出于亮度和成本考慮，越來(lái)越多的芯片廠采用鋁反射層的金電極。新結(jié)構(gòu)的LED芯片電極中有一層鋁，其作用為在電極中形成一層反射鏡以提高芯片出光效率，其次可在一定程度上減少蒸鍍電極時(shí)黃金的使用量從而降低成本。

但鋁是一種比較活潑的金屬，一旦封裝廠來(lái)料管控不嚴(yán)，使用含氯超標(biāo)的膠水，金電極中的鋁反射層就會(huì)與膠水中的氯發(fā)生反應(yīng)，從而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

近期類似案例數(shù)目有急劇增多的跡象，有的甚至走上了司法程序。

反應(yīng)原理

鋁屬于比較活潑金屬，在空氣中容易失去電子而形成氧化膜，氯離子容易吸附在鋁氧化膜上并取代氧化膜中的氧。LED燈珠內(nèi)的活性氯或無(wú)機(jī)氯會(huì)與芯片的鋁反射層反應(yīng)而腐蝕芯片電極，反應(yīng)方程如下：

LED芯片電極鋁反射層被氯化腐蝕后，焊球與芯片電極接觸不牢，燈珠電壓值偏高，容易出現(xiàn)暗亮或閃爍，芯片電極被嚴(yán)重腐蝕時(shí)將導(dǎo)致焊球與芯片完全脫落從而出現(xiàn)死燈。若燈珠使用銅線、鋁線、銀線等材質(zhì)鍵合線，也將被腐蝕，從而降低LED燈珠的可靠性及使用壽命。

LED燈珠內(nèi)氯的來(lái)源可能有

1. 封裝膠、固晶膠、灌封膠等膠水

材料為環(huán)氧樹(shù)脂、改性硅膠、硅樹(shù)脂類的封裝膠、固晶膠或灌封膠等膠水，都含有環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂作為一種典型的有機(jī)化工材料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、絕緣性能、耐腐蝕性能、高光折射率及低收縮性能，廣泛應(yīng)用于LED封裝領(lǐng)域。其中，用量最大、用途最廣、最具代表性的環(huán)氧樹(shù)脂是雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。然而，由于雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂在合成時(shí)有氯元素的參與，其成品中或多或少將殘留氯元素。下面為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng)方程式：

從反應(yīng)方程式可以看出，不管采用何種生產(chǎn)工藝，在環(huán)氧的生產(chǎn)過(guò)程中由于環(huán)氧氯丙烷的參與會(huì)引入氯元素，均會(huì)產(chǎn)生鹽和水。后期雖然采用水洗法、溶劑萃取法或者溶劑法進(jìn)行后處理，但膠體中容易有氯殘留。各種副反應(yīng)以及水洗不完全而殘留的氯，可能會(huì)以氯離子或有機(jī)氯形式存在。這些殘留有機(jī)或者無(wú)機(jī)氯在燈珠的高溫密閉環(huán)境中會(huì)發(fā)生分解或揮發(fā)，形成活性氯，對(duì)支架鍍銀層、合金線、芯片電極（鋁反射層）或其他活潑金屬造成氯化腐蝕。金

2.采用鋁反射層的LED芯片

為了提高光效，目前越來(lái)越多的芯片廠采用鋁反射層金電極結(jié)構(gòu)的芯片。傳統(tǒng)的Cr-Pt-Au電極結(jié)構(gòu)如圖所示，它采用的是Cr、Pt、Au三層金屬，第1層的Cr相對(duì)來(lái)說(shuō)較厚，一般在200～500埃之間，且金屬Cr對(duì)光的反射率很低，在這樣的厚度下芯片量子阱層中發(fā)出光子射入金屬Pad的光基本上被Cr層吸收，轉(zhuǎn)化為熱能。鋁反射電極與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比它主要增加Cr和Al兩層，其中，第1層Cr的厚度相比之前減薄至5～50埃，對(duì)光效的影響大為降低，而鋁層具有較高反射率，因此芯片射入金屬Pad的光有很大一部分是通過(guò)鋁層再反射回芯片內(nèi)部的，并通過(guò)其他角度射出芯片，從而大大提高光源的發(fā)光效率。

