CSTM團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度的測(cè)試方法俄歇電子能譜法》編制說(shuō)

明

（立項(xiàng)階段□征詢意見(jiàn)階段審定階段□報(bào)批階段□）

1、目的意義

鋁制多層復(fù)合釬焊板，用于空調(diào)、油冷器、水箱和工業(yè)空分散熱器等散熱器

部件，在航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。研究其氧化膜的組織機(jī)理及在加工過(guò)程

中釬焊復(fù)合層界面處的微觀組織演變的變化規(guī)律有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提升，有助于

提高產(chǎn)品市場(chǎng)占有率。

目前主流的元素價(jià)態(tài)測(cè)試方法是X射線光電子能譜（XPS）法。該方法受限

于空間分辨率低，只能得到樣品表面大面積分析區(qū)域的平均值，無(wú)法滿足樣品微

觀組織演變即微區(qū)分析（如不同壓痕區(qū)域）的要求。

俄歇電子能譜（AES）具有非常靈敏的表面性，是最常用的表面分析手段，

采用電子束作為激發(fā)源，具有很高的空間分辨率，最小可達(dá)到6nm，可以滿足樣

品表面微區(qū)分析的要求。俄歇電子能譜依據(jù)俄歇電子的能量來(lái)識(shí)別元素，利用俄

歇化學(xué)位移可以分析元素的化學(xué)價(jià)態(tài)和存在形式，相對(duì)于XPS測(cè)試方法，AES方

法更能滿足鋁制多層復(fù)合釬焊板其氧化膜的組織機(jī)理及在加工過(guò)程中釬焊復(fù)合

層界面處的微觀組織演變的變化規(guī)律的測(cè)試要求。

本標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法原理是在深度剖析過(guò)程中，利用俄歇電子能量的變化和線

形的變化對(duì)元素的化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行分析，測(cè)量和計(jì)算化合物元素相對(duì)靈敏度因子，

使用線性最小二乘法(LLS)對(duì)元素進(jìn)行化學(xué)狀態(tài)分峰擬合處理，擬合后進(jìn)行定量

分析，不同化學(xué)態(tài)譜峰交叉位置對(duì)應(yīng)的相對(duì)深度標(biāo)定為氧化膜的厚度。

2、預(yù)期的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益

本標(biāo)準(zhǔn)適用于準(zhǔn)確測(cè)定鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度的方法，其他金屬氧

化膜的測(cè)定可參照?qǐng)?zhí)行，本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為規(guī)范指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督提供

標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)支撐，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3、工作簡(jiǎn)況

本標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)來(lái)源是科學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會(huì)FC98/TC02，經(jīng)過(guò)近一年的

標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研和數(shù)據(jù)驗(yàn)證，本標(biāo)準(zhǔn)于2023年7月19日完成立項(xiàng)工作。

（1）下達(dá)計(jì)劃任務(wù)的完整名稱、項(xiàng)目計(jì)劃發(fā)布文件號(hào)、本項(xiàng)目的計(jì)劃代號(hào)；

CSTMLX9802012660-2023鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度的測(cè)試方法

俄歇電子能譜法

（2）主要承辦單位完整名稱、副主辦單位或協(xié)作單位完整名稱；

清華大學(xué)，大連大學(xué)，西安交通大學(xué)

（3）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的主要工作過(guò)程：

a）立項(xiàng)階段：

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，2023年3月21日線上立項(xiàng)

評(píng)審，2023年7月13號(hào)立項(xiàng)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)起草單位和工作組成員。

起草單位：清華大學(xué)，大連大學(xué)，西安交通大學(xué)

工作組成員：楊立平，段建霞，姚文清，王艦，高星星，陳玉。

4、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

參照GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》

的規(guī)定編寫，GB/T20001.4-2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的

規(guī)定起草；在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時(shí)，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力、科研科技

水平以及用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的

先進(jìn)性和合理性。

5、確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)利用俄歇電子能譜儀對(duì)樣品進(jìn)行深度剖析過(guò)程中，基于俄歇電子能量

和俄歇線形的變化分析元素的化學(xué)狀態(tài)，通過(guò)線性最小二乘法(LLS)進(jìn)行化學(xué)態(tài)

分峰擬合，用相對(duì)靈敏度因子進(jìn)行定量分析，從而獲得鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化

膜的厚度。

本標(biāo)準(zhǔn)樣品可以使用平整的鋁箔，剪裁成適合儀器分析的尺寸，按照儀器設(shè)

