XRF①设备在现代绿色电子产业中的应用

作者：李平  

摘要:迄X射线被发现以来，经人类的研究和利用，已有一百多年的历史。随着科学和技术的不断进步和生产力的不断提高， X射线在各个领域中应用也越来越为广泛，其中一部分就与我们的生活息息相关。本文所阐述的主旨，着眼于在地球环境日益恶化和世界各国对污染物质的监管日益注重的今天,怎样利用X射线来对检测样品中的有害元素含量进行测量,进而采取管控措施,使之满足相关法律法规对产品的要求。那样产品既实现了绿色环保，企业又提高了竞争能力，以达到双赢的目的。

关键词：XRF；绿色电子产业；应用

前    言  

X射线是由的物理学家伦琴教授于1895年发现的，通常是物质在发生微观变化时，发射出的一种看不见的光。X射线和紫外线、红外线一样，同属于电磁波的一种。可见光线的波长在10-6 米左右，X射线的波长比其更短，波长大约在10-8 米～10-12 米之间。   随着我国经济日益融入世界经济，我国经济的“绿色化”进程进一步加快。从某种意义上说，WTO是以可持续发展为导向的经济形态。可持续发展是针对工业化造成的人与自然关系的严重失衡提出来的崭新发展观。WTO准则强调经济发展与资源合理开发和环境有效保护的协调，所以，有人把WTO之下的经济和贸易称之为“绿色经济”和“绿色贸易”。而绿色经济和绿色贸易必将促使各国把环境问题与经济问题挂钩，加强环境资源立法，把经济建立在可持续发展的基础上。

目前，在世界市场上，绿色产品走俏，绿色战略盛行，绿色革命方兴未艾。据调查，84%的荷兰人、90%的德国人、89%的美国人在购物时会考虑消费品的环保标准，85%的瑞典人愿为环境清洁支付较高的价格，80%的加拿大人愿付出多于10%的钱购买对环境有利的产品，77%的日本人只挑选和购买有环保标志的产品。据美国*称，目前环保产品和服务的市场规模已达5000亿美元。目前，美国、日本和欧洲占据了环保市场85%的份额。随着新兴绿色产业的不断进步，环保产业的发展将快速增长，而亚洲将是增长zui快的地区。

近年来，利用XRF在绿色环保生产领域来控管有害元素的手段已趋于成熟，下面将会具体介绍一些X射线在绿色生产及环保中的应用。

*章      X射线在各行业的广泛应用  X射线在军事、医疗卫生、科学及工农业各方面有着广泛的应用。如： （1）应用医学诊断          因为X射线的波长很短，因此穿透本领很强。X光能穿过肌肉，但不能穿过骨头。在医学上可以用作人体的透视，检查体内的病变和骨骼情况。  （2）窥探物质结构  透视复杂物体的内部结构 ，产生组件缺陷位置的影像。X线影像形成的基本原理，是由于X线的特性和零件的致密度与厚度之差异所致。无损探伤X–射线在工业上用作零件探伤，检查金属部件有没有砂眼、裂纹等缺陷。  （3）除这些之外还有，墙壁厚度测量，测量尺寸的复杂变化 ，测量密度变化。

随着科技的进步，我们的生产和生活领域中出现了越来越多的电子产品。而在生产这些电子产品时可能就会造成有限资源的浪费，绿色环境的污染和地球大气的改变。  对于一些工业行业来说，有一个适合作业的绿色无害的环境非常重要，但是工业制造中往往会有一些粉尘污染，就可使用X射线衍射仪来对作业环境中的粉尘浓度进行测量管控。  在印制线路板行业里，PCB（印制线路板）制程中电镀，蒸镀，离子镀会使用到大量的贵重金属，如用XRF进行规格控管，可以选择微小面积以进行微小面积金属镀层厚度的测量，避免了直接接触或破坏被测物。不仅可以随时控制产品质量，并同时达到zui大限度的节约资源和能源的绿色环保要求。

在半导体器件行业中，X射线图象增强器系统现已广泛应用于工业X射线实时检测。尤其对于批量大，检验效率高的零部件是一种非常实用有效的检测方法。它具有动态观察、形态真实、检测效率高的特点。并可采用计算机图象处理装置对射线图象进行处理，使检验灵敏度进一步提高。X射线线阵扫描成像系统是20世纪80年代开发的新的无损检测成像技术。它以半导体技术、计算机数字成像技 术为基础，具有更高的扫描速度，更宽的动态范围和更小的象素尺寸，并具在无损检测的应用领域得到广泛应用。所以XRF在半导体行业中短时的检测出不良品，并且无损的优势可以做到节约大量资源。

