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LED封装材料的应用现状和发展趋势,剖析硅树脂在LED封装技术上的应用现状和趋势

冯亚凯 天津大学化管理大学教授

LED
具有勤勉环境尊敬、寿命长、使用电压低、按键时间短等天性,普遍应用于照明、展现、背光等好多世界。前段时间三朝越来越高亮度、高色彩性、高耐天气性、高发光均匀性等方向发展。LED
行当链可分为上、中、上游,分别是LED 外延晶片、LED 封装及LED
应用。作为LED 行业链中承前启后的LED
封装,在整个行当链中起着举足轻重成效。LED
由集成电路、导线、支架、导电胶、封装材料等结合,在那之中,封装材质是默转潜移LED
质量和使用寿命的关键因素之生机勃勃。这两天,封装材质由于其对透光性的特殊必要,近年来市道上使用的首要有环氧树脂、有机硅、聚碳酸酯、玻璃、聚乙基酸酯等高反射率材质。但鉴于那么些材料大多数硬度一点都不小且加工不便于,故基本上用于外层透镜材质。古板的LED
环氧树脂封装材质存在内应力大、耐热性差、轻巧老化等破绽,无法满意LED
封装资料品质上渐渐进步的供给,正日渐被有机硅材质只怕有机硅改性材质代替。有机硅材料是风姿浪漫种具有高耐紫外线和高耐老化才能、低应力的素材,成为LED
封装质地的好好选用。硅树脂的透光率与LED
器件的发光强度和效用成正比,透光率越高,有助于扩展LED
器件的发光强度和频率。由于氮化镓微芯片存有高的光滑度,平常常有机硅质感的折光率独有1.4,所以,升高有机硅材质的折光率能够减去与微芯片折光率之差,减少分界面反射和折射带来的光损失,增强LED
器件的取光效能。

《2018阿拉丁照明行当照掌握皮书》关键质地 顾问

1、LED 封装用改性环氧树脂

谭雨涵 上海十九中学

环氧树脂具备较高的光滑度和透光率,并且力学质量和粘接品质一定不错,所以集镇上仍然有必然产品在选取。通过引入有机硅作用团改性环氧树脂,可压实环氧树脂的高温使用质量和抗冲击质量,裁减产品的减弱率和热膨胀性,升高产品的利用范围。按影响机理,有机硅改性环氧树脂可分为物理共混和化学共聚三种方法。假设纯粹借助单纯的情理共混,由于有机硅与环氧树脂的溶解度全面相差比较大,微观相结构轻巧呈抽离态,改性效果不好,通常要求经过增多过渡相容基团的办法来修正其相容质量。S.
S.
Hou等使用含氢聚硅氧烷与烯丙基缩水甘油醚举行硅氢加成反应,制备出含有环氧基的聚硅氧烷,然后与环己酮型环氧树脂共混。其试验结果评释:
改性产品的微观相结构较好,没有相分离。

