (sodyum ve magnezyum gibi) karakteristik X ışınlarının hava tarafından emilimini azaltabilen ve alaşım analizinin element aralığını genişletebilen vakum testini destekler. İkincisi, dedektör doğruluğudur. SDD dedektörünün (örneğin, EDX-2AC) 129 eV'dir ve bu, Si-pin dedektörünün (149 eV)kinden daha iyidir. Bitişik dalga boylarındaki temel spektral çizgileri daha doğru bir şekilde ayırt edebilir ve algılama hatalarını azaltabilir. Üçüncüsü, fonksiyon entegrasyonu. Temel model EDX-2A yalnızca RoHS testini desteklerken, EDX-2ABC ve EDX-2T, alaşım analizi ve kaplama kalınlığı ölçüm fonksiyonlarını aynı anda entegre ederek daha karmaşık endüstriyel senaryolara uyum sağlar.

4. EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometrelerinin RoHS Testlerinde Uygulanması
4.1 RoHS Yönergesi Gereksinimleri ve Test Standartları
RoHS Direktifi, AB tarafından formüle edilmiş elektrikli ve elektronik ürünler için bir çevre koruma standardıdır. Güncel sürümü 2011/65/EU'dur (RoHS 2.0). Orijinal sürüm (2002/95/EC) ile karşılaştırıldığında, kontrol kapsamı tıbbi cihazlar ve izleme ekipmanlarını da içerecek şekilde genişletilmiştir ve üreticilerin teknik belgeleri ve AB uygunluk beyanlarını en az 10 yıl boyunca saklamaları gerekmektedir. Bu direktif, aşağıdaki özel gerekliliklerle 6 tehlikeli maddenin içeriğini sınırlar: Cıva (Hg) ≤ 1000ppm, Altı Değerlikli Krom (CrVI) ≤ 1000ppm, Kadmiyum (Cd) ≤ 100ppm, Kurşun (Pb) ≤ 1000ppm, Polibromlu Bifeniller (PBB'ler) ≤ 1000ppm, Polibromlu Difenil Eterler (PBDE'ler) ≤ 1000ppm.
Çin'deki ilgili standart, X-ışını floresan spektrometrisini (XRF) RoHS tehlikeli elementleri için hızlı bir tarama yöntemi olarak açıkça tanımlayan "Elektronik Bilgi Ürünlerinde Toksik ve Tehlikeli Maddeler için Test Yöntemleri"dir (SJ/T 11365-2006). EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometreleri bu yönteme dayanarak geliştirilmiştir ve standart test gerekliliklerini doğrudan karşılayabilir.

4.2 RoHS Testinde EDX-2 Serisinin Avantajları
Profesyonel RoHS test ekipmanı olarak EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometreleri, tespit verimliliği, operasyonel kolaylık ve güvenlik açısından önemli avantajlara sahiptir:
• Ön işlem gerektirmeyen hızlı tarama: Tespit süresi EDX-2A 200 saniyedir ve vakum modelleri (örneğin EDX-2AC) sadece 100 saniye sürer. Numunenin sindirimi ve çözünmesi gibi ön işlemlere gerek yoktur ve katı, sıvı ve toz halindeki numuneler (elektronik bileşen kasaları, plastik parçacıklar ve lehim pastası gibi) doğrudan test edilebilir, bu da tespit döngüsünü büyük ölçüde kısaltır.
• Yüksek çözünürlük ve doğruluk: SDD dedektör modellerinin (örneğin, EDX-2AC) 129 eV'a kadar ulaşabilen bu cihaz, kadmiyum (Cd) gibi eser miktardaki tehlikeli elementlerin karakteristik X-ışınlarını doğru bir şekilde tespit edebilir. Sağlanan AB standart numuneleri ve kalibrasyon sertifikalarıyla birlikte, tespit sonuçlarının uluslararası standartlara uygun olmasını sağlar ve yanlış değerlendirmeleri önler.
• Görsel çalışma ve güvenlik koruması: Ekipman, yüksek çözünürlüklü bir kamera ve hazne içi aydınlatma sistemiyle donatılmıştır. Bu sayede operatörler, numune test konumunu gerçek zamanlı olarak kontrol edebilir ve hatalı numune yerleştirmeden kaynaklanan tespit hatalarını önleyebilir. Aynı zamanda, ekipman, endüstriyel güvenlik standartlarına uygun ve ekipman hasar riskini azaltan aşırı akım ve kısa devre koruma fonksiyonlarına sahiptir.

