Spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie : principe, performances et application aux tests RoHS

Abstract
Cet article se concentre sur la LISUN Spectromètres à rayons X à dispersion d'énergie de la série EDX-2, en exposant systématiquement leur principe de détection basé sur les rayons X caractéristiques des éléments, en analysant les différences de performance des équipements par la comparaison de paramètres de modèles spécifiques et en utilisant les tests RoHS comme scénario d'application principal pour illustrer leur valeur pratique dans le dépistage de substances dangereuses dans les produits électriques et électroniques. Les recherches démontrent que, grâce aux avantages de la haute résolution, de l'adaptabilité multi-scénarios et du fonctionnement automatique, cette série de spectromètres à rayons X peut réaliser des analyses élémentaires avec une plage de teneurs allant de 2 ppm à 99.99 %, répondant à des besoins variés tels que les tests RoHS, la détection de la composition des alliages et la mesure de l'épaisseur des revêtements, et offrant un support technique fiable pour le contrôle qualité industriel.

1. Introduction
Avec le développement mondial de l'industrie électrique et électronique, les exigences en matière de sécurité des matériaux et de conformité environnementale des produits sont devenues de plus en plus strictes. Par exemple, la directive européenne RoHS restreint l'utilisation d'éléments dangereux tels que le plomb, le mercure et le cadmium, ce qui a favorisé l'innovation de technologies de détection élémentaire performantes. Équipement de contrôle non destructif, le spectromètre à rayons X est devenu un outil essentiel pour l'analyse élémentaire dans le secteur industriel grâce à ses avantages : absence de prétraitement des échantillons, rapidité de détection et grande précision. Les spectromètres à rayons X à dispersion d'énergie de la série EDX-2 ont été développés par LISUN Couverture de groupe de plusieurs modèles, y compris EDX-2A, EDX-2AC et EDX-2AB. Ils intègrent trois fonctions : tests RoHS, analyse des alliages et mesure de l'épaisseur des revêtements. Ils sont largement utilisés dans des domaines tels que les composants électroniques, les matériaux métalliques et les produits plastiques. Leurs principes techniques et leurs performances constituent une référence essentielle pour le contrôle qualité industriel.

Équipement de test EDX-2_Rohs

2. Principe de détection des spectromètres à rayons X de la série EDX-2
La logique de détection principale des spectromètres à rayons X à dispersion d'énergie de la série EDX-2 repose sur les différences de longueur d'onde et d'intensité des rayons X caractéristiques des éléments. Elle permet une détection qualitative et quantitative des éléments en trois étapes : « excitation – détection – analyse ». Le processus spécifique est le suivant :

2.1 Excitation des rayons X caractéristiques
L'équipement intègre un tube à rayons X. Sous une tension de 50 kV et un courant de 600 µA (paramètres réglables automatiquement), il émet des rayons X primaires de haute énergie vers l'échantillon à tester. Lorsque ces rayons pénètrent la surface de l'échantillon, ils interagissent avec les électrons de la couche interne des atomes, les expulsant de leur orbite et les plaçant dans un état excité instable.

2.2 Génération et détection de rayons X caractéristiques
Pour revenir à un état stable, les électrons de la couche externe de l'atome migrent vers l'orbite vide de la couche interne. Au cours de cette transition, une différence d'énergie est libérée et cette énergie est émise sous forme de rayons X d'une longueur d'onde spécifique, appelée « rayons X caractéristiques des éléments ». Chaque élément possède des numéros atomiques différents, et les niveaux d'énergie des orbites électroniques varient intrinsèquement. Par conséquent, les longueurs d'onde des rayons X caractéristiques émis sont également uniques ; c'est la raison d'être de l'équipement pour l'analyse élémentaire qualitative.

Par la suite, les rayons X caractéristiques sont reçus par le détecteur (le EDX-2A utilise un détecteur Si-pin et des modèles tels que le EDX-2AC utilise un détecteur SDD de plus haute précision. Le détecteur convertit le signal de rayons X en signal électrique, lequel est ensuite converti en données spectrales reconnaissables par le système de traitement du signal pour former un diagramme spectral élémentaire dont les coordonnées sont « longueur d'onde – intensité ».

