一种基于UV光清洗提高TEC银胶结合力的方法与流程

本发明属于半导体热电器件封装，具体涉及一种基于uv光清洗提高tec银胶结合力的方法，适用于tec芯片与基板、电极之间的银胶粘接工艺。

背景技术：

1、半导体热电器件（tec）作为一种可实现电能与热能相互转换的特种器件，广泛应用于精密电子冷却、医疗设备温控、航空航天等高端领域。tec器件的核心结构由n型、p型热电臂阵列组成，其与电极、基板的连接通常采用导电银胶粘接，银胶的结合力直接决定了tec器件的机械稳定性、导热导电性及使用寿命。

2、在现有tec封装工艺中，银胶结合力不足是常见的技术难题，主要表现为银胶与tec芯片表面、基板电极表面出现分层、脱落现象，尤其在高低温循环、振动等恶劣工作环境下，该问题更为突出，直接导致tec器件失效。分析其原因，主要在于tec芯片表面、基板电极表面在生产、转运过程中，易残留有机物杂质（如光刻胶残留、油污、粉尘等），这些杂质会在银胶与粘接面之间形成隔离层，破坏银胶与粘接面的物理吸附和化学结合，导致结合力大幅下降。

3、目前，行业内针对tec粘接面清洗的方法主要有等离子清洗、化学清洗、超声清洗等。其中，等离子清洗虽能有效去除表面杂质，但需在真空环境下进行，设备成本高、工艺复杂、处理效率低，且真空环境下的等离子体易对tec芯片表面造成轻微刻蚀损伤，影响器件性能；化学清洗采用有机溶剂或酸碱溶液浸泡清洗，虽能去除有机物杂质，但易在表面残留化学试剂，形成新的污染，同时化学试剂具有腐蚀性，可能损坏tec芯片的热电材料，且存在环保污染问题；超声清洗主要针对颗粒状杂质，对有机物薄膜类杂质的去除效果有限，且高强度超声易导致tec芯片出现微裂纹。

4、uv光清洗作为一种新型的干法清洗技术，具有无需真空环境、无需化学试剂、操作简单、高效环保等优势，其原理是利用uv辐射使表面残留的有机物杂质分子链断裂，同时将空气中的氧气转化为臭氧和原子氧，与断裂后的有机物分子发生氧化反应，生成二氧化碳、水等易挥发物质，从而实现表面清洁改性。现有技术中，uv光清洗已应用于玻璃基底、银墨水打印等领域的表面处理，如公开号为cn107672333a的专利公开了一种uv预处理改善溶液型银墨水喷墨打印成膜质量的方法，该方案改善了银墨水在衬底上铺展的均匀性和润湿性，进而提高了固化后的成膜质量。目前，尚未有将其应用于tec器件粘接面清洗，以提高银胶结合力的相关技术方案，且现有uv清洗工艺参数无法直接适配tec器件的特殊结构和材料特性，若参数不当，不仅无法有效提升结合力，还可能损伤tec芯片。

5、因此，开发一种适配tec器件、操作简便、成本较低、清洗效果好，且能显著提高银胶结合力的uv光清洗方法，成为解决当前tec封装工艺痛点的关键。

技术实现思路

1、针对现有tec银胶结合力不足，本发明提供一种基于uv光清洗提高tec银胶结合力的方法，通过优化uv光清洗工艺参数，精准去除tec粘接面的有机物杂质，并对粘接面进行微改性，增强银胶与粘接面的物理吸附和化学结合，从而显著提升银胶结合力；同时通过分段固化工艺，减少银胶内部应力和气泡产生，进一步保障结合力的稳定性。因此，本发明解决了tec器件粘接分层、脱落问题，提升器件长期可靠性，且工艺简单、成本较低、环保高效。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于uv光清洗提高tec银胶结合力的方法，包括以下步骤：

4、s1.将预处理后的tec芯片和基板分别以粘接面和电极面朝上方式放入uv光清洗设备中，调整uv光源与粘接面和电极面的距离为2.5~35cm，设定uv光功率500~700w、辐射波段315~400nm、清洗时间120~450s进行清洗；

5、s2.uv光清洗结束后立即在tec芯片粘接面或基板电极面涂覆导电银胶，然后将tec芯片与基板精准对位粘接；

6、s3.将粘接后的器件分段固化，先在80~90℃下预热30~40min，再升温至120~150℃，保温60~90min；最后冷却至室温，得到银胶结合力提升的tec器件。

7、本发明针对现有tec银胶结合力不足问题，提出包含tec芯片和基板预处理、uv光清洗、银胶涂覆与粘接和固化处理各步骤的技术方案。经超声清洗预处理过程后，tec芯片和基板表面油污、浮尘等杂质被去除，然后进入uv光清洗，进一步去除有机杂质以及形成微结构，有利于后续银胶涂覆与粘接和固化处理。