意气风发、LED封装本领与素材汇总

化学共聚方法是使用有机硅聚合物上的活性基团,如羟基,烷氧基等,与环氧树脂上的环氧基等活性基团反应,生成共聚物达到改性的指标。早在2006年国外就有人使用该方法进行了用有机硅共聚改性环氧封装材质用于LED
产品的钻研,其试验验证该措施能够使该包装材料的抗冲击质量和耐高低温品质获得鲜明巩固、收缩率和热膨胀周到字展现著下落。Deborah等应用缩合反应,将4—环二丁二烯基环氧十八烷分别与二
四苯基环四硅氧、三
苯基硅氧烷等各种硅烷实行混合反应,制作而成了耐冲击性优秀和耐UV
老化性强、透光率高、热膨胀周详满意微芯片产品要的更名环氧树脂产品。黎学明等使用UV
固化能力,将聚有机硅倍半氧烷和环氧树脂原位交联杂化,获得了具有高透光、热稳定性强和耐UV
老化、抗冲击性优质和高附着力的环氧聚有机硅倍半氧烷杂化膜质感,可用来替代方今选择的高温固化环氧材质,用于LED、电子封装等行当。Seung
Cheol Yang等用脂环族环氧树脂与二苯二羟基和三苯羟基反应,制得高折光率
,热稳定性好,耐紫外线的有机硅环氧改性材料。黄云欣等率先合成了不相同分子量的低聚倍半硅氧烷,分别用合成的聚有机硅氧烷来改性双酚A型环氧树脂,结果呈现三种聚硅氧烷均能增长环氧树脂产品的韧性和波折强度。杨欣等经过2—
(
3,4—环氧环已烷基)双环戊二烯芳烃二乙氧基硅烷的水解缩合反应制备了多官能度有机硅环氧树脂,采取加氢苯六氢苯酐做固化剂,获得的产品具备透光率和耐热老化性能都有一点都不小的校勘,有非常的大可能率在LED
封装资料领域获得推广应用。Crivello.
J等用满含双键的环氧单体有烯丙基缩水甘油醚以致4—丙烷基环氧环环丁烷,与含氢聚硅氧烷进行硅氢加成反应,合成有机硅改性环氧树脂,具备较好的折射率和耐热性。

LED是半导体发光三极管,现已遍布应用于照明、显示、音信和传感器等好些个世界。LED器件按功率及用途要求,接纳相应的包裹材质,重要包罗环氧树脂、有机硅树脂和无机封装材质等。

有机硅环氧树脂由于能展示环氧树脂与有机硅树脂两种资料的长处,近日拿走了较为不乏先例的使用,其在机械品质、粘结性、耐老化、耐紫外线、折光率等地点表现出了了不起的品质,是今后LED
封装资料的研究方向,一定会博得重大进展。

包裹质地和包装工艺、封装设备亟需相互协作,他们基本是逐大器晚成对应的关系。LED封装的主流格局有以下三种:

2、LED 封装用有机硅树脂

1)基于液态胶水的点胶灌封;

2. 1 有机硅质地的特点

2)基于固态 EMc 的Transfer Molding转进注射成型;

有机硅聚合物以Si—O 键为主链,硅原子上三番五次有机基团,可有途睿欧3 SiO1 /2 、奥迪Q53
三氧化二铝 /2 、CRUISER3 SiO3 /2 、Murano3 3CaO·Al2O3 等链节遵照一定比例组合而成;Si—O
键键能较高,使其全数比较好的耐高温或辐射质量,且Si—O
键键角比较大,能使材质的积极分子链绵软。有机硅材质在耐热性、抗黄变等地点有可观的特性。有机硅质感易改性,可以在侧链上引进拥有加强光滑度的职能基团,如硫、苯、酚和环氧基等,提升封装质感的光滑度,提升LED
发光功能。

3)基于半固化胶膜的真空压合成型;

2. 2 有机硅树脂的合成

4)其余异样封装情势,如根据液态树脂的模具注射成型、基于触变胶水的刷涂或印制、喷涂等包裹工艺。

按其折射率可分为低光滑度 和高光滑度 两类,光滑度1.4
的重要性是甲基型有机硅质感,折射率1.53
的最首固然苯基型有机硅材料。由于有机硅材质折光率越大,取光效用越高,所以应该尽恐怕提升有机硅质地的折光率。

