解讀功率型LED封裝材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

　　有機(jī)硅封裝材料

　　大量研究報道雖然證明了有機(jī)硅改性可以改善環(huán)氧樹脂封裝料的性能，但有機(jī)硅改性材料分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基，對材料耐輻射性能不利，而且存在易黃變的問題。有機(jī)硅材料的光學(xué)凈度與熱穩(wěn)定性在高亮度和高可靠性的LED應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。有機(jī)硅材料正迅速取代環(huán)氧樹脂和其他有機(jī)材料，為各種LED的應(yīng)用提供廣泛的灌封材料、透鏡材料、粘結(jié)劑、密封膠以及保護(hù)涂層產(chǎn)品。

　　目前市場上的有機(jī)硅密封材料分為兩種：高折射率型和普通折射率型有機(jī)硅材料，包括凝膠、硅橡膠和硅樹脂。普通折射率型有機(jī)硅是以二甲基硅氧烷為主，而高折射率型有機(jī)硅足以苯基甲基砘氰烷為主。國際三大硅膠企業(yè)道康寧、邁圖、信越產(chǎn)品以高折射率有機(jī)硅封裝材料為主，在國內(nèi)高端市場占據(jù)絕對優(yōu)勢。

　　目前市場上幾家主流的有機(jī)硅LED封裝材料供應(yīng)商是日本信越、美國道康寧、邁圖和Nusil科技，他們陸續(xù)推出了折射率超過1.50的硅膠和硅樹脂產(chǎn)品。其中美國道康寧公司研究高分子聚合技術(shù)已有120年歷史，對LED封裝材料的研究處于領(lǐng)先水平，產(chǎn)品種類齊全，市場價格為5000～6000 公斤，高折射率產(chǎn)品主要牌號有：SR7010，OE26336，OE6550，JCR6175等。日本信越公司的產(chǎn)品耐老化性能優(yōu)越，定位更高，市場價格為7000元/公斤，主要牌號有：SCR-1012，KER-2500，LPS-5547等 。邁圖的硅膠可操作性突出，市場價格為5000元/公斤，主打IVS系列產(chǎn)品，牌號有5332，5862，4542，4622等?！　榱颂岣叻庋b材料的折射率，有研究稱 可以使用高折射率含苯基硅氧鏈節(jié)的含氫硅油和鉑系催化劑來配合基礎(chǔ)聚合物進(jìn)行固化反應(yīng)，不但材料的折射率可以顯著提高，而且材料的機(jī)械強(qiáng)度、耐光熱性能也有不同程度的改善。還可以通過提高封裝材料中苯基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來降低這類有機(jī)硅材料的收縮率，提高其耐冷熱循環(huán)沖擊性能、優(yōu)異的機(jī)械性能和粘接性能。另外有人將加成型液體硅橡膠通過注塑成型，實(shí)驗(yàn)證明可以降低橡膠材料的收縮率。而對于樹脂材料來說，注塑成型同樣適用，有報道稱制備相同硬度的材料時，注塑成型可以使材料彈性模量提高約3% ，而不影響材料的透光性，并且加入無機(jī)填料還能夠有效改善硅橡膠的耐熱性能和耐輻射性能。近來有人針對封裝材料固化周期長，固化溫度高等問題展開研究，在配方中添加感光劑，利用可見光或紫外光照射固化，只需15—20 min即可固化完全，而其它性能不受影響。LED封裝用有機(jī)硅材料一般使用鉑催化劑，而鉑催化劑保存時間短，易發(fā)黃，對封裝材料的光透過性能不利，為此有人通過使用含苯基乙烯基的硅氧烷做配體，研究了一種不易變色的鉑催化劑，使用該催化劑制備的硅橡膠封裝材料折射率高，光透過性能超過95%。