2.3 Analyse quantitative du contenu élémentaire
Dans les mêmes conditions de détection, la teneur en un élément donné de l'échantillon est corrélée positivement à l'intensité de ses rayons X caractéristiques : plus la teneur est élevée, plus les transitions d'électrons sont nombreuses et plus l'intensité des rayons X caractéristiques émis est forte. En comparant l'intensité des raies spectrales élémentaires de l'échantillon à tester à celle d'un échantillon standard de concentration connue (tel que l'échantillon standard européen fourni avec la série EDX-2), et en corrigeant les facteurs d'influence tels que l'effet de matrice et l'interférence de fond grâce à des algorithmes logiciels, l'équipement calcule la teneur précise de chaque élément de l'échantillon à tester, réalisant ainsi une analyse quantitative. Sa plage d'analyse de teneur s'étend de 2 ppm à 99.99 %, répondant ainsi aux besoins de détection des éléments traces et majeurs.

3. Comparaison des paramètres du modèle et des performances des spectromètres à rayons X de la série EDX-2
Les spectromètres à rayons X de la série EDX-2 sont conçus en cinq modèles principaux pour différents scénarios d'application. La conception structurelle, le type de détecteur et l'efficacité de détection varient selon les modèles. La comparaison des paramètres spécifiques est présentée dans le tableau suivant :

La comparaison des paramètres montre que les différences de performances des spectromètres à rayons X de la série EDX-2 se reflètent principalement dans trois aspects : premièrement, l'adaptabilité à l'environnement sous vide. EDX-2AC, EDX-2ALes systèmes BC et EDX-2T prennent en charge les tests sous vide, ce qui permet de réduire l'absorption des rayons X caractéristiques des éléments légers (tels que le sodium et le magnésium) par l'air et d'élargir la gamme d'éléments pour l'analyse des alliages. Deuxièmement, la précision du détecteur. La résolution du détecteur SDD (tel que EDX-2AC) est de 129 eV, ce qui est supérieur à celui du détecteur Si-pin (149 eV). Il permet de distinguer plus précisément les raies spectrales élémentaires de longueurs d'onde adjacentes et de réduire les erreurs de détection. Troisièmement, l'intégration des fonctions. Le modèle de base EDX-2A prend uniquement en charge les tests RoHS, tandis que le EDX-2ABC et EDX-2T intègrent simultanément les fonctions d'analyse des alliages et de mesure de l'épaisseur des revêtements, s'adaptant ainsi à des scénarios industriels plus complexes.

4. Application des spectromètres à rayons X de la série EDX-2 aux tests RoHS
4.1 Exigences et normes de test de la directive RoHS
La directive RoHS est une norme de protection environnementale pour les produits électriques et électroniques, élaborée par l'UE. La version actuelle est la 2011/65/UE (RoHS 2.0). Par rapport à la version originale (2002/95/CE), son champ d'application a été étendu aux dispositifs médicaux et aux équipements de surveillance, et les fabricants sont tenus de conserver les documents techniques et les déclarations de conformité CE pendant au moins 10 ans. Cette directive limite la teneur en six substances dangereuses, avec des exigences spécifiques : mercure (Hg) ≤ 1 000 ppm, chrome hexavalent (CrVI) ≤ 1 000 ppm, cadmium (Cd) ≤ 100 ppm, plomb (Pb) ≤ 1 000 ppm, polybromobiphényles (PBB) ≤ 1 000 ppm, polybromodiphényléthers (PBDE) ≤ 1 000 ppm.
La norme chinoise correspondante, « Méthodes d'essai pour les substances toxiques et dangereuses dans les produits d'information électroniques » (SJ/T 11365-2006), désigne clairement la spectrométrie de fluorescence X (XRF) comme méthode de dépistage rapide des éléments dangereux RoHS. Les spectromètres à rayons X de la série EDX-2 sont développés selon cette méthode et répondent directement aux exigences de test de la norme.

4.2 Avantages de la série EDX-2 dans les tests RoHS
En tant qu'équipements de test RoHS professionnels, les spectromètres à rayons X de la série EDX-2 présentent des avantages significatifs en termes d'efficacité de détection, de commodité opérationnelle et de sécurité :
• Dépistage rapide sans prétraitement : Le temps de détection du EDX-2A est de 200 secondes, et les modèles à vide (tels que le EDX-2AC) Ne prend que 100 secondes. Aucun prétraitement, tel que la digestion et la dissolution, n'est nécessaire. Les échantillons solides, liquides et pulvérulents (boîtiers de composants électroniques, particules de plastique et pâte à souder, par exemple) peuvent être testés directement, ce qui raccourcit considérablement le cycle de détection.
• Haute résolution et précision : La résolution des modèles de détecteurs SDD (tels que le EDX-2AC) atteint 129 eV, ce qui permet d'identifier avec précision les rayons X caractéristiques d'éléments traces dangereux tels que le cadmium (Cd). Associé aux échantillons standard de l'UE et aux certificats d'étalonnage fournis, il garantit la conformité des résultats de détection aux normes internationales et évite les erreurs de jugement.
• Fonctionnement visuel et sécurité : L'équipement est équipé d'une caméra haute définition et d'un système d'éclairage intégré, permettant aux opérateurs de vérifier la position des échantillons en temps réel et d'éviter les erreurs de détection dues à un mauvais positionnement des échantillons. De plus, l'équipement est doté de fonctions de protection contre les surintensités et les courts-circuits, conformes aux normes de sécurité industrielle et réduisant les risques de dommages matériels.

