在LED封裝過(guò)程中，固晶烘烤后經(jīng)常發(fā)生電極沾污的現(xiàn)象。這里分析了污染物成分，發(fā)現(xiàn)污染物為固晶膠揮發(fā)物，在此基礎(chǔ)上分析了固晶膠沾污芯片電極的兩個(gè)可能的原因。
一 電極沾污現(xiàn)象
目前在LED封裝過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)固晶膠烘烤固化后，金電極上發(fā)生有污染物附著，導(dǎo)致無(wú)法焊線或焊線拉力不足的情況。
如下圖，用金相顯微鏡觀察電極上有明顯的污染物。
二 原因分析及解決方案
1 污染物成分
如圖，用電子能譜儀(EDS,Energy Dispersive Spectrometer,可分析材料微區(qū)成分元素的種類與含量)對(duì)芯片沾污部分進(jìn)行元素分析，檢出了C、O、Si元素，而固晶膠的主要成分是硅氧烷(元素為H、C、O、Si)，由于EDS無(wú)法測(cè)出H元素，故可以推測(cè)芯片電極污染物含有固晶膠成分。
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2 原因分析
通過(guò)元素分析我們推測(cè)污染物為固晶膠，說(shuō)明烘烤時(shí)固晶膠與電極發(fā)生了某種結(jié)合。
固晶膠可以通過(guò)揮發(fā)和爬膠的方式與電極接觸。但是由顯微照片分析可以看出芯片四周并沒(méi)有爬膠痕跡，因此可以排除因固晶膠爬膠造成芯片污染的可能；而固晶膠在烘烤固化過(guò)程中會(huì)有少量的揮發(fā)物，揮發(fā)物中含有的帶羥基的小分子交聯(lián)劑，具有很高的化學(xué)活性，有很大可能是吸附污染主因。
那么固晶膠揮發(fā)物是如何與芯片電極發(fā)生吸附的呢？我們作出了如下兩種推測(cè)：
?、?含羥基小分子交聯(lián)劑與芯片電極污染物發(fā)生化學(xué)吸附
由于交聯(lián)劑本身不會(huì)與金電極發(fā)生反應(yīng)，而芯片生產(chǎn)過(guò)程中有殘留活性污染物的可能，故推測(cè)可能是交聯(lián)劑與電極制備過(guò)程中殘留的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生吸附。
?、?含羥基小分子交聯(lián)劑與芯片電極發(fā)生靜電吸附
由于羥基中的氧原子電負(fù)性較強(qiáng)，使得氫與氧之間的共用電子對(duì)向氧原子偏移，正負(fù)電中心不在平衡位置，使得分子顯電性，若芯片電極帶靜電，則兩者就會(huì)產(chǎn)生靜電引力，進(jìn)而吸附在一起，形成污染。
2.1 含羥基小分子交聯(lián)劑與芯片電極污染物發(fā)生化學(xué)吸附
2.1.1 芯片污染物來(lái)源
芯片的污染可能來(lái)源于芯片制作過(guò)程中引入的污染和固晶操作時(shí)引入的污染(如操作過(guò)程中觸碰芯片等)。
我們通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)生電極沾污的芯片，在其表面并沒(méi)有觀察到有人為污染的痕跡(如指紋)，因此可以排除因人工操作導(dǎo)致的芯片污染。
而芯片的制備過(guò)程中需要進(jìn)行多次光刻，光刻時(shí)涉及到顯影過(guò)程，目前常用的顯影劑是無(wú)機(jī)堿+雙氧水溶液(如碳酸鈉溶液)，這一過(guò)程會(huì)在芯片電極表面殘留羥基等官能團(tuán)。在后道工序中，芯片廠商會(huì)加入化學(xué)試劑清洗及水洗步驟，對(duì)附著的離子污染進(jìn)行清洗，但有可能存在清洗不完全或清洗設(shè)備維護(hù)不當(dāng)造成二次污染等情況。
如圖所示為光刻及顯影過(guò)程，光刻膠透過(guò)掩膜板經(jīng)紫外光曝光后，再經(jīng)過(guò)顯影劑的清洗，就會(huì)留下與掩膜板一致的圖案，這一過(guò)程成為“圖形化”，是下一步制作芯片立體結(jié)構(gòu)的必要工序。
2.1.2固晶膠揮發(fā)物來(lái)源
固晶膠中帶有羥基的小分子交聯(lián)劑由于分子鏈短，沸點(diǎn)較低，在加熱固化過(guò)程中未參與
反應(yīng)就發(fā)生揮發(fā)，含有的羥基基團(tuán)和金電極上的殘留羥基通過(guò)氫和氧之間的氫鍵吸附在一起，而后進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
什么是氫鍵？
所謂氫鍵是指氫原子與電負(fù)性大的原子X(jué)(O、F、N等)以共價(jià)鍵結(jié)合，若與電負(fù)性大、半徑小的原子Y(O、F、N等)接近，在X與Y之間以氫為媒介，生成X-H…Y形式的一種特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用，稱為氫鍵。
2.1.3
2.1.3 反應(yīng)過(guò)程
如圖，當(dāng)固晶膠中揮發(fā)出來(lái)的含羥基的小分子交聯(lián)劑與電極表面殘留的羥基接觸時(shí)，羥基上的氧原子與另一個(gè)羥基上的氫產(chǎn)生氫鍵，同樣的另一對(duì)氫和氧原子也形成一個(gè)氫鍵。
2.1.4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
將確認(rèn)干凈無(wú)電極污染的芯片固在如所示的基片上，分為A和B；① 將A用堿性溶液(碳酸鈉溶液)浸泡3分鐘，然后用氮?dú)獯蹈?；?B不作處理。
然后分別在A和B的芯片周圍涂上等量的固晶膠，隨后按圖示的方法用燒杯罩住A和B，并放入烤箱烘烤(120℃/1H+160℃/2H)。
烘烤完成后用金相顯微鏡分別對(duì)A和B的芯片電極部分進(jìn)行觀察，結(jié)果如下圖：
注：圖片采用暗場(chǎng)拍攝，黑色區(qū)域?yàn)殡姌O金屬層；芯片測(cè)試點(diǎn)為芯片點(diǎn)亮測(cè)試過(guò)程中留下的痕跡
由圖可以明顯看出，經(jīng)過(guò)堿液浸泡處理，固晶烘烤后電極表面有大量污染物附著；而未處理的干凈芯片則基本沒(méi)有污染物。
說(shuō)明電極表面殘留的羥基等活性基團(tuán)會(huì)與固晶膠揮發(fā)物反應(yīng)造成電極表面有固晶膠附著。
隨后部分氫鍵轉(zhuǎn)化為共價(jià)鍵同時(shí)脫掉一個(gè)水分子，產(chǎn)生的水分子在高溫烘烤下隨烤箱熱風(fēng)排出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，越來(lái)越多的交聯(lián)劑與殘留羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終使芯片表面留下了大量含C、O、Si元素的固晶膠污染物。
