解讀功率型LED封裝材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

（一）LED用封裝材料的性能要求

　　LED用封裝材料一方面要滿足封裝工藝的要求，另外一方面要滿足LED的工作要求。目前，環(huán)氧樹脂在國內(nèi)封裝材料市場占了較大比例，由于樹脂本身具有優(yōu)異的電絕緣性、密著性、介電性能、透明性，且粘結(jié)性好；同時(shí)貯存穩(wěn)定、配方靈活、操作簡便，但是較高的工作溫度和紫外線輻射使環(huán)氧樹脂的透明度嚴(yán)重下降，很難滿足大功率LED封裝的要求，許多專家甚至認(rèn)為，封裝材料和工藝的落后已對LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了瓶頸作用。

　　封裝工藝對于材料的性能要求

　　為了滿足LED實(shí)際裝配的操作工藝的需要，封裝材料要具有合適的粘度、粘結(jié)性和耐溫性，包括：(1)固化前的物理特性、固化后的一般特性。固化前的物理性質(zhì)與操作性相關(guān)，其中粘度與固化特性尤為重要。由于聚合物材料的高膨脹率影響，熱固化后，材料冷卻之產(chǎn)生明顯收縮，導(dǎo)致與周邊材料的界面產(chǎn)生應(yīng)力，繼而引發(fā)剝離、材料出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，所以盡可能低溫固化。(2)表面粘結(jié)性。封裝表面裸露的密封材料具有粘性，會導(dǎo)致密封材料之間相互粘結(jié)，這種無法從選材機(jī)上剝離的狀況會導(dǎo)致可操作性的降低。此外，在使用過程中，也會產(chǎn)生粘住灰塵、降低亮度的情況。從耐剝離、耐裂縫性的方面來看，需要較柔軟的封裝材料，但一般情況下，越柔軟的材料粘性越高，因此，需要一種在這兩者之間具有良好平衡性的材料。(3)無鉛逆流性。近年對無鉛焊錫表面處理的要求越來越高，這也表明了對封裝材料的耐熱性要求越來越高。在高溫逆流情況下，會產(chǎn)生因著色、劇烈熱變化引發(fā)的剝離、裂縫、鋼絲斷裂等。

　　光透過率

　　LED封裝材料對可視光的吸收會導(dǎo)致取光率降低，封裝材料要具有低吸光率、高透明性。相對環(huán)氧樹脂來說，有機(jī)硅樹脂透明性更為出色。在紫外光區(qū)有機(jī)硅樹脂類封裝材料的透過率可以達(dá)到95%以上，使LED器件的光透過率和發(fā)光強(qiáng)度得到大幅提高。

　　折射率

　　LED芯片與封裝材料之間的折射率的差別會對取光率有很大的影響，因此提高材料的折射率，讓它盡可能地接近LED芯片的折射率，有利于光的透過。一般來說，LED芯片的折射率(/7，=2.2—2.4)遠(yuǎn)高于有機(jī)硅封裝材料的折射率(/7，=1.41)，當(dāng)芯片發(fā)光經(jīng)過封裝材料時(shí)，會在其界面上發(fā)生全反射效應(yīng)，造成大部分的光線反射回芯片內(nèi)部，無法有效導(dǎo)出，亮度效能直接受損。為解決此問題，必須提高封裝材料的折射率來減小全反射損失。有研究指出，隨著封裝材料折射率的增加，將可使LED亮度獲得增加，就紅光LED器件而言，當(dāng)封裝材料折射率為1.7時(shí)，外部取光效率可提升44%。因此開發(fā)高折射率透明材料以縮小芯片與封裝材料間的折射率差異，其重要性顯而易見。

　　耐熱老化和耐光老化性能

　　在大功率高亮度LED中，封裝材料不僅會受到很強(qiáng)烈的光照，還受到芯片散熱的影響，因此，封裝材料需要同時(shí)具備耐光性和耐熱性。即使長時(shí)間暴露在高溫環(huán)境下，密封材料也要求保證不變色、物理性質(zhì)穩(wěn)定。

　　(二)功率型LED封裝材料的研究現(xiàn)狀

　　有機(jī)硅/環(huán)氧樹脂封裝材料

　　隨著LED的功率和亮度越來越大，環(huán)氧樹脂耐光、熱老化等方面已經(jīng)很難滿足封裝的要求。 但是環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的介電、粘結(jié)性能，尤其是價(jià)格便宜，成本低廉。因此過去一段時(shí)間里，研究工作者并沒有放棄使用環(huán)氧樹脂，而是采取了利用有機(jī)硅來改性環(huán)氧樹脂的方式來開發(fā)兼具兩種材料優(yōu)點(diǎn)的封裝材料?！　】紤]到LED的芯片發(fā)熱發(fā)光是引起封裝材料老化的主要原因，有的封裝廠家在靠近 片的內(nèi)層使刷有機(jī)硅材料，而外層透鏡材料選擇環(huán)氧樹脂、PC、PMMA等。但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂、PC、PMMA耐老化性不夠，與內(nèi)層有機(jī)硅材料也存在界面相容性差等問題。

　　有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂作封裝材料使用時(shí)，材料的韌性和耐高低溫性有明顯改善。有文獻(xiàn)報(bào)道將加成型有機(jī)硅與環(huán)氧樹脂混合作為封裝材料，以含乙烯基和si一0H基的聚有機(jī)硅氧烷與特定結(jié)構(gòu)的環(huán)釩樹脂的混合物作基礎(chǔ)聚合物，加入交聯(lián)劑、催化劑、稀釋劑，配成封裝料用于LED的封裝，經(jīng)耐熱試驗(yàn)不變色，一40—120 oC冷熱沖擊無剝離及開裂現(xiàn)象發(fā)生，LED發(fā)光效率高。也有采用環(huán)氧改性聚有機(jī) 氧烷 環(huán)釩化合物的混合封裝料的報(bào)道 ]，由環(huán)氧改性聚有機(jī)硅氧烷與脂肪族或脂環(huán)族環(huán)氧化合物混合，垌酸卅作化劑配成的封裝料具有耐uV光老化、耐冷熱沖擊、高透明性、高硬度及與基板粘接性好的特點(diǎn)，詐常適合500 nm以下波長發(fā)光峰的藍(lán)色及白色LED的封裝。特定結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂與聚有機(jī)硅氧烷配成的I，ED封裝料既可改善環(huán)氧樹脂的耐熱性、耐uV光老化性，又可改善有機(jī)硅材料的粘接性、表面粘附性，是值得重視的一個開發(fā)途徑 。

　　日本信越公司利用含硅羥基的硅樹脂、硅油、硅橡膠的混合物與環(huán)氧樹脂一起進(jìn)行硅氫化反心，經(jīng)過塑成型最終得到70(Shore D)、1.51(nd，25℃)改性樹脂材料，可抗近千次冷熱沖擊數(shù)實(shí)驗(yàn)。

　　美國GE公司專利報(bào)道，將先硅烷共水解縮聚得到含羥基的硅樹脂，將硅樹脂再與有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂復(fù)配，高溫硫化后制備的封裝材料折射率最高可達(dá)1.60。該材料(5mm厚度)經(jīng)波長380nm的光波輔射500 h或在150℃下經(jīng)波長400—450 nm的紫外光照射500 h后，透光率仍高于80%。

　　石英粉、單晶硅、鋁粉、鋅粉、玻璃纖維等常用來改善