但是由于在反射電極中增加的金屬鋁是一種非?；顫姷慕饘?，能夠與酸、堿和氯等鹵素元素反應(yīng)，同時(shí)在金屬Pad工序完成后，鋁層的側(cè)壁是裸露在空氣中的，在后續(xù)工序中如果有酸、堿或鹵素元素接觸便會(huì)發(fā)生腐蝕，造成LED芯片金屬電極脫落的情況，影響光電性能的穩(wěn)定性。

解決辦法

1.采用金鑒無(wú)氯認(rèn)證的膠水

但目前國(guó)內(nèi)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)普遍生產(chǎn)規(guī)模小，管理模式和生產(chǎn)工藝落后，操作機(jī)械自動(dòng)化程度不高，導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂的各項(xiàng)參數(shù)難以保障。低品質(zhì)的環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)與我國(guó)現(xiàn)狀產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀有關(guān)，產(chǎn)業(yè)急需升級(jí)。

環(huán)氧樹(shù)脂中的氯不僅對(duì)支架鍍銀層、合金線或其他活潑金屬及芯片電極（鋁反射層）造成氯化腐蝕，而且也能與胺類固化劑起絡(luò)合作用而影響樹(shù)脂的固化。氯含量是環(huán)氧樹(shù)脂的一個(gè)重要物性指標(biāo)，它是指環(huán)氧樹(shù)脂中所含氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，包括有機(jī)氯和無(wú)機(jī)氯。無(wú)機(jī)氯會(huì)影響固化樹(shù)脂的電性能。有機(jī)氯含量標(biāo)志著分子中未起閉環(huán)反應(yīng)的那部分氯醇基團(tuán)的含量，它含量應(yīng)盡可能地降低，否則也要影響樹(shù)脂的固化及固化物的性能。

2.LED芯片廠改進(jìn)芯片電極結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝

鋁是一種化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬，鋁反射層電極的可靠性還需長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證。LED芯片廠要進(jìn)一步改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)，增加保護(hù)層或改用其他金屬。若芯片廠堅(jiān)持使用鋁反射層的電極結(jié)構(gòu)，須告知封裝廠采用更為嚴(yán)格的來(lái)料檢驗(yàn)程序。

LED芯片廠金屬電極蒸鍍過(guò)程中以及金屬蒸鍍完成后的后續(xù)加工和存儲(chǔ)過(guò)程中都要注意一些可能會(huì)導(dǎo)致芯片的電性、外觀等方面出現(xiàn)不良的情況，具體歸納的注意事項(xiàng)主要有：

①在蒸鍍金屬膜層時(shí)，需要較高的真空度，否則，鍍鋁時(shí)可能會(huì)存在鋁層在鍍膜過(guò)程中輕微氧化造成金屬體電阻偏高和電極黏附性差等問(wèn)題，建議蒸鍍要在4.0E-6torr以上。

②鍍膜完成后，后續(xù)的剝離清洗、研磨清洗等過(guò)程中所接觸的化學(xué)溶液必須是中性的，并要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，保證其不腐蝕金屬鋁。

③如果有可能，要將金屬鍍膜設(shè)備放在單獨(dú)的隔間里，避免其與ICP等其他芯片制作的常用設(shè)備放置在一起。由于ICP等制程中會(huì)使用到Cl2和BCl3，所以，要將金屬鍍膜后的清洗間與其他清洗間隔開(kāi)，避免同一清洗間中其他清洗設(shè)備中的酸堿對(duì)電極造成影響。

④所有鍍完了金屬的半成品和成品在車間存放時(shí)，需要存放在固定的氮?dú)夤裰?，不能直接、長(zhǎng)時(shí)間放在無(wú)塵室桌面等其他區(qū)域。

