《铝制多层复合钎焊板 氧化膜厚度的测试方法 俄歇电子能谱法》编制说明

CSTM团体标准《铝制多层复合钎焊板氧化膜厚度的测试方法俄歇电子能谱法》编制说

明

（立项阶段□征询意见阶段审定阶段□报批阶段□）

1、目的意义

铝制多层复合钎焊板，用于空调、油冷器、水箱和工业空分散热器等散热器

部件，在航空航天领域具有广泛的应用。研究其氧化膜的组织机理及在加工过程

中钎焊复合层界面处的微观组织演变的变化规律有利于产品质量的提升，有助于

提高产品市场占有率。

目前主流的元素价态测试方法是X射线光电子能谱（XPS）法。该方法受限

于空间分辨率低，只能得到样品表面大面积分析区域的平均值，无法满足样品微

观组织演变即微区分析（如不同压痕区域）的要求。

俄歇电子能谱（AES）具有非常灵敏的表面性，是最常用的表面分析手段，

采用电子束作为激发源，具有很高的空间分辨率，最小可达到6nm，可以满足样

品表面微区分析的要求。俄歇电子能谱依据俄歇电子的能量来识别元素，利用俄

歇化学位移可以分析元素的化学价态和存在形式，相对于XPS测试方法，AES方

法更能满足铝制多层复合钎焊板其氧化膜的组织机理及在加工过程中钎焊复合

层界面处的微观组织演变的变化规律的测试要求。

本标准的测试方法原理是在深度剖析过程中，利用俄歇电子能量的变化和线

形的变化对元素的化学状态进行分析，测量和计算化合物元素相对灵敏度因子，

使用线性最小二乘法(LLS)对元素进行化学状态分峰拟合处理，拟合后进行定量

分析，不同化学态谱峰交叉位置对应的相对深度标定为氧化膜的厚度。

2、预期的社会效益、经济效益

本标准适用于准确测定铝制多层复合钎焊板氧化膜厚度的方法，其他金属氧

化膜的测定可参照执行，本标准的实施为规范指导企业生产及产品质量监督提供

标准技术支撑，推动产业高质量发展。

3、工作简况

本标准的任务来源是科学试验标准化领域委员会FC98/TC02，经过近一年的

标准调研和数据验证，本标准于2023年7月19日完成立项工作。

（1）下达计划任务的完整名称、项目计划发布文件号、本项目的计划代号；

CSTMLX9802012660-2023铝制多层复合钎焊板氧化膜厚度的测试方法

俄歇电子能谱法

（2）主要承办单位完整名称、副主办单位或协作单位完整名称；

清华大学，大连大学，西安交通大学

（3）制修订标准的主要工作过程：

a）立项阶段：

通过对国内外标准的调研，国内外尚无相关标准，2023年3月21日线上立项

评审，2023年7月13号立项。

（4）标准起草单位和工作组成员。

起草单位：清华大学，大连大学，西安交通大学

工作组成员：杨立平，段建霞，姚文清，王舰，高星星，陈玉。

4、标准编制的原则

参照GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》

的规定编写，GB/T20001.4-2015《标准编写规则第4部分：试验方法标准》的

规定起草；在确定本标准主要技术指标时，综合考虑生产企业的能力、科研科技

水平以及用户的利益，寻求最大的经济和社会效益，充分体现了标准在技术上的

先进性和合理性。

5、确定标准主要技术内容的依据

本标准利用俄歇电子能谱仪对样品进行深度剖析过程中，基于俄歇电子能量

和俄歇线形的变化分析元素的化学状态，通过线性最小二乘法(LLS)进行化学态

分峰拟合，用相对灵敏度因子进行定量分析，从而获得铝制多层复合钎焊板氧化

膜的厚度。

本标准样品可以使用平整的铝箔，剪裁成适合仪器分析的尺寸，按照仪器设

备操作要求放入仪器，按照仪器操作要求调节样品台，使样品台倾斜轴（Tilt）

与水平方向夹角为30°，确认最佳分析位置，如图1所示。调整电子枪电压为10

kV，束流10nA，放大倍数200倍，转动样品台使样品辊压条纹呈现竖直方向，如

图1所示。

图1样品200倍电子像

在铝箔的表面存在微米级别的辊压条纹，为了消除辊压条纹对测试结果的影

响，分析区域尽量采集平整区域，将图像放大倍数提高到500倍，选取50微米×

50微米的测试区域，如图2所示。

图2500倍电子像和测试区域

设定入射能量为10kV，对样品采谱，得到积分谱，对积分谱9点SavGol平

滑，5点Derivat微分得到微分全谱和窄谱谱图。图3中AlKLL窄谱谱图分析能量

范围为1350eV至1420eV。

图3AlKLL窄谱能量范围

按照GB/T30702-2014中A.3.2.3的要求计算测量化合物得到的元素相对

灵敏度因子，见式（1）。

Iref

Eci（）

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

