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环氧树脂封装材料研究的 7 项进展

2015-12-25 12:09
flinay
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  LED主要由基板、晶片、引线、荧光粉层、封装材料等组成,其中封装材料主要起保护和密封晶片的作用,避免其受到周围环境的温度与湿度的影响,并提高器件对外来冲击的抵抗力,减缓机械振动,保障其正常工作。

  LED外层透镜材料一般采用聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯等透明热塑性树脂注射成型,以及环氧树脂、有机硅等热固性材料灌封成型。近年来随着功率型LED的普及,尤其是基于紫外的白光LED的发展,要求封装材料对紫外光有较高吸收的同时,能够保持其在可见光区高透明性,而这些热塑性树脂在耐变色性、透光率、耐热性以及抗冲击性等方面已不能满足要求。

  环氧树脂存在吸湿性和耐热性差,易老化黄变,固化内应力大等缺陷,缩短了LED器件的使用寿命。在研究用硅树脂制作LED透镜材料的过程中发现:普通硅树脂的折射率、黏结性不能满足要求;而硅橡胶的强度不够,受应力变形大,易出现内部芯片、引线发生故障等问题。

  环氧树脂是泛指分子中含有2个或2个以上环氧基团的有机高分子化合物。其分子结构中含有活泼的环氧基团及数量众多的仲羟基,可与胺、酸酐等固化剂发生交联反应,生成三维网状结构的固化物。它具有优异的电绝缘性、介电性能和耐蚀性,广泛应用于电子、汽车、航空等行业。

  1962年,通用电气公司的尼克·何伦亚克开发了首个实用的环氧树脂封装的可见光发光二极管。

  环氧树脂作为LED封装材料具有较高的交联密度,因而存在质脆、抗冲击韧性差等缺点,且长期使用后,在晶片发射的紫外光照射下会发生黄变、老化等现象,导致其透光率下降,降低了LED器件的亮度。

  另外,环氧树脂的热阻高达250~300℃/W,热量蓄积使得LED器件温度上升,从而加速器件光衰,影响使用寿命。同时不同材料之间的膨胀-收缩率存在差异,易产生应力,造成开路而失效。

  因此,需要对其改性才能满足高折射率、较高的抗冲击韧性、高热传导性以及耐紫外线老化等封装要求,提高器件的可靠性。

  提高环氧树脂折射率的主要方法是在分子中引入硫、苯等高折射率基体。硫元素通常以硫醚键、硫酯键、硫代氨基甲酸酯和砜基等形式引入。

  1、Okuno A等以环硫的形式,将硫元素引入聚合物单体,并以环硫基团为反应基团进行聚合,得到了一种高折射率、透明的环氧树脂灌封胶,可用于LED 的封装。

  2、曾庆鹏等采用不同相对分子质量的含端羟基超支化聚酯(H20和H30)以及端羧基改性超支化聚酯(H20-COOH)增韧邻甲酚醛环氧树脂。结果发现:上述三种超支化聚酯的加入均能提高环氧树脂的冲击强度和弯曲强度,而基本不降低材料的弯曲模量。其中,H30的质量分数为2.5%时,环氧树脂的冲击强度提高了90%;而H20-COOH的质量分数为2.5%时,材料的弯曲强度提高了约60%,增强了封装材料的抗冲击韧性。

  考虑到LED封装集成度的提高,功率半导体器件的散热材料应尽可能满足高的热导率和高绝缘性能要求,但大多数材料是不可能同时满足上述两个要求的。金刚石是目前已知的导热性能最佳的材料,其热导率为2000 W/(m·K),电阻率>1×1016Ω·cm,具有优异的电绝缘性,是非常好的绝缘导热填料。

  3、林雪春等将平均粒径为10μm的金刚石作为导热颗粒,添加到双酚A环氧树脂中,制备了高导热、低膨胀导热胶。该环氧树脂/金刚石导热胶体系完全固化的最佳条件为:125℃,1h和150℃,1h。当金刚石质量分数为40%时,所制备的导热胶的热导率为0.85W/(m·K),热膨胀系数为33.15×10-6/K;当金刚石质量分数达到50%时,导热胶的热导率为1.07W/(m·K),热膨胀系数为16.65×10-6/K,且体系的流动性好,固化物有较高的强度和韧性,已能满足LED封装用导热胶的技术要求。

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