4.3 Cas de test pratique
Une entreprise d'électronique devait effectuer un contrôle de conformité RoHS sur un lot de composants en plastique importés et a utilisé le EDX-2A Spectromètre à rayons X pour les tests :
• Préparation des échantillons : Les composants en plastique ont été coupés en petits morceaux de 5 cm × 5 cm et placés directement dans la chambre d'échantillon (taille 610 × 320 × 100 mm) sans autres traitements ;
• Réglage des paramètres : l'équipement règle automatiquement la tension du tube à 50 kV, le courant du tube à 600 uA et le temps de détection à 200 secondes ;
Résultats de détection : L'équipement a généré un diagramme spectral élémentaire, indiquant que la teneur en plomb (Pb) de l'échantillon était de 850 ppm et celle en cadmium (Cd) de 30 ppm, toutes deux inférieures aux limites RoHS. L'échantillon a donc été jugé conforme. Parallèlement, aucun autre élément dangereux, tel que le mercure et le chrome hexavalent, n'a été détecté dans les raies spectrales, et un rapport de test RoHS a finalement été établi.

Ce cas montre que les spectromètres à rayons X de la série EDX-2 peuvent rapidement effectuer le contrôle RoHS des composants électroniques, fournir une base de conformité pour les exportations de produits des entreprises vers l'UE et éviter les risques commerciaux causés par des substances dangereuses excessives.

5. Autres applications principales des spectromètres à rayons X de la série EDX-2
En plus des tests RoHS, les spectromètres à rayons X de la série EDX-2 intègrent également des fonctions d'analyse des alliages et de mesure de l'épaisseur des revêtements, élargissant ainsi les scénarios d'application de l'équipement :
5.1 Analyse des alliages
EDX-2AB, EDX-2ALes modèles BC et EDX-2T prennent en charge l'analyse des alliages. Parmi eux, l'EDX-2T peut détecter tous les éléments du tableau périodique, du 11-Na (sodium) à l'92-U (uranium), et est adapté à la détermination de la composition de matériaux tels que l'acier inoxydable, les alliages d'aluminium et les métaux précieux (or, platine). Par exemple, dans l'industrie de la bijouterie, l'EDX-2T permet de déterminer rapidement la pureté des bijoux en or (tels que Au999, Au750) sans endommager l'échantillon ; dans le secteur de la fabrication de machines, il permet d'analyser la teneur en chrome et en nickel de l'acier inoxydable afin de déterminer si la résistance à la corrosion du matériau répond aux exigences de conception.

5.2 Mesure de l'épaisseur du revêtement
EDX-2AC, EDX-2ALes modèles BC et EDX-2T permettent de mesurer l'épaisseur du revêtement. Ils calculent la valeur absolue de l'épaisseur du revêtement en détectant la différence d'intensité des rayons X caractéristiques entre le revêtement et le substrat. Par exemple, dans la production de connecteurs électroniques, l'épaisseur du revêtement de nickel à la surface du substrat en cuivre (par exemple, 5 μm ou 10 μm) peut être mesurée pour garantir la conductivité et la résistance à l'usure du revêtement ; dans la fabrication de pièces automobiles, l'épaisseur de la couche galvanisée peut être surveillée pour évaluer la résistance à la rouille des pièces.

6. Conclusions 
Basé sur le principe de détection des rayons X caractéristiques des éléments, le LISUN Spectromètres à rayons X à dispersion d'énergie de la série EDX-2 Ils permettent l'intégration multifonctionnelle des tests RoHS, de l'analyse des alliages et de la mesure de l'épaisseur des revêtements. Leurs caractéristiques de haute résolution, de vitesse de détection élevée et de grande adaptabilité aux échantillons en font des équipements essentiels pour le contrôle qualité industriel. Grâce à la comparaison des paramètres, différents modèles d'équipements peuvent répondre aux besoins de différents scénarios. EDX-2A est adapté au dépistage RoHS de base, le EDX-2ALe BC est adapté aux tests complets multi-scénarios, et l'EDX-2T présente des avantages pour l'analyse des éléments légers. Les entreprises peuvent choisir le modèle adapté à leurs besoins.