1.1 点胶灌封手艺

硅树脂日常以有机硅烷为原料,在溶剂存在的情况下水解、缩聚制得。合成的原料日常为氯硅烷或烷氧基硅烷。具体育工作艺为:一是硅烷在自然条件下水解成硅醇,二是硅醇自己实行缩聚反应,三是由此水洗大壮,浓缩除去小分子获得有机硅树脂。如徐晓秋等率先将环丁烷苯基二乙氧基硅烷水解,高温裂解成十四烷苯基环体,然后经过阴离子开环聚合,合成无色透明,折光率1.5之上的苯基十二烷基硅油。吴涛等接收阴离子开环聚合的办法,由含二芳香烃硅氧链节的环状甲烷苯基硅氧烷和芳香烃基双封头在中性(neutrality)催化剂的效果下制备甲基双环戊二烯基封端混合苯苯基硅油。伍川等利用酸催化,八丁烷环四硅氧烷
,或将1,3,5,7—四芳烃环四硅氧烷
与异戊二烯苯基混合环体在甲基十六烷溶剂中集合,制备交联剂有机硅含氢硅油。其Ph 与Si
的量之比为0.30~0.60,活性氢性能分数为0~0.5%,折射率为1.39~1.51
,引力黏度为100~550
mPa·s。汪晓璐等接收无溶剂法合成了苯基三十烷基透明硅树脂;
选拔环双环戊二烯基三甲氧基硅烷、端羟基聚二甲基丙烷硅氧烷、二苯基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷为原料,泛酸水溶液为催化剂,实行水解缩合反应,合成出常温下具有流动性的高折射率透明有机硅树脂。杨雄发等为了减弱LED
封装胶的表面伊斯美乐夫,使其便于真空脱泡,制备含环丁烷三氟丙基硅氧链节和间苯二甲酸苯基硅氧链节的晶莹十七烷基硅油。黄荣华等以二甲苯丁烷基氯硅烷苯基氯硅烷、纯苯氯硅烷、苯基氯硅烷为原料,用庚烷封头剂和环四十烷基封头剂封端,合成苯基乙烷基硅树脂,然后用孔径为0.
45μm的滤膜实行过滤,可有效除去余留的乙酰胆碱小颗粒,升高产品反射率,得到无色透明的异丁烯基苯基硅树脂。

点胶灌封才干是LED封装常用的科班工艺,点胶工艺的着力装备包括点胶机(有气压、柱塞泵、齿轮泵等供料形式)、风流倜傥体成型的带围坝或反射杯的金属支架,封装材质为双组分或单组份胶水。无论液态环氧树脂仍然液态有机硅胶水,基本接纳双组分包装措施,那是因为双组分有帮衬材质的深入积累,但点胶灌封前,他们需通过丰裕混合达到人均能力使用。为了将胶水与无机材质丰裕混合,就一定要依据高速双行星分散机,那样技巧确定保障无机材料在有机树脂内的平衡分散。混合后的素材需按承包商的推荐操作方法实行LED的包裹,並且在确定时间内用毕,不然,无机材料不可能在液态胶水中长期稳固分散,会生出团聚和起降现象。别的,A、B组分混合后,尽管在一般温度积攒,也会爆发物化学学交联或吸湿,进而影响资料的黏度牢固。环氧树脂首要以酸酐作为固化剂,配置成加成反应型封装材料,这种环氧树脂是A、B双组分配方。别的,环氧树脂还足以依赖阳离子反应机理配置成单组份胶水。这种阳离子反应配方材料更具耐热性和耐高温黄变本领,但碍于催化种类费用高,不能够广泛利用,仅仅约束在触变性供给较高的卷入领域。用
于LED封装应用的有机硅胶水重要是运用金属铂催化含双键的有机硅氧烷与含硅氢的有机硅氧烷的加成反应种类。该反应连串平时配制成A、B双组分封装材质,它们稳固性好,便于储存。LED封装胶水大多数是热固化的材质,也是有后生可畏对包装材质为了优越应用而选择UV光固化种类。对于热固化材质,点胶后,胶水必要通过150度约2-5小时的高温烘烤,达成完全固化封装。当树脂固化时,树脂会发生断定的体量减少,产生减少应力,那会对树脂与微电路、晶片与银胶的结缘、金线焊点部位、树脂与支架的咬合界面等发出一定影响。由此,封装材质和包裹工艺对LED器件的系统稳固有直接关系,封装程序猿需求系统全面探究解析,以鲜明最棒封装工艺和包裹材质。

