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硅树脂在LED封装技术上的应用现状及趋势

导读: 随着LED照明市场竞争激烈白热化,引发LED上游产品成本不断压缩,LED封装产品不得不开发新的材料应用,而硅树脂良好的光效性等优势为LED封装技术研究带来新的看见。

  LED(发光二极管) 具有节能环保、寿命长、使用电压低、开关时间短等特点,广泛应用于照明、显示、背光等诸多领域。目前正朝更高亮度、高色彩性、高耐气候性、高发光均匀性等方向发展。LED 产业链可分为上、中、下游,分别是LED 外延芯片、LED 封装及LED 应用。作为LED 产业链中承上启下的LED 封装,在整个产业链中起着重要作用。LED 由芯片、导线、支架、导电胶、封装材料等组成,其中,封装材料是影响LED 性能和使用寿命的关键因素之一。目前,封装材料由于其对透光性的特殊要求,目前市面上使用的主要有环氧树脂、有机硅、聚碳酸酯、玻璃、聚甲基丙烯酸酯等高透明度材料。但由于这些材料多数硬度较大且加工不方便,故基本上用于外层透镜材料。传统的LED 环氧树脂封装材料存在内应力大、耐热性差、容易老化等缺陷,不能满足LED 封装材料性能上日益发展的需求,正逐步被有机硅材料或者有机硅改性材料取代。有机硅材料是一种具有高耐紫外线和高耐老化能力、低应力的材料,成为LED 封装材料的理想选择。硅树脂的透光率与LED 器件的发光强度和效率成正比,透光率越高,有利于增加LED 器件的发光强度和效率。由于氮化镓芯片具有高的折射率(约为2.2) ,一般有机硅材料的折光率只有1.4,所以,提高有机硅材料的折光率可以减少与芯片折光率之差,减少界面反射和折射带来的光损失,增强LED 器件的取光效率。

  1、LED 封装用改性环氧树脂

  环氧树脂具有较高的折射率和透光率,并且力学性能和粘接性能相当不错,所以市场上仍有一定产品在采用。通过引入有机硅功能团改性环氧树脂,可提高环氧树脂的高温使用性能和抗冲击性能,降低产品的收缩率和热膨胀性,提高产品的应用范围。按反应机理,有机硅改性环氧树脂可分为物理共混和化学共聚两种方法。如果纯粹依靠单纯的物理共混,由于有机硅与环氧树脂的溶解度系数相差较大,微观相结构容易呈分离态,改性效果不佳,一般需要通过添加过渡相容基团的方法来改进其相容性能。S. S. Hou等使用含氢聚硅氧烷与烯丙基缩水甘油醚进行硅氢加成反应,制备出含有环氧基的聚硅氧烷,然后与双酚A型环氧树脂共混。其实验结果表明: 改性产品的微观相结构较好,没有相分离。

  化学共聚方法是利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目的。早在2007 年国外就有人采用该方法开展了用有机硅共聚改性环氧封装材料用于LED 产品的研究,其实验证明该方法能够使该封装材料的抗冲击性能和耐高低温性能得到明显提高、收缩率和热膨胀系数显著降低。Deborah等采用缩合反应,将4—乙烯基环氧乙烷分别与二(二甲基硅烷) 四苯基环四硅氧、三(二甲基硅烷) 苯基硅氧烷等多种硅烷进行混合反应,制成了耐冲击性优良和耐UV 老化性强、透光率高、热膨胀系数满足芯片产品要的改性环氧树脂产品。黎学明等采用UV 固化技术,将聚有机硅倍半氧烷和环氧树脂原位交联杂化,得到了具有高透光、热稳定性强和耐UV 老化、抗冲击性优良和高附着力的环氧聚有机硅倍半氧烷杂化膜材料,可用来取代目前使用的高温固化环氧材料,用于LED、电子封装等行业。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(1.58) ,热稳定性好,耐紫外线的有机硅环氧改性材料。黄云欣等首先合成了不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,结果显示三种聚硅氧烷均能提高环氧树脂产品的韧性和弯曲强度。杨欣等通过2— ( 3,4—环氧环已烷基)乙基甲基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,采用甲基六氢苯酐做固化剂,得到的产品具有透光率和耐热老化性能都有很大的改善,有望在LED 封装材料领域得到推广应用。Crivello. J等用含有双键的环氧单体有烯丙基缩水甘油醚以及4—乙烯基环氧环己烷,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,具有较好的透明度和耐热性。

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