⑤如果有可能，生產(chǎn)出的LED芯片要盡快封裝，避免芯片中的鋁與空氣中可能含有的水汽、酸堿、鹵素等接觸。

案例分析

案例一

客戶送測(cè)不良LED直插燈珠樣品，樣品出現(xiàn)閃爍或死燈現(xiàn)象，要求金鑒檢測(cè)進(jìn)行失效分析。

工程師機(jī)械開(kāi)封失效燈珠，取出失效芯片，在掃描電鏡下觀察芯片形貌，同樣發(fā)現(xiàn)芯片負(fù)極脫落。負(fù)極電極殘留于封裝膠內(nèi)。對(duì)電極脫落界面進(jìn)行SEM形貌觀察和分析，分離界面呈破碎狀形貌，元素分析顯示其元素成分主要含有鉻（Cr）、鋁（Al）、金（Au），表明該芯片采用鋁反射電極結(jié)構(gòu)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)異常元素氯（Cl），推測(cè)電極鋁金屬被氯化腐蝕后導(dǎo)致鋁電極層結(jié)合狀態(tài)惡化，使用過(guò)程中電極脫落造成燈珠死燈失效。

工程師采用機(jī)械方法取下若干良品燈珠的封裝膠，對(duì)其進(jìn)行金鑒鹵素檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)封裝膠中氯含量較大。環(huán)氧樹(shù)脂中的氯一般指環(huán)氧氯丙烷與雙酚A在堿性催化劑催化下由于閉環(huán)不反應(yīng)，各種副反應(yīng)以及水洗不完全而殘留的氯，可能會(huì)以氯離子或有機(jī)氯形式存在。在燈珠的高溫密閉使用環(huán)境中，膠體中的氯可能會(huì)發(fā)生分解或揮發(fā)，并對(duì)電極鋁反射膜層、支架鍍銀層和合金線造成氯化腐蝕，因此金鑒建議封裝廠加強(qiáng)封裝膠的來(lái)料檢驗(yàn)。

工程師機(jī)械挑開(kāi)燈珠封裝膠，在支架鍍銀層表面發(fā)現(xiàn)顆粒物附著，其元素成分為碳（C）、氧（O）、鋁（Al）、氯（Cl）、銀（Ag），表明燈珠金屬鍍銀層已被氯化腐蝕。因此，推測(cè)封裝膠中含有的有害氯元素在燈珠密閉高溫使用環(huán)境中可能會(huì)發(fā)生揮發(fā)或分解，并對(duì)芯片電極和支架金屬鍍銀層造成了氯化腐蝕。同時(shí)，有害含氯物質(zhì)發(fā)生揮發(fā)或分解后占據(jù)在硅膠孔隙結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致封裝膠出現(xiàn)變色現(xiàn)象，并在光和熱最密集的芯片上表面表現(xiàn)最嚴(yán)重。

案例二：

客戶送測(cè)LED燈珠，燈珠過(guò)回流焊后點(diǎn)亮，部分燈珠出現(xiàn)暗亮的失效，要求金鑒對(duì)樣品進(jìn)行失效分析。氯的來(lái)源為芯片生產(chǎn)過(guò)程中的藥水殘留或操作人員的手汗污染。

發(fā)現(xiàn)失效燈珠的芯片電極為鋁電極，鋁電極有明顯開(kāi)裂現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致芯片的Vf增大，且焊球與電極的結(jié)合力降低。 EDS能譜檢測(cè)鋁電極元素成分包含異常氯（Cl）和鈉（Na）元素。因鋁金屬比較活潑，遇到氯離子很容易被腐蝕。

在未使用的藍(lán)膜LED芯片表面測(cè)試到大量的氯和鈉元素，Na和Cl的物質(zhì)可能是芯片生產(chǎn)過(guò)程中的藥水殘留或操作人員的手汗污染。