Auslaugungsstudien von Spurenelementen in Polymer-Verbundwerkstoffen

Abstract

In der Halbleiterindustrie kommen verschiedenste elektronische Bauteile zum Einsatz. Schon die geringsten Kontaminationen könnten die Funktionalität dieser Bauteile beeinträchtigen und verändern. Deshalb werden diese durch die Einhausung mit verschiedenen Materialien wie z.B. Mold-Compound vor Umwelteinflüssen geschützt. Die eingesetzten Materialien können jedoch selbst Kontaminationen beinhalten oder nicht vollkommen stabil gegenüber externen Einflüssen sein. Ionen-Diffusion im Spurenbereich und eventuelle Anreicherungen von Ionen an Bauteil-Schnittstellen können Probleme verursachen. Im Zuge dieser Arbeit wurden im Labormaßstab Umwelteinflüsse simuliert um die Mobilisation von Spurenelementen zu überprüfen. Dies wurde durch diverse Extraktionsversuche bewerkstelligt und das Auslaugungsverhalten eines Polymer-Verbundwerkstoffs untersucht. Die Analyse der erzeugten Probenextrakte erfolgte dabei mittels inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS). Durch Verwendung eines internen Standards konnten Schwankungen bei den Messungen korrigiert und ausgeglichen werden. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die Extraktion gewisser Elemente aus dem Mold-Compound möglich ist. Bei den Ergebnissen der Versuchsreihen zeigten sich starke Unterschiede bei den Einflussfaktoren. Die Temperatur spielt hierbei die größte Rolle, aber auch der gewählte pH-Bereich und die Reaktionsdauer haben wesentlichen Einfluss auf die bei der Extraktion freigesetzte Masse an Analyten. Bei den Elementen Aluminium und Magnesium konnten mehrere µg/g mobilisiert werden, wobei für die Elemente Kupfer, Natrium, Zink, Barium und Bismut teilweise nur einige ng/g extrahiert werden konnten. Die erhaltenen Ergebnisse wurden im Zuge der Arbeit noch durch Messungen mittels laser ablation - ICP-MS (LA-ICP-MS) komplettiert. Somit konnte die Anwesenheit gewisser Elemente bestätigt werden und Tiefenprofile der Extraktionen erstellt werden. Auch mögliche Einflüsse der Extraktionen auf die Probenoberfläche wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie analysiert.

Various electronic components are used in the semiconductor industry. Even the slightest contamination could affect and modify the functionality of these components. Therefore these are protected from environmental influences by housing with different materials, such as Mold-Compound. However is also possible that these used materials contain some contaminations or become unstable in presence of external influences. Ion-diffusion and probably accumulation of ions at component interfaces may generate problems. In this thesis, environmental influences were simulated in the laboratory scale to verify the mobilization of trace elements. Various extraction experiments were realized to research the leaching behavior of the polymer composite material. The analysis of the sample extracts was performed by inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS). Due to the usage of internal standards any fluctuations during measurements could be corrected and adjusted properly. The results of this thesis demonstrate that extraction of certain elements from the Mold-Compound is possible. In addition there are huge discrepancies caused by the selected parameters. Temperature has the widest influence on the leaching process, in addition the pH-range and the leaching durations have a wide influence on the mass of analytes released during the extraction, as well. For the elements aluminum and magnesium, several µg/g could be mobilized, whereby only a few ng/g could be extracted for the elements copper, sodium, zinc, barium and bismuth. These results were verified by laser ablation - ICP-MS (LA-ICP-MS). Thus it was possible to confirm the presence of certain elements in the polymer composite material and generate depth profiles from extracted samples. Furthermore possible influences on extractions of the sample surface were analyzed by scanning electron microscopy.