第二章      现代电子产业的绿色要求  

电子产业在制造中会使用到一些有毒有害的物质，导致严重的环境污染。为了保护我们绿色的家园，就必须对有毒有害物质进行控制和管理，各个国家及地区也相继出台了各种法律法规对电子信息产品中的有毒有害物质进行管控。  2006年7月欧盟实施的RoHS指令（在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令）适用于投放入欧盟市场的使用规定电压不超过交流1000伏、直流1500伏的电气电子设备。RoHS指令中产品的覆盖范围：大型家用电气产品、小型家用电气产品、IT以及远程通讯机器、民生用机器、照明装置、电动工具（不包括安装型大型产业用工具）、玩具、休闲以及运动器具、医疗用设备（不包括所有的移植产品以及受感染的产品）、监视以及控制机器（豁免）。RoHS指令中所控制的有害物质：铅（Pb  0.1%wt）、汞（Hg  0.1%wt）、镉（Cd  0.01%wt）、铬（Cr6+    0.01%wt）、多溴联苯（PBBs  0.1%wt）、多溴联苯醚（PBDEs  0.1%wt）。  2007年3月中国实施的“电子信息产品污染控制管理办法”适用于在中华人民共和国境内生产、销售、进口的电子信息产品。“电子信息产品污染控制管理办法” 中产品的覆盖范围：电子雷达产品、电子通信产品、广播电视产品、计算机产品、家用电子产品、电子测量仪器产品、电子产品、电子应用产品。“电子信息产品污染控制管理办法” 中所控制的有害物质：铅（Pb  0.1%wt）、汞（Hg  0.1%wt）、镉（Cd  0.01%wt）、铬（Cr6+   0.01%wt）、多溴联苯（PBBs  0.1%wt）、多溴联苯醚（PBDEs  0.1%wt）。

  术为基础，具有更高的扫描速度，更宽的动态范围和更小的象素尺寸，并具在无损检测的应用领域得到广泛应用。所以XRF在半导体行业中短时的检测出不良品，并且无损的优势可以做到节约大量资源。            第二章      现代电子产业的绿色要求  电子产业在制造中会使用到一些有毒有害的物质，导致严重的环境污染。为了保护我们绿色的家园，就必须对有毒有害物质进行控制和管理，各个国家及地区也相继出台了各种法律法规对电子信息产品中的有毒有害物质进行管控。  2006年7月欧盟实施的RoHS指令（在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令）适用于投放入欧盟市场的使用规定电压不超过交流1000伏、直流1500伏的电气电子设备。RoHS指令中产品的覆盖范围：大型家用电气产品、小型家用电气产品、IT以及远程通讯机器、民生用机器、照明装置、电动工具（不包括安装型大型产业用工具）、玩具、休闲以及运动器具、医疗用设备（不包括所有的移植产品以及受感染的产品）、监视以及控制机器（豁免）。RoHS指令中所控制的有害物质：铅（Pb  0.1%wt）、汞（Hg  0.1%wt）、镉（Cd  0.01%wt）、铬（Cr6+    0.01%wt）、多溴联苯（PBBs  0.1%wt）、多溴联苯醚（PBDEs  0.1%wt）。  2007年3月中国实施的“电子信息产品污染控制管理办法”适用于在中华人民共和国境内生产、销售、进口的电子信息产品。“电子信息产品污染控制管理办法” 中产品的覆盖范围：电子雷达产品、电子通信产品、广播电视产品、计算机产品、家用电子产品、电子测量仪器产品、电子产品、电子应用产品。“电子信息产品污染控制管理办法” 中所控制的有害物质：铅（Pb  0.1%wt）、汞（Hg  0.1%wt）、镉（Cd  0.01%wt）、铬（Cr6+   0.01%wt）、多溴联苯（PBBs  0.1%wt）、多溴联苯醚（PBDEs  0.1%wt）。  2008年1月挪威实施的PoHS禁令——《消费性产品中禁用特定有害物质》适用于投放入挪威市场的几乎所有消费品(只有少数例外)。PoHS禁令中产品的覆盖范围除电子电气类消费品外，还包括衣服、箱包、建筑、玩具等。但是该规定不适用于食品、食品包装、化肥、医疗设备和香烟，以及运输工具、运输工具上的固定装置、轮胎和类似运输工具配件。PoHS禁令建议限制18种物质，其中只有2种(铅和镉)为欧盟RoHS指令所包含的，另还有规定了16种物质禁止使用。其中  受限物质就包括: As（砷及其化合物 ）、Pb（铅及其化合物 ）、Cd（镉及其化合物 ）。

2004年10月中国实施的国家强制性标准GB 6675-2003《国家玩具安全技术规范》中产品的覆盖范围：毛绒、布制玩具，儿童自行车，塑料玩具，儿童用品，发条玩具，纸（板）类玩具，化学玩具，木制玩具，电动－电子玩具，陶瓷玩具，油画棒、水彩笔、橡皮泥，玩偶及其服装，智力玩具、智力乐器。其检测项目就有可溶性重金属含量测试（铅Pb、镉Cd、铬Cr、砷As、钡Ba、汞Hg、硒Se、锑Sb等）。  《欧洲玩具指令》（88／378／EC）对玩具的化学安全性进行了规定。基本的化学安全性包括：玩具中含67／548／EEC指令所称的危险物质或配置品的含量不得影响到使用玩具的儿童的健康。EN71测试项目包含可溶性八项重金属（铅Pb、砷As、锑Sb、钡Ba、镉Cd、铬Cr、汞Hg、硒Se）。