備操作要求放入儀器，按照儀器操作要求調(diào)節(jié)樣品臺(tái)，使樣品臺(tái)傾斜軸（Tilt）

與水平方向夾角為30°，確認(rèn)最佳分析位置，如圖1所示。調(diào)整電子槍電壓為10

kV，束流10nA，放大倍數(shù)200倍，轉(zhuǎn)動(dòng)樣品臺(tái)使樣品輥壓條紋呈現(xiàn)豎直方向，如

圖1所示。

圖1樣品200倍電子像

在鋁箔的表面存在微米級(jí)別的輥壓條紋，為了消除輥壓條紋對(duì)測(cè)試結(jié)果的影

響，分析區(qū)域盡量采集平整區(qū)域，將圖像放大倍數(shù)提高到500倍，選取50微米×

50微米的測(cè)試區(qū)域，如圖2所示。

圖2500倍電子像和測(cè)試區(qū)域

設(shè)定入射能量為10kV，對(duì)樣品采譜，得到積分譜，對(duì)積分譜9點(diǎn)SavGol平

滑，5點(diǎn)Derivat微分得到微分全譜和窄譜譜圖。圖3中AlKLL窄譜譜圖分析能量

范圍為1350eV至1420eV。

圖3AlKLL窄譜能量范圍

按照GB/T30702-2014中A.3.2.3的要求計(jì)算測(cè)量化合物得到的元素相對(duì)

靈敏度因子，見(jiàn)式（1）。

Iref

Eci（）

SSirefkey...........................................................1

XIikey

式中：

SEc

i指定化合物中元素i的元素相對(duì)靈敏度因子

Iref

i參考樣品中元素i的測(cè)量強(qiáng)度

Xref

i參考樣品中元素i的原子分?jǐn)?shù)

Ikey關(guān)鍵材料中的測(cè)量強(qiáng)度

關(guān)聯(lián)材料中的元素相對(duì)靈敏度因子

選擇Ag為參考物質(zhì)采集俄歇譜圖。選取電子槍發(fā)射電壓10kV、束流10

nA，相對(duì)靈敏度因子為0.364。利用式（1）計(jì)算鋁制復(fù)合釬焊板中金屬鋁（Al2）

和氧化鋁（Al4）的測(cè)量化合物得到的元素相對(duì)靈敏度因子。

為了降低表面污染對(duì)氧化膜厚度測(cè)量結(jié)果的影響，建議使用10kV電子槍入

射能量。

表1給出了入射能量為10kV，筒鏡型分析器（CMA）測(cè)得的鋁制復(fù)合釬

焊板中金屬鋁價(jià)態(tài)（Al2）和氧化鋁價(jià)態(tài)（Al4）的元素相對(duì)靈敏度因子計(jì)算值，

其他類型分析器按照式（1）計(jì)算。

表1金屬鋁價(jià)態(tài)（Al2）和氧化鋁價(jià)態(tài)（Al4）的元素相對(duì)靈敏度因子計(jì)算值

化合物價(jià)態(tài)名稱化合物元素相對(duì)靈敏度因子

金屬鋁Al20.082

氧化鋁Al40.078

深度剖析過(guò)程中，采集AlKLL窄譜，對(duì)積分窄譜9點(diǎn)SavGol平滑，5點(diǎn)Derivat

微分得到微分窄譜。用LSS法，對(duì)AlKLL進(jìn)行金屬鋁價(jià)態(tài)和氧化鋁價(jià)態(tài)的分峰擬

合，擬合后使用表1中計(jì)算得到的金屬鋁Al2和氧化鋁Al4的相對(duì)靈敏度因子

進(jìn)行定量分析，求出原子百分含量隨相對(duì)深度的剖析譜，譜圖中Al2.1st和

Al4.1st交叉的位置對(duì)應(yīng)相對(duì)深度就是氧化層的厚度，見(jiàn)圖4。

圖5氧化層厚度

不確定度評(píng)定：

本試驗(yàn)方法的不確定度主要分量包括測(cè)量重復(fù)性（含試樣均勻性）、標(biāo)準(zhǔn)物

質(zhì)以及儀器設(shè)備深度濺射速率校準(zhǔn)誤差對(duì)分析結(jié)果的影響，其它因素對(duì)分析結(jié)果

的影響在此忽略不計(jì)。

6、主要試驗(yàn)或驗(yàn)證結(jié)果

為了選擇合適的試驗(yàn)條件，本試驗(yàn)設(shè)定3種入射能量的參數(shù)，考察入射能量

對(duì)鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度測(cè)量穩(wěn)定性的影響。每種入射能量的樣品重復(fù)

