EDX 分析是什麼？EDS 原理、偵測極限、讀譜步驟，與什麼時候改用 FTIR

EDX（EDS）只告訴您「有哪些元素」，例行偵測極限約 0.1 wt%（1000 ppm）^[3]，可測範圍約從 Be 到 U^[2]；要知道是什麼化合物用 FTIR，要量離子殘留用離子層析。含量低於 0.1 wt% 的元素譜上可能看不到，「沒看到」不等於「沒有」。

EDX（又稱 EDS、能譜分析；大陸常稱「能譜儀」或「X 射線能譜分析」，英文 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）是裝在掃描式電子顯微鏡（SEM）上的元素分析方法：用電子束打樣品，量測樣品放出的「特徵 X 光」能量，判斷含有哪些元素、各約佔多少。 EDS 與 EDX 指的是同一種技術，名稱只是縮寫習慣不同（JEOL USA，〈A Quick Guide to EDS Elemental Analysis〉）。

它回答「有哪些元素」，不回答「是什麼化合物」。要知道殘留物是助焊劑、油污還是塑膠，要看化學鍵的 FTIR；要知道離子有多少，要用離子層析（IC）。下面依序整理：原理、能測與不能測、讀譜、換算算例、FTIR 怎麼搭、SMT 失效分析流程、送樣要準備什麼。

一、EDX／EDS 原理：特徵 X 光

1. 電子束打到樣品，原子內層電子被打出，外層電子補位時放出 X 光；每個元素放出的 X 光能量固定，稱為「特徵 X 光」（SERC Carleton，〈Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS)〉）。
2. 偵測器把每個 X 光的能量轉成大小成正比的電壓，軟體依能量分到能譜上：橫軸是能量（keV），縱軸是計數（同上）。
3. 點分析在幾微米的點上，幾秒就能拿到完整能譜；也能掃一塊區域畫出元素分布圖（Mapping）（同上）。傳統 Si(Li) 偵測器要用液態氮冷卻；新型矽漂移偵測器（SDD）計數率較高、不必液態氮^[1]。
4. 新型的矽漂移偵測器（SDD）可承受較高計數率，不需要液態氮冷卻（同上）。
5. 樣品要放進 SEM 的真空腔，腔體大小有限，組好的 PCBA 常要先切小（原文來源 4：電子組裝殘留物分析實驗室白皮書）。

EDX、EDS、WDS 的差別： EDX 與 EDS 是同一件事。WDS（波長散射）也是量特徵 X 光，但能量解析度約 3–30 eV，EDS 約 50–250 eV；WDS 偵測微量元素可到約 100 ppm（0.01 wt%）以下，EDS 例行分析約 1000 ppm（0.1 wt%）（Oxford Instruments，〈Difference between EDS and WDS〉）。

二、能測什麼、不能測什麼（偵測極限）

重點整理：

• 分析深度不是只有表面：依電子束能量可到數微米；同一份大學電鏡中心簡報列出作用體積，輕元素約 1–5 µm³、重元素約 0.2–1 µm³^[10]。表面幾奈米的氧化層或薄膜，EDX 常看不出來。
• 含量低於約 0.1 wt% 的元素，譜上可能看不到峰，被背景蓋過（SERC Carleton；Oxford Instruments）。「沒看到」不等於「沒有」。
• 「正規化成 100%」的意思： 沒測到的元素（例如 H）不會算進去，其他元素的百分比會被放大。報告上加總剛好 100% 不代表準確（JEOL USA）。
• C、O 的數字要特別小心： 輕元素 X 光少、容易被樣品吸收（Oxford Instruments），碳膠帶、碳鍍膜也會帶進碳訊號。