2. 3 硅树脂在LED 封装资料中的应用

1.2 基于热固性树脂封装材料的转进塑封(Transfer Molding)才具

眼前有关LED
封装资料的专利比较多,苯基封装材质的钻研最多。张伟等以四苯基环四硅氧烷和双环戊二烯基双封头为原料,在碱催化剂存在的原则下80~100℃聚合6~8h,合成纯苯基苯基硅油;
以苯基三甲氧基硅烷和含氢双封头为原料,在烟酸存在的典型化下70~80℃反应3
h,然后水洗蒸馏制得含氢苯基树脂,十一烷基苯基硅油与含氢树脂固化用于LED
封装材质,具备高折射率、高透光率、突出耐热性及热冲击稳固性。杨欢,杜修斌,高群选取水解缩合获得苯基有机硅树脂:接受苯基三甲氧基硅烷,二苯基二甲氧基硅烷,十九烷基三甲氧基硅烷为原料,泛酸水溶液为催化剂,升温举行水解缩合反应6h,最终再在120℃下减负蒸馏3h,一般温度下获得透明的有机硅树脂后参预一定量的含氢硅油和Pt
催化剂进行硅氢加成固化反应。丁小卫等通过先将烷氧基硅烷水解制作而成预聚体,再与含氢烷氧基硅烷进行缩聚,拿到了含苯基的氢基硅树脂。该工艺轻易可控并且环境珍惜,其产品的光滑度最高可达1.531。通过引进具备高折射率的无机氧化学物理微粒的更名而制备的无机超微颗粒复合型有机硅LED
封装资料,拥有发光度高、抗紫外线辐射性强等优点。张文飞等采用N—
-4-叠氮-2,3,5,6-四氟苯甲酰胺改性微米氧化锌,并将其接枝在有机硅聚合物链上,接枝反应改换了微米复合物的折射指数,并使ZnO
皮米粒子与有机硅基体的折射指数更是相称,进步了有机硅聚合物的折光率,应用于LED
封装资料有宏大前途。展喜兵等选用非水解溶胶意气风发凝胶制备风度翩翩多种透明钛杂化硅树脂,该树脂的光滑度高达1.62,同一时间获得的出品有所很好的透光性和热牢固性。小编司以苯基三甲氧基硅烷、辛烷苯基二乙氧基硅烷、三十烷丁二烯基二甲氧基硅烷为原料,有机酸为催化剂,合成乙烷基苯基硅树脂,制得的乙苯基苯基硅树脂与含氢硅树脂固化,邵尔D硬度为55~75
D,折光率>1. 53,透光率大于99%,用于LED 封装资料较佳。

Transfer Molding 正是转进塑封技巧,由塑封机、微芯片及其支持材料、EMC(Epoxy
Molding Compound)
封装树脂三大体素构成。首要塑封机设备的分类和浮动经济性计算在表第11中学。

最近国外的高发光度LED 封装产品主要牌号有:
S帕杰罗7010,OE26336,OE6550,JCRubicon6175
等。东瀛信越集团的出品耐老化质量很有优势首要牌号有:
SCQX56-1012,KELX570-2500,LPS-5547等,迈图的硅胶可操作性优异,主打IVS
类别产品,牌号有5332,5862,4542,4622
等。国内康美国特务职业人士人士公司研究开发的高折LED封装胶品质较佳,首要型号有KMT-1266、KMT-1269、KMT-1272
等。

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3、结论

GaN 基功率型芥末黄LED
是眼下费用的入眼,具备热量大、发光波长短等特征,对包裹质感品质的渴求也更严酷。同期接纳高折射率、耐紫外、耐热老化及低应力的卷入质地能一览无余增高LED
的光输出功率,还能够延长产品使用的寿命,同期大功率LED
器件的研制,也供给有机硅封装资料尽早开采出富有光滑度高、反射率、耐紫外线老化和热老化技巧都美观的产品。针对有机硅材质存在的如折光率低、粘结性差、机械强度低级难点,采纳环氧改性的措施将二者的帮助和益处举行整合,或是与无机质感进行杂化,进步有机硅材质的折光率。

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