Forschung zur Anwendung der Röntgenfluoreszenzanalyse bei RoHS-Tests und Elementanalysen in verschiedenen Szenarien

Abstract:

Angesichts der stetig verschärften globalen Umweltauflagen erfordert der Export von Elektro- und Elektronikprodukten die Prüfung auf Gefahrstoffe, die Bestimmung der Legierungszusammensetzung und die Messung der Beschichtungsdicke. Röntgenfluoreszenzgerät hat sich aufgrund seiner Vorteile wie zerstörungsfreier Prüfung, schneller Messung und simultaner Mehrelementerkennung zu einem wichtigen Gerät für die industrielle Qualitätsprüfung entwickelt. LISUN In diesem Artikel wird anhand des energiedispersiven Röntgenfluoreszenzspektrometers EDX‑2A das Funktionsprinzip und die technischen Merkmale des Röntgenfluoreszenzgeräts beschrieben, seine praktische Anwendung bei RoHS-Konformitätsprüfungen und Elementzusammensetzungsanalysen analysiert und eine Referenz für die Geräteauswahl in der Elektronikfertigungs- und Materialprüfungsindustrie bereitgestellt.

Einführung:

Die EU-RoHS-Richtlinie legt verbindliche Beschränkungen für gefährliche Stoffe wie Blei, Cadmium und Quecksilber in Elektro- und Elektronikprodukten fest. Die nationale Norm SJ/T 11365-2006 spezifiziert die Röntgenfluoreszenzspektrometrie als schnelles Screening-Verfahren für gefährliche Stoffe. Herkömmliche chemische Nachweismethoden erfordern eine aufwendige Probenvorbereitung und lange Testzyklen, was den Anforderungen des Massenscreenings eingehender Materialien nicht genügt. Mithilfe der energiedispersiven Röntgenfluoreszenz-Technologie (EDXRF) kann das Röntgenfluoreszenzgerät feste, pulverförmige und flüssige Proben in kurzer Zeit ohne aufwendige Aufschlussverfahren analysieren. Es vereint mehrere Funktionen, darunter RoHS-Screening, Legierungselementanalyse und Schichtdickenmessung, und wird häufig zur Qualitätsprüfung von elektronischen Bauteilen, Kunststoffteilen und Metallwerkstoffen eingesetzt. Als Tisch-Röntgenfluoreszenzgerät LISUN Das energiedispersive Röntgenfluoreszenzspektrometer EDX‑2A integriert drei Arten von Testfunktionen in einem Gerät und eignet sich daher für die tägliche Qualitätskontrolle in Werkslaboren.

EDX-2A_RoHS-Testgeräte

1. Funktionsprinzip des Röntgenfluoreszenzgeräts

Das Kernprinzip der Röntgenfluoreszenzanalyse beruht auf dem Röntgenfluoreszenzeffekt. Die Röntgenröhre des Geräts emittiert primäre Röntgenstrahlen, die die zu untersuchende Probe bestrahlen. Dabei werden die inneren Elektronen der Atome in der Probe angeregt und verlassen ihre Elektronenschalen. Hochenergetische äußere Elektronen springen in die entstandenen Lücken in den inneren Elektronenschalen und emittieren charakteristische Röntgenfluoreszenzsignale, die für jedes Element einzigartig sind. Jedes Element besitzt charakteristische Röntgenstrahlung mit einer spezifischen Energie. Nachdem der Detektor die Fluoreszenzsignale erfasst hat, identifiziert die Software die in der Probe enthaltenen Elemente anhand der Signalenergie und berechnet deren Gehalt basierend auf der Fluoreszenzintensität, um eine qualitative und quantitative Analyse zu ermöglichen. Die energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse (EDX) unterscheidet die Photonenenergie direkt mittels des Detektors ohne dispersive Kristalle. Sie zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise und hohe Messgeschwindigkeit aus und eignet sich daher für schnelle industrielle Analysen.

LISUN Das EDX-2A ist ein Tisch-Röntgenfluoreszenzgerät ohne Vakuum, ausgestattet mit einem Si-PIN-Detektor. Seine maximale Röhrenspannung beträgt 50 kV, und der Analysebereich liegt zwischen 2 ppm und 99.99 %. Es kann feste, pulverförmige und flüssige Proben in einer Messzeit von ca. 200 Sekunden analysieren. Das Gerät wiegt 50 kg, und die Probenkammer hat die Abmessungen 610 × 320 × 100 mm und bietet somit Platz für relativ große Proben.