XIikey

式中：

SEc

i指定化合物中元素i的元素相对灵敏度因子

Iref

i参考样品中元素i的测量强度

Xref

i参考样品中元素i的原子分数

Ikey关键材料中的测量强度

关联材料中的元素相对灵敏度因子

选择Ag为参考物质采集俄歇谱图。选取电子枪发射电压10kV、束流10

nA，相对灵敏度因子为0.364。利用式（1）计算铝制复合钎焊板中金属铝（Al2）

和氧化铝（Al4）的测量化合物得到的元素相对灵敏度因子。

为了降低表面污染对氧化膜厚度测量结果的影响，建议使用10kV电子枪入

射能量。

表1给出了入射能量为10kV，筒镜型分析器（CMA）测得的铝制复合钎

焊板中金属铝价态（Al2）和氧化铝价态（Al4）的元素相对灵敏度因子计算值，

其他类型分析器按照式（1）计算。

表1金属铝价态（Al2）和氧化铝价态（Al4）的元素相对灵敏度因子计算值

化合物价态名称化合物元素相对灵敏度因子

金属铝Al20.082

氧化铝Al40.078

深度剖析过程中，采集AlKLL窄谱，对积分窄谱9点SavGol平滑，5点Derivat

微分得到微分窄谱。用LSS法，对AlKLL进行金属铝价态和氧化铝价态的分峰拟

合，拟合后使用表1中计算得到的金属铝Al2和氧化铝Al4的相对灵敏度因子

进行定量分析，求出原子百分含量随相对深度的剖析谱，谱图中Al2.1st和

Al4.1st交叉的位置对应相对深度就是氧化层的厚度，见图4。

图5氧化层厚度

不确定度评定：

本试验方法的不确定度主要分量包括测量重复性（含试样均匀性）、标准物

质以及仪器设备深度溅射速率校准误差对分析结果的影响，其它因素对分析结果

的影响在此忽略不计。

6、主要试验或验证结果

为了选择合适的试验条件，本试验设定3种入射能量的参数，考察入射能量

对铝制多层复合钎焊板氧化膜厚度测量稳定性的影响。每种入射能量的样品重复

测试5次，以膜厚的相对标准偏差RSD值为考察对象。

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、与国际、国外同类标准水平的对比情况

产品标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准

主要参数对比表

GB/ZGB/TE984-12

标准号本标准GB/T25188-2010

32494-201636533-2018(Reapproved2020)

用俄歇电子能谱法

鉴别化学效应和基

硅酸盐中

表面化学体效应的标准指南

铝制多层复合钎焊微颗粒铁硅晶片表面超薄氧

分析俄歇-StandardGuidefor

板氧化膜厚度的测的化学态化硅层厚度的测量

标准名称电子能谱IdentifyingChemical

试方法俄歇电子能测定俄歇X射线光电子能谱

化学信息EffectsandMatrix

谱法电子能谱法

的解析EffectsinAuger

法

Electron

Spectroscopy.

规定了一种准确测

识别X射

量硅晶片表面超薄

线或者电概述了化学效应和

规定了硅氧化硅厚度的方

规定了俄歇电子能子激发的在俄歇电子能谱中

酸盐中微法，即X射线光电

谱法测定铝制多层俄歇谱中观察到的基质效应。

颗粒铁的子能谱法（XPS），

复合钎焊板氧化膜的化学效给出了利用俄歇化

范围识别及其适用于热氧化法在

厚度的原理、试验条应以及把学效应用于识别或

测量的俄硅晶片表面制备的

件、仪器设备、样品、它们用于表征的指南，适用于

歇电子能超薄氧化硅层厚度

试验步骤的方法化学表征电子激发和X射线

谱方法的准确测量，适用

的方法准激发俄歇电子能谱

的氧化硅层厚度不

则

大于6nm

利用俄歇电子能谱

仪对样品进行深度

剖析过程中，基于俄俄歇电子

歇电子能量和俄歇能谱基本

线形的变化分析元原理依据

原理素的化学状态，通过无内容GB/T无内容无内容

线性最小二乘法26533-2011

(LLS)进行化学态分中第4章的

峰拟合，用相对灵敏定义

度因子进行定量分

析，从而获得铝制多

层复合钎焊板氧化

膜的厚度。

良好电接

制样要求良好电接触无有方向性要求无

触

试验条件室温无室温室温无

俄歇电子俄歇电子俄歇电子能谱仪/X

仪器设备俄歇电子能谱仪X射线能谱仪

能谱仪能谱仪射线能谱仪

俄歇电子表面化学分析X射

俄歇电子能谱分析

试验方法无能谱分析线光电子能谱分无

方法通则

方法通则析指南

试验结果1-微无指导方可微区分

可微区分析无法微区分析无指导方法

区分析法析

试验结果2-膜无指导方无指导方

可测定可测定无指导方法