8、本发明的核心原理在于通过uv光清洗对tec粘接面进行清洁与改性，双重提升银胶结合力：一方面，uv光的高光子能量可断裂粘接面残留有机物杂质的分子链，同时通过氧化反应将有机物杂质转化为易挥发物质，彻底去除表面污染，消除银胶与粘接面之间的隔离层，为银胶与粘接面的直接结合提供条件；另一方面，uv光辐射可使tec芯片粘接面形成微粗糙结构，增大银胶与粘接面的接触面积，同时激发粘接面产生活性基团（如羟基、羧基），这些活性基团可与银胶中的树脂成分发生化学结合，形成牢固的化学键，结合物理吸附作用，显著提升银胶结合力。与此同时，本发明采用分段固化工艺，先在预热阶段去除银胶中的低分子挥发物，避免固化过程中产生气泡，然后再进行高温固化，此操作减少了银胶内部应力和气泡产生，进一步保障结合力的稳定性。

9、本发明采用的参数组合既可以实现有机物杂质的高效去除，同时也能避免uv光过度辐射对tec芯片造成损伤，最大化提升粘接面活性，从而显著提升银胶粘接强度及tec器件的长期可靠性。

10、相较于现有技术，本发明在大气环境下即可实现高效清洗，无需抽真空、无需通入专用气体，也无需化学试剂，通过优化uv光清洗参数，适配tec器件的材料特性，避免了等离子清洗的高成本、化学清洗的污染和损伤、超声清洗的局限性。

11、作为优选，步骤s3中固化过程的两段升温速率控制在2~5℃/min。避免升温过快导致银胶内部产生应力，影响结合力。

12、作为优选，步骤s3固化过程中通入干燥氮气，氮气流量为50~100ml/min。防止粘接面氧化，进一步提升银胶结合力和tec器件的导电性。

13、作为优选，步骤s2中导电银胶涂覆厚度为5~15μm，涂覆均匀无气泡；粘接过程施加0.1~0.3mpa的压力，保持压力稳定5~10min。涂覆厚度一般为5~15μm，要求涂覆均匀无气泡；采用合适的压力，可确保银胶与粘接面、电极面充分接触。

14、作为优选，步骤s2中导电银胶选用tec专用导电银胶，其粘度为9~15cps，表面张力为30~32dynes/cm，固含量为15~20%，银粉粒径为0.5~2μm。确保银胶的流动性和导电性，同时与uv光清洗后的粘接面具有良好的相容性，可进一步提升结合力。

15、进一步优选，所述导电银胶为溶液型银墨水体系，适配性更佳。

16、作为优选，步骤s2涂覆和粘接过程在室温、1000级洁净环境中进行。

17、作为优选，步骤s1中uv光清洗设备采用脉冲式uv光源，脉冲频率为10~20hz，可减少连续uv光辐射产生的热量积累，避免tec芯片因高温发生性能衰减。

18、作为优选，所述预处理过程为：选取待粘接的tec芯片和基板，用无水乙醇超声清洗，然后烘干、冷却备用。

19、进一步优选，超声清洗功率为100~150w，清洗时间为10~15min；烘干温度为80~85℃，烘干时间为15~20min。

20、超声清洗可以去除表面浮尘和明显油污，适宜的功率避免高强度超声对tec芯片造成损伤。

21、作为优选，所述基板为陶瓷基板或铝基板，所述tec芯片包括小型精密tec芯片和大功率tec芯片。本发明适配不同功率需求的tec器件封装，可与现有tec生产流水线兼容。

22、因此，本发明具有如下有益效果：

23、（1）通过uv光清洗彻底去除tec粘接面的有机物杂质，同时对粘接面进行微改性，增大接触面积并形成化学结合，经测试，采用本方法处理后，tec银胶的剪切强度≥16mpa，粘结强度≥8mpa，相较于传统清洗方法，结合力提升30%以上，有效解决tec器件粘接分层、脱落问题，符合jedec jesd22-b117、astm d903等相关测试标准要求；

24、（2）uv光清洗采用大气环境处理，无需真空环境，操作简便，处理效率高，单批次处理时间缩短40%以上；uv光清洗无需化学试剂，无腐蚀性、无污染物排放，符合环保要求；设备投入低于等离子清洗设备，无化学试剂消耗和环保处理成本，可大幅降低tec封装生产成本；

25、（3）通过优化参数，可避免对tec芯片、基板造成损伤，不影响tec器件的热电性能和导电性能，同时避免了化学清洗残留试剂对银胶结合力的负面影响；

26、（4）适配各类tec器件（包括小型精密tec、大功率tec）的封装工艺，可与现有tec生产流水线兼容，无需大规模改造设备；经高低温循环（-40℃至150℃）、振动测试后，银胶无分层、脱落现象，显著提升tec器件的长期工作可靠性，适配汽车电子、医疗设备等严苛应用场景的需求。