Röntgenfluoreszenzanalyse Steckverbinder zerstörungsfrei untersuchen

Mit einer Röntgenfluoreszenzanalyse lassen sich Steckverbinder zerstörungsfrei analysieren.
Mit einer Röntgenfluoreszenzanalyse lassen sich Steckverbinder zerstörungsfrei analysieren.

Mit der Entdeckung der Röntgenstrahlung entwickelten sich zahlreiche neue Messverfahren, welche die Bandbreite an Analysemöglichkeiten signifikant erhöhten. Die Röntgenfluoreszenzanalyse beispielsweise eignet sich besonders dafür, Steckverbinder effizient und zerstörungsfrei zu untersuchen.

Mit der Entdeckung der Röntgenstrahlung Ende des 19. Jahrhunderts durch Wilhelm Conrad Röntgen erweiterte die moderne Wissenschaft ihren Kenntnisstand über das elektromagnetische Strahlungsspektrum im kurzwelligen Bereich [1].Die Wellenlängen der Röntgenstrahlen sind drei bis sechs Größenordnungen kleiner als die des sichtbaren Lichts. Darauf basierend wurden zahlreiche Messverfahren entwickelt.

Hierzu gehören unter anderem die Röntgendiffraktometrie (X-Ray Diffraction, XRD), eine Methode bei der Röntgenstrahlen am Kristallgitter der Proben gebeugt werden, um beispielsweise Informationen über die kristallografischen Eigenschaften von Festkörpern zu erhalten [2].

Die Möglichkeit einer entsprechenden Charakterisierung ist aufgrund von kleinen Wellenlängen im Bereich von 0,01 nm bis 10 nm gegeben, da diese den Größenordnungen der Gitterkonstanten also den Abständen von Atomen entsprechen. Mithilfe der sogenannten Röntgenfotoelektronenspektroskopie (X-Ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) lassen sich aufgrund der aus den kernnahen Bindungszuständen eines Atoms erzeugten Fotoelektronen Aussagen über die elementare Zusammensetzung eines Materials sowie über die chemischen Bindungsverhältnisse treffen [3].

Die Röntgenmikroskopie (X-Ray Microscopy, XRM) ermöglicht die Aufnahme von ultrahochauflösenden Bildern, die sich im Vergleich zur konventionellen Lichtmikroskopie unter anderem durch einen zusätzlichen Materialkontrast sowie ein größeres Auflösungsvermögen auszeichnen [4].

Viele der oben genannten Analysemethoden haben den Nachteil, dass sie gewisse Anforderungen sowohl an die Beschaffenheit der Proben, beispielsweise glatte, ebene Oberfläche, als auch die Messumgebung stellen, wie unter anderem Ultrahochvakuum. Zudem ist der Probendurchsatz aufgrund der meistens komplexen Handhabung sowie der langen Messzeiten oft limitiert, sodass eine Anwendung im Dienstleistungssegment oder im industriellen Maßstab nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA oder englisch XRF) dagegen zeichnet sich durch einfache Bedienbarkeit aus, sodass häufig ohne aufwendige Probenpräparation und mit einer hohen Wiederholpräzision die qualitative sowie quantitative Elementanalyse einer Probe möglich ist [5]. Zudem lassen sich die Schichtdicken von dünnen Lagen innerhalb von Mehrschichtsystemen bis in den Nanometerbereich zuverlässig bestimmen, weswegen die RFA in zahlreichen Applikationen sowohl im Forschungsbereich als auch in der Industrie eingesetzt wird. So finden sich zum Beispiel in der Fotovoltaik-, der Schmuck- sowie der Spielzeugindustrie zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten zur Qualitätskontrolle [6, 7, 8]. Im medizinischen Forschungsbereich sowie in Bezug auf biologische Materialien dient die RFA unter anderem der Spurenanalyse [9, 10].

Als einer der führenden Anbieter von Dienstleistungen rund um elektronische Komponenten bietet HTV die Röntgenfluoreszenzmethode als eine von verschiedenen Analyseverfahren an. Beispiele für Analysen sind: 

  • Bestimmung der Zusammensetzung (unter anderem Bleifreiheit) und Beschichtungsstärken auf Lötkontakten elektronischer Bauteile und Leiterplatten sowie von mechanischen Komponenten oder Halbzeugen,
  • Screening von Proben im Hinblick auf die gemäß der RoHS-Richtlinie 2011/65/EU restringierten Substanzen,
  • Identifizierung beziehungsweise Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von anorganischen Materialien wie die Zusammensetzung von Legierungen und
  • Lötzinnanalyse.