4.3 Pratik Test Örneği
Bir elektronik işletmesinin ithal edilen bir grup plastik bileşen üzerinde RoHS uyumluluk taraması yapması gerekiyordu ve bunu kullandı EDX-2A Test için X-ışını Spektrometresi:
• Numune hazırlama: Plastik bileşenler 5cm×5cm boyutlarında küçük parçalara kesilerek, başka bir işlem uygulanmadan doğrudan numune haznesine (boyut 610×320×100mm) yerleştirildi;
• Parametre ayarı: Ekipman tüp voltajını otomatik olarak 50KV'a, tüp akımını 600uA'ya ve algılama süresini 200 saniyeye ayarlar;
• Tespit sonuçları: Ekipman, numunedeki kurşun (Pb) içeriğinin 850 ppm, kadmiyum (Cd) içeriğinin ise 30 ppm olduğunu gösteren bir element spektrum diyagramı oluşturdu; her ikisi de RoHS sınırlarının altında olduğundan, uyumlu olduğu değerlendirildi. Aynı zamanda, spektral çizgilerde cıva ve altı değerlikli krom gibi başka tehlikeli elementler tespit edilmedi ve sonunda bir RoHS test raporu düzenlendi.

Bu durum, EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometrelerinin elektronik komponentlerin RoHS taramasını hızlı bir şekilde tamamlayabildiğini, işletmelerin AB'ye ürün ihracatları için bir uyumluluk temeli sağlayabildiğini ve aşırı tehlikeli maddelerden kaynaklanan ticari riskleri önleyebildiğini göstermektedir.

5. EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometrelerinin Diğer Temel Uygulamaları
EDX-2 Serisi X-ışını Spektrometreleri, RoHS testlerinin yanı sıra alaşım analizi ve kaplama kalınlığı ölçüm fonksiyonlarını da entegre ederek ekipmanın uygulama senaryolarını genişletiyor:
5.1 Alaşım Analizi
The EDX-2AB, EDX-2ABC ve EDX-2T modelleri alaşım analizini destekler. EDX-2T, periyodik tabloda 11-Na (Sodyum) ile 92-U (Uranyum) arasında bulunan tüm elementleri tespit edebilir ve paslanmaz çelik, alüminyum alaşımları ve değerli metaller (altın, platin) gibi malzemelerin bileşim tespiti için uygundur. Örneğin, mücevher endüstrisinde EDX-2T, numuneye zarar vermeden altın takıların (Au999, Au750 gibi) saflığını hızlı bir şekilde belirleyebilir; makine imalat sektöründe ise, paslanmaz çelikteki krom ve nikel içeriğini analiz ederek malzemenin korozyon direncinin tasarım gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını değerlendirebilir.

5.2 Kaplama Kalınlığı Ölçümü
The EDX-2AC, EDX-2ABC ve EDX-2T modelleri, kaplama kalınlığı ölçüm fonksiyonuna sahiptir. Kaplama ile altlık malzemesi arasındaki karakteristik X ışınlarının yoğunluk farkını tespit ederek kaplama kalınlığının mutlak değerini hesaplarlar. Örneğin, elektronik konnektör üretiminde, bakır altlık yüzeyindeki nikel kaplamanın kalınlığı (örneğin 5 μm, 10 μm) tespit edilerek kaplamanın iletkenliği ve aşınma direnci belirlenebilir; otomobil parçaları üretiminde ise, parçaların pas direncini değerlendirmek için galvaniz tabakasının kalınlığı izlenebilir.

6. sonuçlar 
Elementlerin karakteristik X-ışınlarının algılanması prensibine dayanarak, LISUN EDX-2 Serisi Enerji Dağıtıcı X-ışını Spektrometreleri RoHS testi, alaşım analizi ve kaplama kalınlığı ölçümünün çok işlevli entegrasyonunu gerçekleştirir. Yüksek çözünürlük, hızlı tespit hızı ve geniş numune uyumluluğu özellikleri, onları endüstriyel kalite kontrolü için önemli ekipmanlar haline getirir. Parametre karşılaştırmasına göre, farklı ekipman modelleri farklı senaryoların ihtiyaçlarını karşılayabilir. EDX-2A temel RoHS taraması için uygundur, EDX-2ABC, çok senaryolu kapsamlı testler için uygundur ve EDX-2T, hafif element analizinde avantajlara sahiptir. İşletmeler, kendi ihtiyaçlarına göre uygun modeli seçebilirler.