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COG类LCD电极腐蚀现象分析及改进

导读: 在液晶显示行业即LCD和LCM行业,COG工艺过程及产品经常会有腐蚀现象发生,也有许多工厂称之为电刻蚀。据调查,无论国内还是国外LCD行业都有不同程度的腐蚀现象存在,因为腐蚀问题,许多工厂损失巨大,单一生产COG产品的国外工厂出现腐蚀问题后损失可达百万人民币,同时此种现象不受控,工厂生产时有时一粒也

引言

液晶显示行业即LCDLCM行业,COG工艺过程及产品经常会有腐蚀现象发生,也有许多工厂称之为电刻蚀。据调查,无论国内还是国外LCD行业都有不同程度的腐蚀现象存在,因为腐蚀问题,许多工厂损失巨大,单一生产COG产品的国外工厂出现腐蚀问题后损失可达百万人民币,同时此种现象不受控,工厂生产时有时一粒也不出,但有时比例高达100%。

如果对COGLCD做高温高湿实验,实验条件60℃,90%RH,腐蚀现象会更加明显且容易出现,从而利用这一实验条件可以对控制的效果进行评估和验证。

一、物质产生腐蚀的原因有哪些呢?

腐蚀是工业上普遍存在的一种缺陷,尤其是在管道,建筑等等方面,COG类LCD电极腐蚀也属于这一范畴,根据腐蚀的理论,腐蚀的原因主要有以下几个方面:

1、电化学腐蚀

金属材料与电解质溶液接触,通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中,金属失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程,反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物(或金属难溶盐);介质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中,获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。

在均匀腐蚀时,金属表面上各处进行阳极反应和阴极反应的概率没有显著差别,进行两种反应的表面位置不断地随机变动。如果金属表面有某些区域主要进行阳极反应,其余表面区域主要进行阴极反应,则称前者为阳极区,后者为阴极区,阳极区和阴极区组成了腐蚀电池。直接造成金属材料破坏的是阳极反应,故常采用外接电源或用导线将被保护金属与另一块电极电位较低的金属相联接,以使腐蚀发生在电位较低的金属上。

2、吸氧腐蚀

金属在酸性很弱或中性溶液里,空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀,叫吸氧腐蚀.例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀,其电极反应如下:
负极(Fe):Fe-2e=Fe2+
正极(C):2H2O+O2+4e=4OH-
钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀.

3、析氢腐蚀

在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气,这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中,钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液,使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是
负极(铁):铁被氧化Fe-2e=Fe2+;
正极(碳):溶液中的H+被还原2H++2e=H2↑
这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出,铁被腐蚀,所以叫析氢腐蚀。

4、应力腐蚀开裂(SCC)

是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌,但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力(不论是残余应力还是外加应力,或者两者兼而有之)和特定的腐蚀介质存在。型纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值,要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。在微观上,穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹,而沿晶界扩图的裂纹称为沿晶裂纹,当应力腐蚀开裂扩展至其一深度时(此处,承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力),则材料就按正常的裂纹(在韧性材料中,通常是通过显微缺陷的聚合)而断开。因此,由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面,将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。

5、点腐蚀:是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。

6、晶间腐蚀:
晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城,因而,它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物(如碳化物和δ相)沉淀析出的有利区城。因此,在某些腐蚀介质中,晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀,大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。

7、间隙腐蚀:是局部腐蚀的一种形式,它可能发全于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成,例如,在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接触之处形成。

8、全面腐蚀:是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时,材料由于腐蚀而逐渐变薄,甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。全面腐蚀所引起的失效问题并不怎么令人担心,因为,这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。

二、COG类LCD出现腐蚀的现象分类

根据业界出现的腐蚀现象,COG类LCD出现腐蚀的现象主要有以下四类:

1、com电极腐蚀

其腐蚀现象发生在屏沿上的ITO处,如果在显微镜下观察,则会发现在发生腐蚀的部位有脏物存在。

2、ACF下腐蚀

ACF下腐蚀,其腐蚀现象一般发生在控制端电极的ACF下,且观察不到明显的脏物,电压较高的V0和VOUT容易发生,一般是在做高温高湿加电试验中发现。

3、夹缝电极腐蚀

夹缝腐蚀,其腐蚀现象发生在夹缝处,从显微镜下观察,夹缝处存在黑色物质。其产生的机理可能为清洗不干净,或者跟清洗液的成分有很大的关系。

4、COG电极表面腐蚀:

腐蚀在电极ITO表面,呈现一个点位置的腐蚀,其它位置正常,在此腐蚀的位置可以见到污染物。

三、COG腐蚀的产生原因归类:

1、COM电极腐蚀:
属于电化学腐蚀和应力腐蚀,电化学腐蚀是由于不同金属具有不同的电化学电位,或者是同样的材料但其电位存在势差,而每个COM电极间存电势差。由于COM电极在LCD制程中需要进行切割作业,切割过程中如果遇到刀痕破坏COM电极造成裂纹,产生应力,在出现腐蚀的环境中就会出现COM电极腐蚀。

2、ACF下腐蚀:电化学腐蚀和间隙腐蚀,除了电化学腐蚀外,间隙腐蚀是发生于间隙及有停滞溶液之遮蔽表面处的局部电化学腐蚀。若要产生间隙腐蚀,必须有一个间隙其宽度足够让液体进入,但却也可使液体停滞不流出,ACF与ITO接触的位置形成间隙,存有液体等污染离子后加电产生腐蚀。

3、夹缝腐蚀:玻璃夹缝未清洗干净,留有水份,间隙腐蚀,电化学腐蚀。

4、ITO电极表面腐蚀:点腐蚀,ITO表面存在污染物造成加电过程中存在电化学腐蚀。

根据以上的分析,按照腐蚀方面的理论,COG腐蚀只是按产生腐蚀的不同侧面做了分类,但其基本均属于电化学腐蚀,其发生时腐蚀基本条件有:溶液,加电,污染,应力。对于COG的工艺控制来说,如果没有将ITO上的脏物清理干净,或者是某种溶液存在于电极处,或者LCD制程中造成COG电极损伤,将会造成LCD加电显示或一段时间后COG电极腐蚀。

四、根据腐蚀原因的控制措施及实验分析

根据以上分析,制定如下控制措施,并进行实验验证,实验条件可以参照LCD可靠性实验条件执行,实验条件可参照《》,可以加速LCD腐蚀现象的出现。

1、COM电极腐蚀:属于电化学腐蚀和应力腐蚀,由于应力的作用存在。所以针对应力的存在进行如下实验:
1)刀痕压力控制在0.2kgf/mm2
2)刀痕压力控制在0.1kgf/mm2
在切割产品时进行控制如下:将刀痕的压力控制在0.1kgf/mm2以下。

2、ACF下腐蚀:电化学腐蚀和间隙腐蚀,主要是ACF与ITO接触的位置形成了间隙,规范ACF的使用宽度,使之控制间隙进行实验。
1)ACF宽度大于IC1mm.
2)ACF宽度大于IC2mm.

3、夹缝腐蚀:间隙腐蚀,电化学腐蚀。这种原因主要是LCD存在缝隙,缝隙内存有残存的液体,在加电过程中造成电化学腐蚀,因此实验主要是
1)、LCD清洗后直接压COG
2)、LCD清洗后用烘箱烘干再COG

4、ITO电极表面腐蚀:点腐蚀,ITO表面存在污染物造成加电过程中存在电化学腐蚀,这种现象主要是COG的ITO表面存在污染粒子造成的电化学腐蚀,主要实验如下:
1)、LCD压COG前擦拭
2)、LCD压COG前不擦拭

五、结论

根据以上分析及实验结果,COG类产品腐蚀是可以控制的,主要采取如下控制措施:
1、LCD制程切割时控制切割压痕,压力控制在一定范围内,避免出现应力现象。
2、LCD夹缝清洗完后进行烘干处理,有条件的企业可以用PlasmaCleaner清洁,将不会有残留液体存在。
3、绑定IC前要进行擦拭,擦拭最好用电子纯的酒精或相似专用清洗液,清洗完成后烘干,有条件的企业最好使用PlasmaCleaner清洁。
4、控制好ACF的使用。
经过严格的工艺控制,COG产品的电极腐蚀现象是可控的,认真执行好电极腐蚀的预防控制办法,COG生产过程中就不会出现电极腐蚀,产品的可靠性将会大大提高。

参考文献

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【2】曹楚南著《腐蚀电化学原理》.第二版;化学工业出版社;ISBN:9787502551872
【3】曹楚南著《腐蚀电化学》化学工业出版社;ISBN:750251404X
【4】黄锡珉黄辉光李之熔著《液晶器件手册》[M].;航空工业出版社.
【5】李维諟,郭强著《液晶显示应用技术》;电子工业出版社;ISBN:9787505348837
 

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