이 애플리케이션은 스마트폰을 덮고 있는 유리 입자를 분석하기 위해 주사 전자 현미경(SEM), 에너지 분산 분광법(EDS) 및 X-선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 어떻게 사용할 수 있는지 설명합니다. 아이폰 4S에 총격을 가하여 아이폰의 전면과 후면 커버에서 유리 입자를 생성하여 시뮬레이션된 추적 증거 시나리오를 만들었습니다. 이 입자를 수집하여 입자 분석 및 비교를 위한 이상적인 사례 연구로 활용했습니다. 입자 발생으로 인한 손상을 기록하기 위해 시험 발사 전과 후의 아이폰 상태를 TESCAN VEGA SEM으로 촬영했습니다(그림 1). 휴대폰 전체를 이미징하려면 대형 챔버와 스테이지, 가변 압력 조건, 광시야 스캔, 파노라마 이미지 스티칭, 스테레오 이미지 획득, 3D 재구성, 대면적 EDS 엑스레이 매핑, SEM/EDS 입자 분석이 필요했습니다. iPhone의 X-선 CT 분석도 수행되었으며, 그 결과는 SEM 3D 이미지 재구성 결과와 직접적인 상관관계를 만드는 데 사용되었습니다.
iPhone을 덮고 있는 유리는 비전도성이므로 SEM 전자 빔이 iPhone 표면을 충전하여 이미지에 아티팩트를 생성합니다. 이러한 충전 효과는 가변 압력 모드와 SEM의 저전압 작업 조건에서 이미징하면 완화됩니다. 입구와 출구의 하향식 SEM 이미징은 거칠고 미세한 디테일을 시각화하는 데 유용하지만 표면의 Z 치수에 대한 정보는 거의 제공하지 않습니다(그림 2a 및 그림 2c). 스테레오 이미지와 3D 분석 결과 총알이 아이폰의 뒷면에서 부분적으로 빠져나온 것으로 나타났습니다. SEM 스테레오 이미지는 동일한 시야각을 촬영하고 스테이지를 다른 각도로 기울여 이미지 쌍을 수집함으로써 생성됩니다. 그런 다음 이러한 소스 이미지를 별도의 색상 평면에 있는 각 이미지와 하나의 사진으로 결합하여 아나글리프 이미지라고 합니다. 스테레오 아나글리프 이미지는 이미지의 한 지점의 차이를 깊이로 인식하는 인간의 시각 시스템에 의존하여 표면의 3차원적 시각을 제공합니다. 또한 이미지 세트를 처리하여 표면의 정량화 가능한 세부 사항을 보여주는 디지털 표고 모델(DEM)을 생성할 수도 있습니다. 이미지 처리는 두 소스 이미지에서 동일한 점을 감지하고 시야에 있는 각 점의 상대적인
높이를 계산하여 표면의 다각형 모델을 생성하고 텍스처 및 음영을 위해 SEM 이미지 데이터와 오버레이하고 컬러 매핑을 통해 높이를 인코딩합니다(그림 2b 및 그림 2d).
SEM을 이용한 3D 이미징은 샘플 표면의 3차원 지형적 특징을 분석하는 효율적인 방법을 제공합니다. 그러나 휴대폰 내부의 형태와 손상 패턴을 조사하려면 보완적인 접근 방식이 필요합니다. X-선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영(micro-CT)은 휴대폰 전체 부피의 비파괴 3D 이미징에 사용할 수 있습니다.
이 분석을 위해 TESCAN UniTOM XL을 사용하여 전체 iPhone 볼륨을 시각화했습니다. 엑스레이 단층 촬영(그림 3a)을 통해 총알이 아이폰에 남아 있고 뒷면만 부분적으로 관통했음을 확인할 수 있습니다. 총알은 분명히 배터리를 통과했으며 (그림 3b) 총알 파편이 휴대폰 전체에 산산조각이났습니다. 물론 깨진 유리 표면과 같은 외부 특징은 마이크로 CT를 사용하여 연구할 수 있습니다. 또한 3D 볼륨은 상관관계 워크플로우에서 정확한 위치에 도달하기 위해 SEM 및 기타 기술의 탐색 도구로 사용할 수 있습니다(그림 3c).
