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解读功率型LED封装材料的研究现状及发展方向

发布时间:2020-07-21 17:33:15 阅读: 来源:硅酸铝设备厂家

(一)LED用封装材料的性能要求

本文引用地址:用封装材料一方面要满足封装工艺的要求,另外一方面要满足LED的工作要求。目前,环氧树脂在国内封装材料市场占了较大比例,由于树脂本身具有优异的电绝缘性、密着性、介电性能、透明性,且粘结性好;同时贮存稳定、配方灵活、操作简便,但是较高的工作温度和紫外线辐射使环氧树脂的透明度严重下降,很难满足大功率LED封装的要求,许多专家甚至认为,封装材料和工艺的落后已对LED产业的发展起到了瓶颈作用。

封装工艺对于材料的性能要求

为了满足LED实际装配的操作工艺的需要,封装材料要具有合适的粘度、粘结性和耐温性,包括:(1)固化前的物理特性、固化后的一般特性。固化前的物理性质与操作性相关,其中粘度与固化特性尤为重要。由于聚合物材料的高膨胀率影响,热固化后,材料冷却之产生明显收缩,导致与周边材料的界面产生应力,继而引发剥离、材料出现裂缝现象,所以尽可能低温固化。(2)表面粘结性。封装表面裸露的密封材料具有粘性,会导致密封材料之间相互粘结,这种无法从选材机上剥离的状况会导致可操作性的降低。此外,在使用过程中,也会产生粘住灰尘、降低亮度的情况。从耐剥离、耐裂缝性的方面来看,需要较柔软的封装材料,但一般情况下,越柔软的材料粘性越高,因此,需要一种在这两者之间具有良好平衡性的材料。(3)无铅逆流性。近年对无铅焊锡表面处理的要求越来越高,这也表明了对封装材料的耐热性要求越来越高。在高温逆流情况下,会产生因着色、剧烈热变化引发的剥离、裂缝、钢丝断裂等。

光透过率

LED封装材料对可视光的吸收会导致取光率降低,封装材料要具有低吸光率、高透明性。相对环氧树脂来说,有机硅树脂透明性更为出色。在紫外光区有机硅树脂类封装材料的透过率可以达到95%以上,使LED器件的光透过率和发光强度得到大幅提高。

折射率

LED芯片与封装材料之间的折射率的差别会对取光率有很大的影响,因此提高材料的折射率,让它尽可能地接近LED芯片的折射率,有利于光的透过。一般来说,LED芯片的折射率(/7,=2.2—2.4)远高于有机硅封装材料的折射率(/7,=1.41),当芯片发光经过封装材料时,会在其界面上发生全反射效应,造成大部分的光线反射回芯片内部,无法有效导出,亮度效能直接受损。为解决此问题,必须提高封装材料的折射率来减小全反射损失。有研究指出,随着封装材料折射率的增加,将可使LED亮度获得增加,就红光LED器件而言,当封装材料折射率为1.7时,外部取光效率可提升44%。因此开发高折射率透明材料以缩小芯片与封装材料间的折射率差异,其重要性显而易见。

耐热老化和耐光老化性能

在大功率高亮度LED中,封装材料不仅会受到很强烈的光照,还受到芯片散热的影响,因此,封装材料需要同时具备耐光性和耐热性。即使长时间暴露在高温环境下,密封材料也要求保证不变色、物理性质稳定。

(二)功率型LED封装材料的研究现状

有机硅/环氧树脂封装材料

随着LED的功率和亮度越来越大,环氧树脂耐光、热老化等方面已经很难满足封装的要求。 但是环氧树脂具有优良的介电、粘结性能,尤其是价格便宜,成本低廉。因此过去一段时间里,研究工作者并没有放弃使用环氧树脂,而是采取了利用有机硅来改性环氧树脂的方式来开发兼具两种材料优点的封装材料。考虑到LED的芯片发热发光是引起封装材料老化的主要原因,有的封装厂家在靠近 片的内层使刷有机硅材料,而外层透镜材料选择环氧树脂、PC、PMMA等。但是实际应用时发现,环氧树脂、PC、PMMA耐老化性不够,与内层有机硅材料也存在界面相容性差等问题。

有机硅改性环氧树脂作封装材料使用时,材料的韧性和耐高低温性有明显改善。有文献报道将加成型有机硅与环氧树脂混合作为封装材料,以含乙烯基和si一0H基的聚有机硅氧烷与特定结构的环钒树脂的混合物作基础聚合物,加入交联剂、催化剂、稀释剂,配成封装料用于LED的封装,经耐热试验不变色,一40—120 oC冷热冲击无剥离及开裂现象发生,LED发光效率高。也有采用环氧改性聚有机 氧烷 环钒化合物的混合封装料的报道 ],由环氧改性聚有机硅氧烷与脂肪族或脂环族环氧化合物混合,垌酸卅作化剂配成的封装料具有耐uV光老化、耐冷热冲击、高透明性、高硬度及与基板粘接性好的特点,诈常适合500 nm以下波长发光峰的蓝色及白色LED的封装。特定结构的环氧树脂与聚有机硅氧烷配成的I,ED封装料既可改善环氧树脂的耐热性、耐uV光老化性,又可改善有机硅材料的粘接性、表面粘附性,是值得重视的一个开发途径 。

日本信越公司利用含硅羟基的硅树脂、硅油、硅橡胶的混合物与环氧树脂一起进行硅氢化反心,经过塑成型最终得到70(Shore D)、1.51(nd,25℃)改性树脂材料,可抗近千次冷热冲击数实验。

美国GE公司专利报道,将先硅烷共水解缩聚得到含羟基的硅树脂,将硅树脂再与有机硅改性环氧树脂复配,高温硫化后制备的封装材料折射率最高可达1.60。该材料(5mm厚度)经波长380nm的光波辅射500 h或在150℃下经波长400—450 nm的紫外光照射500 h后,透光率仍高于80%。

石英粉、单晶硅、铝粉、锌粉、玻璃纤维等常用来改善

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