2001年5月91个国家政府签署的《关于持久性有机污染物（POPS）控制斯德哥尔摩公约》中所列的12种持久性污染物（POP）几乎全部是含卤化合物。  EN61249-2-21标准中规定PCB板基材中的溴不超过900PPM，氯不超过900PPM，溴和氯的总量不超过1500PPM。

第三章       EDXRF② 与其它测量方法的对比  

从以上内容不难看出，各个国家和地区越来越重视我们所生存的环境是否绿色清洁，资源是否循环利用，发展是否持续均衡。zui有影响力的环保组织---绿色和平致力于以实际行动推动积极的改变，保护地球环境与世界和平。大势所趋，电工协会和中华人民共和国*相继出台一系列的测试标准来对各有害物质进行控制和检测。  电工协会出台了IEC 62321和中华人民共和国*出台的SJ/T 11365中明确规定了对各有害物质的测量方法，如：ICP③ -AES/OES、ICP-MS、AAS、CVAAS、HPLC、AFS等测量方法。各种针对有毒有害物质的分析方法也有了长足的进步，有时样品甚至可以在不做前处理，无损的情况下就可以直接进行测试，例如EDXRF。IEC 62321和SJ/T 11365其中就有利用X射线的XRF设备来对电子电气设备及电子信息产品中的有害元素进行管控的具体方法和要求。

当同一样品分别用定量方法ICP-OES和前期筛选半定量方法EDXRF分别测量时，结果会有何不同呢?从以下精工盈司的ICP-OES和精工盈司的EDXRF的测量数据的比对就很容易看出明显的答案了。  

3.1      塑料样品      

 塑料、橡胶此类材质的有机高分子合成材料广泛应用于电子信息各行业， 例如：各种电子电器设备的外壳，线路板材，电线电缆的绝缘外皮等等。

第四章      EDXRF的优势  

由以上数据可见，如果待测样品为均一材质，EDXRF与ICP或其它的定量方法所得结果并无大的差异。对于非均一材质（有镀层）的情况，若ICP先期也未做过样品的均一处理，其结果的可信度也要大打折扣。ICP相对于EDXRF来说，耗时长，需复杂的样品前处理，另外还需要操作人员具有一定的化学基础，无法适应大部分生产企业日益缩短的制造周期。在这种情况下，EDXRF有快速便捷的测量方法能够在短时间内完成测量，可以满足生产企业的需要。精工盈司的EDXRF仪器就能够轻松完成RoHS、卤素、玩具等指令中所要求的各元素的管控，并可以在以后出现新的元素控管法律法规时，及时地增加相应的测量条件与其对应，使此设备可以长期的活跃在元素分析行业的前列。再加上其有强大软件运算功能的EDXRF仪器，即使是非均一材质（有镀层）的样品，通过软件设置的特定条件，也可对镀层中的重金属元素进行检测和管控。

总     结    

对于现代电子产业的绿色要求来讲，X射线在各个领域都发挥了令人不容小觑的作用。  当今环境问题已令世人注目，其中化学物质污染zui为严峻。解决环境问题的根本和源头还是要从科学和技术自身做起。因此绿色科技、绿色化学应运而生。与大规模的化学工业相比，分析过程所带来的环境问题虽然很小，但有毒试剂和化学废液的直接排放也是不可忽视的污染源。  发展绿色分析化学主要集中在减少和取消有害物质的使用和产生上，可以通过以下途径来进行：1.减少有害物质的使用和产生；2.取消有害物质的使用和产生（如采用物理测试技术,如X 射线荧光法能够原位采样和收集数据,从样品收集,准备,到分析测试的各个阶段,不需要任何溶剂,几乎没有使用和产生有害物质）因此作为化学工作者，研究发展无污染的(或称“绿色”的)分析技术和实现“*”的分析流程是义不容辞的责任，也是未来分析技术与方法的重要研究方向。

笔者认为在制定物料分析方案时尽可能无污染的“绿色”分析技术 (如EDXRF等技术)，再配合其它方法。这对于满足电子产业的绿色要求及其对绿色环境的友好尤其重要。  所以XRF作为一种重要的测量途径，不失为一种节省时间，节省财力，节省物力、节省人力且不产生二次污染的管控手法。用EDXRF设备检测过后制造出的产品已经深入到百姓生活中，对日益高涨的绿色环保理念的实行起到了的推动和示范作用。  利用EDXRF设备控制产品质量已经在当今电子产品制造企业中已经成为*的一种检测环节，用绿色环保的方法使电子产品更加环保，降低对大自然的污染，使我们的生活更加美好。