三、樣品準備

1. 乾淨、平整、均勻： 理想樣品是乾淨、拋光平整、在電子束作用體積內均勻（JEOL USA）；原文來源 2 也寫平整、均勻、導電、不多孔。
2. 導電： 不導電的樣品會帶電，影像漂移。高真空定量分析可加碳鍍膜（JEOL USA）；若要看碳就不要鍍碳，跟實驗室討論改用低真空模式或其他鍍膜。
3. 固定： 用 SEM 用導電碳膠帶固定，減少充電效應（嘉鴻商品頁：NEM 導電性雙面膠帶）。
4. 切樣： PCBA 要切小才放得進腔體；切割時避免冷卻液、手套碰到要分析的區域。
5. 鍍膜會出現在譜上： 原文的接觸刷例子中，Au 來自為了防帶電而濺鍍的膜（原文來源 4）。

四、能譜怎麼讀：5 個步驟

1. 先確認打的是哪裡： 點、線、還是一塊區域？有沒有對照點？
2. 先排除不是樣品的元素： 鍍膜（Au、C）、碳膠帶（C）、偵測器或腔體（原文例子中 Al 來自偵測器）（原文來源 4）。
3. 一個元素可能有好幾根峰： 例如 Fe 有明顯的 Kα 與 Kβ（SERC Carleton）。不要把同一元素的第二根峰當成另一個元素。
4. 注意峰重疊： Mn Kα 與 Cr Kβ、Ti Kα 與 Ba 的 L 線很接近；可以用軟體分峰（Deconvolution），或依樣品背景判斷哪個元素較合理（SERC Carleton）。
5. 確認是哪一種定量： 有標準品、無標準品、還是只看峰有沒有？報告寫的是 wt% 還是 at%？

五、wt% 與 at% 怎麼換算（假設數據算例）

報告常同時給重量百分比（wt%）與原子百分比（at%）。換算公式（通則，以各元素原子量 A 計算）：

at%ᵢ = (wt%ᵢ ÷ Aᵢ) ÷ Σ(wt%ⱼ ÷ Aⱼ) × 100

假設數據：在焊點旁白色殘留上打一點，無標準品定量結果為 C 30 wt%、O 20 wt%、Sn 45 wt%、Cl 5 wt%。

怎麼解讀這組假設數據：

• 以 wt% 看 Sn 佔 45%，以 at% 看只有 8.9%：重元素在 wt% 上看起來比較多。
• 這是無標準品定量，主成分誤差可能到 10–15%（原文來源 2），C、O 又是輕元素，數字只能當「相對比較」。
• 看到 Cl 只說明「有含 Cl 的東西」，不能推出是 NaCl、氯化錫還是助焊劑活化劑；也不能代表離子殘留量。要量離子，用離子層析（見第七節）。
• 若同一片板子的對照點（無異常處）也有類似比例，這個 Cl 就不一定跟失效有關。

六、什麼時候改用 FTIR

出處：EDX 欄依 SERC Carleton、JEOL USA；FTIR 欄依原文來源 3（材料分析實驗室 FTIR 技術說明，2022 年版）與來源 4。

改用 FTIR 的情境： 白色或黏稠殘留、疑似油污、膠、塑膠碎屑、離型劑。FTIR 可比對大型資料庫（原文來源 4）。但 PCB 上採樣常同時帶到防焊、基材或金屬，譜圖是混合結果；能判斷「是助焊劑」，但不能定量（原文來源 5）。

要量離子殘留時： 用離子層析，例如 IPC-TM-650 2.3.28（Ionic Analysis of Circuit Boards, Ion Chromatography Method），可量 Cl⁻、Br⁻ 與弱有機酸等（IPC 官網 ipc.org 測試方法 2.3.28；Thermo Fisher Application Note 1163）。同系列的 IPC-TM-650 2.3.28.2（Bare Printed Board Cleanliness by Ion Chromatography，2009 年 12 月）是裸板版本：以 10% 異丙醇／90% 去離子水、約 0.5 mL/cm² 板面積，在 80 ± 2 °C 水浴萃取 1 小時，陰離子至少量氟、氯、溴、硝酸根、硫酸根、磷酸根、己二酸、琥珀酸等，陽離子量鈉、鉀、銨、鈣、鎂、鋰^[11]。組裝板（PCBA）請依委託實驗室採用的方法版本。