법의학자들은 증거의 출처와 성격을 파악하기 위해 다양한 정보를 사용합니다. 예를 들어, iPhone 커버는 알칼리 알루미노실리케이트 유리 시트로 만들어지는데, 제조 과정에서 독점적인 칼륨-소금 이온 교환 욕조에 담가 표면 강도, 결함 억제 능력 및 균열 저항성을 얻습니다. 그 결과 유리 표면은 칼륨이 풍부해지고 나트륨은 수십 마이크로미터 깊이까지 고갈됩니다. 이 독특한 화학적 프로필은 iPhone 유리 파편이 어떻게 분포되어 있는지 파악하고 다양한 위치에서 수집된 샘플에서 다른 입자와 구별하는 데 사용할 수 있습니다. 그림 4a-d는 아이폰 전면의 동일한 영역을 보여줍니다. 테스캔의 이미지 스냅퍼 도구를 사용한 파노라마 이미징은 광시야 이미징을 강력하게 보완합니다.
광시야 이미징은 매우 넓은 시야에 걸쳐 단일 이미지를 수집하는 반면, 파노라마 이미징은 넓은 영역에 걸쳐 이미지 타일을 배열하여 수집합니다. 스티치 파노라마는 넓은 시야의 개요와 고해상도 이미지 정보를 동시에 제공합니다. 넓은 영역에 걸쳐 미세한 공간 해상도로 광학, 후방 산란 및 X-레이 데이터를 수집하면 휴대폰의 파손된 표면에서 거친 부분과 미세한 부분의 상관 관계를 파악할 수 있습니다. 각 이미지(그림 4a-d)를 TESCAN 포지셔너 도구에 로드하고 스테이지에 맞게 보정한 후 다층 지도로 사용하여 샘플을 탐색하고 추가 분석을 위한 영역을 정의할 수 있습니다.
아이폰 표면에는 입자가 많지 않았지만, 테스트 소성 중에 아이폰을 담은 용기에서 많은 입자가 수집되었습니다. 이러한 입자 중 일부는 SEM 스텁에 수집되었으며, 이 스텁의 SEM 파노라마 이미지는 그림 5a에 나와 있습니다. 그림 5b에서 볼 수 있듯이 고배율 이미징을 통해 많은 입자가 매우 평평한 표면과 유리 파손의 전형적인 특징을 보여주는 다른 표면을 가지고 있음을 알 수 있었습니다. 시야각의 엑스레이 맵은 무작위로 분산된 입자를 보여주며, 일부는 나트륨이 풍부한 표면을 가지고 있고 일부는 칼륨이 풍부한 표면을 가지고 있습니다(그림 5c).
나트륨과 칼륨 함량의 차이는 앞서 언급한 제조 과정에서 사용되는 염수조와 테이프의 일부 입자가 디스플레이의 원래 표면이 위를 향하도록 수집된 반면 다른 입자는 유리 시트 내부의 파단 표면이 위를 향하도록 떨어진 사실로 설명할 수 있습니다. 단일 입자의 가장자리를 가로지르는 라인 스캔(그림 6a)은 위상 관계를 보여줍니다. 이것은 엑스레이 지도, 엑스레이 라인 스캔(그림 6b) 및 엑스레이 스펙트럼 비교(그림 6c)에 표시됩니다.
결론
이 애플리케이션 노트는 아이폰 표면의 유리 입자와 소스 사이의 일치 여부를 SEM, EDS 및 마이크로-CT 분석을 통해 확인하는 TESCAN VEGA SEM의 기능을 보여줍니다. 이미지 획득을 위해서는 가변 압력 이미징 조건과 광시야, 깊이 및 해상도 스캔 모드의 사용이 중요했습니다. 테스캔 이미지 스냅퍼 도구는 파노라마 이미지를 생성하는 데 광범위하게 사용되어 SEM, 마이크로 CT, EDS 및 광학 데이터의 상관관계를 파악할 수 있게 했습니다. SEM 3D 재구성 및 마이크로 CT 이미징을 사용하여 표면과 지형을 상호 연관시키고 휴대폰 내부의 손상에 대한 통찰력을 제공했습니다. 마지막으로 샘플에서 스펙트럼, 라인 스캔, 매핑 및 대면적 매핑 형태의 EDS 미세 분석 데이터를 수집하여 유리 내 구성 변화를 특성화하여 유리의 기원에 대한 확증적인 증거를 제공했습니다.
