一、介绍
表面异物分析，是指对产品或材料表面出现的、非预期的、可能影响产品性能或外观的微小物质（如颗粒、斑点、油污、纤维、析出物、嵌入物等）进行定性和定量分析的过程。这些异物可能来源于原材料本身、生产加工过程（如设备磨损、工艺残留、交叉污染）、存储运输环境（如灰尘、包装材料迁移）或使用过程中的接触污染等。
异物的存在往往会导致产品外观不良、性能下降（如电性能、结合强度、光学性能）、可靠性降低，甚至引发严重的功能失效。通过对表面异物进行精确的成分和形貌分析，可以准确判断其来源，为企业查找生产或供应链中的问题点、制定改进措施、避免同类问题再次发生提供关键依据。
二、意义
进行表面异物分析具有重要的实际意义：
- 快速定位问题： 准确鉴定异物成分，快速判断其来源，为解决生产中的突发质量问题提供方向。
- 提升产品良率： 找到异物产生的根本原因并加以消除，直接提高产品合格率。
- 优化工艺配方： 通过分析析出物、迁移物等，判断配方兼容性或工艺稳定性，指导配方调整和工艺优化。
- 消除生产隐患： 识别潜在的污染源或工艺缺陷，预防更大范围的质量事故。
- 保障产品可靠性： 确保产品表面洁净度和功能性，提升最终产品的长期稳定性和可靠性。
- 支持失效分析： 在产品失效分析中，表面异物往往是导致失效（如短路、腐蚀、结合不良）的关键证据。
三、应用范围
表面异物分析广泛应用于对表面质量和洁净度有较高要求的行业和产品：
- 电子电器： PCB/PCBA焊盘污染、元器件表面颗粒、显示屏斑点/亮点、连接器接触点异物、封装内部污染物等。
- 半导体制造： 晶圆表面微粒、光刻胶残留、金属污染等。
- 汽车工业： 零部件表面油污/颗粒、涂层缺陷（缩孔、颗粒）、内饰件斑点、电子模块异物等。
- 医疗器械： 植入物表面污染、包装材料迁移、导管内壁异物、药品粉末异物等。
- 航空航天： 精密部件表面洁净度控制、复合材料表面缺陷、涂层异物等。
- 化工材料： 塑料制品表面析出（喷霜）、薄膜斑点、粉末异物、涂料颗粒等。
- 光学产品： 镜片、光学膜表面污点、灰尘、镀膜异常等。
四、主要分析方法
根据异物的性质（有机/无机）、尺寸、形态以及所需分析的信息（元素/分子/形貌），可以选择一种或多种方法联用：
| 分析方法 | 应用范围 |
|---|---|
| 光学显微镜/体视显微镜 | 异物定位、宏观/微米级形貌观察、初步判断异物形态与分布。 |
| 扫描电子显微镜-能谱仪 (SEM-EDS) | 微观形貌观察、微区元素成分分析；区分和鉴定无机异物、部分有机异物；表面异物分析的核心手段之一。 |
| 傅里叶变换红外光谱 (FTIR/Micro-FTIR) | 有机异物（塑料、橡胶、油污、纤维等）定性分析、部分无机物分子结构分析；显微红外可分析微小异物（~10μm）。 |
| 拉曼光谱 (Raman/Micro-Raman) | 与FTIR互补，分析有机物、碳材料、特定无机物；微区异物分析。 |
| X射线光电子能谱 (XPS) | 最表层（纳米级）元素组成与化学价态分析；薄层污染、表面氧化分析。 |
| 飞行时间二次离子质谱 (TOF-SIMS) | 极表层（纳米级）、痕量（ppm-ppb）元素与分子信息分析；复杂表面污染鉴定。 |
| 气相色谱-质谱联用 (GC-MS) | 可挥发/半挥发有机异物（油污、溶剂残留、添加剂迁移物）分析（通常需前处理）。 |
五、表面异物分析项目
针对不同情况，表面异物分析通常可细分为以下几类：
- 有机异物分析：
- 目标： 鉴定异物是否为有机物，并确定其具体种类（如塑料、橡胶、油脂、胶黏剂、纤维、生物残留等）。
- 常用方法： Micro-FTIR是首选，可提供分子结构信息；Raman可作为补充；SEM-EDS可观察形貌并判断是否含特征元素（如含Si的硅油、含Cl的PVC）；必要时结合GC-MS（需前处理）或TOF-SIMS分析。
- 无机异物分析：
- 目标： 鉴定异物是否为无机物，并确定其元素组成或物相（如金属屑、氧化物、盐类、矿物粉尘、玻璃纤维等）。
- 常用方法： SEM-EDS是核心技术，可同时获取形貌和元素组成；XPS可提供表面元素和价态信息；Raman可鉴定某些氧化物或矿物相；XRD（若异物量足够）可进行物相分析。
- 未知异物分析：
- 目标： 对成分完全未知的异物进行系统性分析，确定其性质和种类。
- 策略： 通常采用多技术联用。首先通过显微镜观察形貌和外观；然后用SEM-EDS获取元素信息和微观形貌，初步判断有机/无机；若怀疑有机，用Micro-FTIR或Raman确认；若为无机，结合EDS结果和形貌判断；对于复杂表面或痕量分析，可考虑XPS或TOF-SIMS。需要分析人员综合各种信息进行专业判断。
- 产品异常现象比对分析：
- 目标： 针对产品出现的局部异常（如斑点、变色、雾状物、附着力差区域），通过对比异常区域与正常区域的成分或形貌差异，找出导致异常的原因。
- 方法： 在异常区域和正常区域分别进行微区分析，如使用Micro-FTIR、Micro-Raman、SEM-EDS、XPS或TOF-SIMS对比分析，寻找成分上的差异（如某种元素的富集、有机物的析出、氧化程度不同等）或形貌上的不同，从而揭示异常现象的本质。
应用实例一
图为某客户PCB样品中金属部位表面产生异常白色块状异物，需要对此异物进行分析，确认是否为阻焊剂残留。
测试结果：
异物红外光谱中3500~2500 cm-1范围内的强吸收峰与1708 cm-1处的钝吸收峰很明显为羧酸中羟基伸缩振动吸收,与羧酸中羰基伸缩振动吸收。通过标准谱图对比易知异物主成分为己二酸，己二酸在助焊剂中是一种活性成分。
应用实例二
图为客户送检样品背光模组导光板上白斑在显微镜下显示的图像（50X）。需要分析出该物质为何种成分，是否来自本身背光模组。
使用专门的取样工具将异物取出，用显微红外进行微小异物测试。
测试结果：
由FTIR测试得到左边红外光谱，光谱中1730cm-1处吸收峰为明显的酯类物质特征吸收峰1235 cm-1, 1161 cm-1处肩峰为聚丙烯酸酯最特征的吸收峰。 故而易知异物主成分为聚丙烯酸酯，是一种光学胶黏剂。
应用实例三
图为某客户电镀件，使用一段时间后发现表面出现墨绿色异常物质，最终评估采用FTIR-AES联用对该异常物质进行成分分析。
测试结果：
由红外光谱结果可知，异物红外光谱在1420cm-1和850cm-1附近发现了强烈的吸收，属于碳酸盐的特征吸收谱带，而吸收峰蓝移的原因是样品的水合状态。AES结果显示，墨绿色异常物质显示出Cu2+特征，
综合分析结果推断墨绿色异常物质主要成分为碱式碳酸铜。