　　從目前市場來看，有機(jī)硅封裝材料中加成型苯基硅樹脂封裝料用量有明顯增大趨勢，硅樹脂易加工成型、折光指數(shù)高、光透過性能和粘接性能良好，并且耐紫外光和熱老化能力強(qiáng)，增加兩官能度鏈段用量一定程度上還可以改善其抗沖擊能力，可用于LED封裝或者透鏡材料使用。另外利用紫外光來固化硅樹脂 ，也可以得到性能優(yōu)異的封裝材料，尤其是材料的抗變色能力突出，可以用來封裝白色功率型LED。

　　綜合上述國外制備的高折射率LED封裝用有機(jī)硅材料不難看出，他們在選擇基礎(chǔ)聚合物時均選擇了含苯基的聚硅氧烷。目前國內(nèi)制備的含苯基聚硅氧烷只能用于生產(chǎn)對其性能要求不高的中低端產(chǎn)品，而高性能含苯基聚硅氧烷仍然依賴進(jìn)口。正是由于這樣的原因，目前國內(nèi)有關(guān)高折光指數(shù)的有機(jī)硅材料的報道不多，但是也逐漸取得了一些進(jìn)展。

　　中國科學(xué)院化學(xué)研究所在實(shí)驗(yàn)室已制備出了折光指數(shù)為1.56的硅油；杭州師范大學(xué)利用混合環(huán)硅氧烷進(jìn)行共開環(huán)聚合反應(yīng)，在甲苯溶劑中，4O～80℃陽離子交換樹脂催化，制備得到端基含氫的無色透明硅油，其折光指數(shù)為1.39～1.51(25℃) 。中國科學(xué)院化學(xué)研究所開發(fā)了有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂LED透鏡材料，但是材料的耐紫外光、熱老化性能不如有機(jī)硅。近來深圳方大國科光電技術(shù)有限公司報道將復(fù)合硅樹脂和硅油混合，利用硅氫加成反應(yīng)來制備的封裝材料透光率可高達(dá)98%，在大功率白光LED上取得了較好的應(yīng)用效果。

　　結(jié)論

　　隨著對LED器件發(fā)光效率的深入研究，對封裝材料的耐光老化、熱老化、折射率、透光性等提出了新的要求。當(dāng)前國內(nèi)外LED封裝企業(yè)已經(jīng)開始使用具有出色耐紫外光老化和熱老化性能的透明有機(jī)硅材料代替環(huán)氧樹脂作為封裝材料，這類材料已成為國外幾家大公司和研究機(jī)構(gòu)的研究和產(chǎn)品開發(fā)熱點(diǎn)。

　　不容置疑，有機(jī)硅封裝材料是滿足LED封裝要求的理想選擇，正迅速取代環(huán)氧樹脂和其他有機(jī)材料，為各種LED的應(yīng)用提供廣泛的灌封材料、透鏡材料、粘結(jié)劑、密封膠以及保護(hù)涂層產(chǎn)品。但是隨著LED產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對亮度、用途、包裝過程、設(shè)計等多樣化發(fā)展的需要產(chǎn)生了對不同硬度、更大折射率封裝材料的需求，同時為了確保包裝后的可靠性，選擇合適硬度、粘結(jié)性的材料也是是非常重要的。目前LED封裝用有機(jī)硅材料主要存在以下問題：(1)從有機(jī)硅化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成的角度來看，高折射率化是比較困難的，使用高折射率的超細(xì)納米粒子進(jìn)行改l生將備受關(guān)注。(2)有機(jī)硅材料的熱導(dǎo)率較低，為提高其熱導(dǎo)性就必須要提高氧化鋁、銀等高傳導(dǎo)率輔助材料的填充率。但是，只采用現(xiàn)有技術(shù)無法獲得透明性，需要有進(jìn)一步的技術(shù)突破。(3)與其它LED封裝材料相比，有機(jī)硅雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它本身不具備較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，熱膨脹率較高，為彌補(bǔ)這一缺陷，需要對材料進(jìn)行改性。以上幾點(diǎn)對有機(jī)硅制造業(yè)將是非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。