2 Hauptanwendungsszenarien des Röntgenfluoreszenzgeräts

2.1 RoHS-Gefahrstoffprüfung

Die RoHS 2.0-Richtlinie beschränkt die Verwendung von sechs gefährlichen Stoffen: Blei, Quecksilber, Cadmium, sechswertiges Chrom, polybromierte Biphenyle und polybromierte Diphenylether. Die Konformitätsprüfung von Kunststoffteilen und -komponenten elektrischer und elektronischer Produkte ist ein unerlässlicher Schritt für den Export dieser Produkte. LISUN Das Röntgenfluoreszenzanalysegerät EDX-2A ermöglicht die schnelle Bestimmung der Elemente Blei (Pb), Quecksilber (Hg), Cadmium (Cd), Chrom (Cr) und Brom (Br) und entspricht der Norm SJ/T 11365-2006 für Schnellanalysen. Das Gerät ist mit einer speziellen Analysesoftware ausgestattet, die nach der Analyse direkt RoHS-konforme Prüfberichte erstellt und so die Einhaltung der Grenzwerte überprüft. Im Vergleich zur ICP-OES entfallen die Probenaufschlussschritte, wodurch sich das Gerät ideal für die Vorprüfung großer Mengen eingehender Materialien eignet. Verdächtige, nicht konforme Proben können anschließend zur detaillierten Nachprüfung an chemische Labore weitergeleitet werden, was die Effizienz der Qualitätskontrolle deutlich steigert.

2.2 Elementanalyse und Schichtdickenmessung

Die verbesserten Modelle der gleichen Serie, darunter EDX-2AB, EDX-2ABC und EDX-2T, erweitern ihre Funktionen zur Legierungsanalyse und Schichtdickenmessung. Das Röntgenfluoreszenzgerät analysiert Elemente von Schwefel (S) bis Uran (U) und bestimmt die Zusammensetzung von Edelstahl, Edelmetallen und Kupferlegierungen. Die Schichtdickenmessung liefert Schichtdickenwerte im Mikrometerbereich anhand der Fluoreszenzintensitätsunterschiede der Elemente in verschiedenen Schichten und ermöglicht so die Qualitätsprüfung von galvanisierten Hardware- und Bauteilbeschichtungen. Die Vakuumversion EDX-2T verwendet einen SDD-Detektor mit einer verbesserten Auflösung von 129 eV und einer verkürzten Messzeit von 100 Sekunden. Sie analysiert ein breiteres Spektrum an Elementen von Natrium (Na) bis Uran (U) und erfüllt damit die Anforderungen an die Prüfung von Proben mit hohem Anteil an leichten Elementen, wie z. B. Erzen und Magnesium-Aluminium-Legierungen.

3 Vorteile der Instrumentenleistung

Das LISUN Das Röntgenfluoreszenzgerät EDX-2A verwendet importierte Kernkomponenten und ist mit einer hochauflösenden Kamera und Kammerbeleuchtung ausgestattet. Anwender können die Messpunkte der Proben direkt beobachten und so Messfehler durch Positionierungsabweichungen vermeiden. Das Gerät verfügt über einen Überstrom- und Kurzschlussschutz für hohe Betriebsstabilität. Es wird mit EU-Standardkalibrierproben und Kalibrierzertifikaten geliefert, um die Zuverlässigkeit der Messdaten zu gewährleisten. Die zugehörige Betriebssoftware ist hochgradig automatisiert. Nach einer kurzen Schulung können Anwender den gesamten Prozess – von der Probenprüfung über die Datenspeicherung bis hin zum Berichtsdruck – selbstständig durchführen, wodurch die Einstiegshürde im Laborbetrieb deutlich gesenkt wird. Als zerstörungsfreies Prüfverfahren beschädigt das Röntgenfluoreszenzgerät die Proben während der Messung nicht. Die Proben können nach der Prüfung wiederverwendet werden, was deutliche Vorteile für wertvolle Bauteile und Wareneingangsproben bietet.

4 Fazit

Als energiedispersives Röntgenfluoreszenzspektroskopisches Gerät, Röntgenfluoreszenzgerät Erfüllt die Anforderungen der schnellen Qualitätsprüfung in der modernen Fertigung. LISUN Das Modell EDX-2A basiert auf RoHS-Prüfverfahren. Weitere Modelle derselben Serie umfassen die Elementanalyse von Legierungen und die Messung der Schichtdicke. Dank seiner effizienten Prüftechnik, der einfachen Bedienung und der zuverlässigen Daten eignet es sich für die Wareneingangskontrolle von Rohmaterialien und die Konformitätsprüfung von Fertigprodukten in Laboren von Elektronikfabriken und Komponentenfertigungsbetrieben. Es ist zu beachten, dass das Röntgenfluoreszenzgerät zu den Screening-Instrumenten zählt. Bei Proben mit grenzwertigen Grenzwerten sind zur abschließenden Bestätigung chemische Analysemethoden erforderlich. Angesichts der ständigen Aktualisierung nationaler und internationaler Umweltvorschriften wird das multifunktionale, integrierte Röntgenfluoreszenzgerät künftig ein breiteres Anwendungsspektrum in der industriellen Materialqualitätskontrolle aufweisen.