七、SMT 失效分析流程（假設案例）

順序原則：先問要回答什麼 → 先做不破壞的 → 同一區域 SEM/EDX 排在後面。SEM/EDX 要切、鍍膜或刮，是破壞性的步驟，要排在同一區域的後段做（原文來源 5）。

案例 A（假設）：ENIG 焊墊拒焊、焊墊發黑（俗稱黑墊，Black Pad）

1. 外觀與光學顯微鏡：拍照，標出不良與良品位置。
2. 剝除或拉脫後，以 SEM 看鎳層表面形貌；截面（Cross-section）後用 EDS 看 Ni、P、Au、Cu、O 分布。
3. 公開論文的做法：Circuit World 2013 年一篇研究以 SEM、EDS、XPS 分析三組黑墊板，結論包括鎳層嚴重腐蝕、金層多孔、金與 Ni-P 間出現富 Cu、O 的中間層（Ramanauskas et al., Circuit World 39(3), 2013）。IMAPS 2014 年一篇變色 ENIG 焊墊分析，則以 SEM/EDX 截面加上俄歇電子能譜（AES）縱深分析，在鎳、金層中測到 O 與 Cu（Marciniak et al., IMAPS 2014）。
4. 注意：表面幾奈米的氧化層，EDX 的分析深度（微米級）可能看不出來，要跟實驗室討論是否加做 AES 或 XPS。

案例 B（假設）：迴焊後焊點旁白色殘留，客戶擔心腐蝕或漏電

1. 先 FTIR（不破壞）：判斷是否為松香／助焊劑類。
2. 再離子層析：量 Cl⁻、Br⁻、弱有機酸（IPC-TM-650 2.3.28）。
3. 接著 SEM/EDX：看殘留下方有沒有腐蝕產物、含哪些金屬。原文的接觸刷例子中，EDX 沒有看到當時存在的水溶性助焊劑裡的氯與琥珀酸（原文來源 4），所以 EDX 沒看到 Cl 不代表沒有離子殘留。

案例 C（假設）：IQC 發現元件表面異物微粒（Particle）

1. 光學顯微鏡量尺寸：小於約 30–50 µm，FTIR 可能打不到（原文來源 3），直接 SEM/EDX。
2. EDX 看到 Fe、Cr、Ni：可能是不鏽鋼治具磨耗；看到 Si、O：可能是玻纖或矽系材料；看到主要是 C、O：多半是有機物，回頭做 FTIR。這些都是「方向」，要搭配現場比對（例如把可疑治具、膠帶也送樣）。

留對照、記條件： 同一片板取一處無異常的位置當對照；記下取樣位置、有沒有鍍膜、用哪一種方法，報告才能互相對照。

八、送樣要準備什麼（範本）

九、可以應用在哪些地方

• SMT 產線： 焊點旁殘留、錫珠、焊墊變色、拒焊。
• 來料檢驗 IQC： 元件腳鍍層成分異常、異物微粒、包材落屑。
• 無塵室： 收集到的微粒是金屬、矽系還是有機物，回推來源。
• 組裝測試： 接點腐蝕、連接器接觸不良的表面污染。

需要做成分分析時，可以透過聯絡嘉鴻找嘉鴻工程部協助安排；分析方法與判定，請以委託實驗室的方法與報告、以及元件製造商規格書（Datasheet）為準。

十、Q&A

Q1：edx分析 是什麼？
A：EDX 分析是用 SEM 的電子束激發樣品放出特徵 X 光，依 X 光能量判斷元素、估算含量的方法，可做點分析與元素分布圖（SERC Carleton；JEOL USA）。

Q2：edx是什麼？跟 EDS 一樣嗎？
A：一樣。EDS 與 EDX 都是 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy 的縮寫（JEOL USA 寫作「EDS or EDX」）。

Q3：eds原理 是什麼？
A：電子束打到樣品，各元素放出能量固定的特徵 X 光；偵測器把 X 光能量轉成成正比的電壓訊號，軟體排成能譜，依峰的位置判斷元素、依強度估算含量（SERC Carleton）。