測(cè)試5次，以膜厚的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD值為考察對(duì)象。

入射能量膜氧化膜厚度（nm）RSD

（kV）12345

104.404.424.314.544.540.10

54.854.545.234.564.450.32

34.484.734.274.684.690.19

7、與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)國(guó)際＼國(guó)外＼國(guó)家＼行業(yè)＼地方＼團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

主要參數(shù)對(duì)比表

GB/ZGB/TE984-12

標(biāo)準(zhǔn)號(hào)本標(biāo)準(zhǔn)GB/T25188-2010

32494-201636533-2018(Reapproved2020)

用俄歇電子能譜法

鑒別化學(xué)效應(yīng)和基

硅酸鹽中

表面化學(xué)體效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)指南

鋁制多層復(fù)合釬焊微顆粒鐵硅晶片表面超薄氧

分析俄歇-StandardGuidefor

板氧化膜厚度的測(cè)的化學(xué)態(tài)化硅層厚度的測(cè)量

標(biāo)準(zhǔn)名稱電子能譜IdentifyingChemical

試方法俄歇電子能測(cè)定俄歇X射線光電子能譜

化學(xué)信息EffectsandMatrix

譜法電子能譜法

的解析EffectsinAuger

法

Electron

Spectroscopy.

規(guī)定了一種準(zhǔn)確測(cè)

識(shí)別X射

量硅晶片表面超薄

線或者電概述了化學(xué)效應(yīng)和

規(guī)定了硅氧化硅厚度的方

規(guī)定了俄歇電子能子激發(fā)的在俄歇電子能譜中

酸鹽中微法，即X射線光電

譜法測(cè)定鋁制多層俄歇譜中觀察到的基質(zhì)效應(yīng)。

顆粒鐵的子能譜法（XPS），

復(fù)合釬焊板氧化膜的化學(xué)效給出了利用俄歇化

范圍識(shí)別及其適用于熱氧化法在

厚度的原理、試驗(yàn)條應(yīng)以及把學(xué)效應(yīng)用于識(shí)別或

測(cè)量的俄硅晶片表面制備的

件、儀器設(shè)備、樣品、它們用于表征的指南，適用于

歇電子能超薄氧化硅層厚度

試驗(yàn)步驟的方法化學(xué)表征電子激發(fā)和X射線

譜方法的準(zhǔn)確測(cè)量，適用

的方法準(zhǔn)激發(fā)俄歇電子能譜

的氧化硅層厚度不

則

大于6nm

利用俄歇電子能譜

儀對(duì)樣品進(jìn)行深度

剖析過(guò)程中，基于俄俄歇電子

歇電子能量和俄歇能譜基本

線形的變化分析元原理依據(jù)

原理素的化學(xué)狀態(tài)，通過(guò)無(wú)內(nèi)容GB/T無(wú)內(nèi)容無(wú)內(nèi)容

線性最小二乘法26533-2011

(LLS)進(jìn)行化學(xué)態(tài)分中第4章的

峰擬合，用相對(duì)靈敏定義

度因子進(jìn)行定量分

析，從而獲得鋁制多

層復(fù)合釬焊板氧化

膜的厚度。

良好電接

制樣要求良好電接觸無(wú)有方向性要求無(wú)

觸

試驗(yàn)條件室溫?zé)o室溫室溫?zé)o

俄歇電子俄歇電子俄歇電子能譜儀/X

儀器設(shè)備俄歇電子能譜儀X射線能譜儀

能譜儀能譜儀射線能譜儀

俄歇電子表面化學(xué)分析X射

俄歇電子能譜分析

試驗(yàn)方法無(wú)能譜分析線光電子能譜分無(wú)

方法通則

方法通則析指南

試驗(yàn)結(jié)果1-微無(wú)指導(dǎo)方可微區(qū)分

可微區(qū)分析無(wú)法微區(qū)分析無(wú)指導(dǎo)方法

區(qū)分析法析

試驗(yàn)結(jié)果2-膜無(wú)指導(dǎo)方無(wú)指導(dǎo)方

可測(cè)定可測(cè)定無(wú)指導(dǎo)方法