Q4：EDX 偵測極限是多少？能測到碳、氫嗎？
A：例行分析約 0.1 wt%（Oxford Instruments），JEOL 寫 0.1–0.5 wt%。可測範圍約 Be 到 U，無窗偵測器可延伸到 Li，H 與 He 不在範圍（JEOL USA）。C 可以測，但輕元素訊號弱、易被吸收，且碳膠帶、碳鍍膜會干擾（Oxford Instruments；JEOL USA）。

Q5：EDX 定量準嗎？
A：主要成分有標準品約 1–2%，無標準品約 10–15%（原文來源 2：大學電鏡中心簡報經驗值）。無標準品時軟體會正規化成 100%（JEOL USA）。實際以委託實驗室的方法為準。

Q6：有機殘留或助焊劑要用 EDX 還是 FTIR？
A：FTIR。EDX 只給元素，且電子束會打穿薄的有機與離子殘留（原文來源 4）；FTIR 看化學鍵，可比對資料庫判斷化合物類別（原文來源 3、4）。要量離子，用離子層析 IPC-TM-650 2.3.28（ipc.org）。

參考資料

1. SERC Carleton College，〈Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS)〉：https://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/eds.html
2. JEOL USA，〈A Quick Guide to EDS Elemental Analysis〉：https://www.jeolusa.com/NEWS-EVENTS/Blog/a-quick-guide-to-eds-elemental-analysis
3. Oxford Instruments，〈Difference between EDS and WDS?〉：https://www.oxinst.com/blogs/difference-between-eds-and-wds-what-is-it-all-about
4. Globalsino，〈Sensitivity/Detection Limit of EDS〉：https://www.globalsino.com/EM/page4792.html
5. IPC-TM-650 2.3.28 系列（ipc.org 測試方法）：https://www.ipc.org/sites/default/files/test_methods_docs/2.3.28.2.pdf
6. Thermo Fisher，Application Note 1163（PCB 陰離子 IC 分析）：https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Application-Notes/AN-1163-IC-Anions-Printed-Circuit-Boards-AN72195-EN.pdf
7. Ramanauskas R. et al.，〈PCB failure analysis related to the ENIG black pad problem〉，Circuit World 39(3)，2013：https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/CW-05-2013-0013/full/html
8. Marciniak M. et al.，〈Failure Analysis of Discolored ENIG Pads in the Manufacturing Environment〉，IMAPS 2014：https://imapsource.org/api/v1/articles/57017-failure-analysis-of-discolored-enig-pads-in-the-manufacturing-environment.pdf
9. 原文來源 2–5（大學電子顯微鏡中心簡報 2019、材料分析實驗室 FTIR 技術說明 2022、殘留物分析實驗室白皮書、2008 年電子組裝雜誌專欄）：https://nuance.northwestern.edu/documents/techtalks/2019-05-15-sem-tt-eds.pdf ；https://www.eag.com/wp-content/uploads/2022/12/M-065122-FTIR_w.pdf ；https://www.smtnet.com/library/files/upload/Comparison+of+Test+Methods.pdf ；https://circuitsassembly.com/ca/news/372-magazine-articles/2008-articles/16191-electronics-residues-testing-methods.html ；https://circuitsassembly.com/ca/editorial/menu-features/372-magazine-articles/2008-articles/16325-electronics-residues-testing-methods-part-2.html（網址取自現行中文頁 HTML）
10. Northwestern University NUANCE，SEM Tech Talk: EDS（2019-05-15）（有標準品 1–2%、無標準品 10–15%；作用體積 1–5 µm³／0.2–1 µm³）：nuance.northwestern.edu
11. IPC-TM-650 2.3.28.2，Bare Printed Board Cleanliness by Ion Chromatography（2009/12）：electronics.org 測試方法 2.3.28.2

本文為公開資料整理，不是標準條文的轉述，也不是對特定實驗室或儀器的背書；分析方法與判定請以您委託的實驗室與元件製造商規格書為準，仍需視個案而定。