解讀功率型LED封裝材料的研究現狀及發展方向

　　有機硅封裝材料

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

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

　　目前市場上幾家主流的有機硅LED封裝材料供應商是日本信越、美國道康寧、邁圖和Nusil科技，他們陸續推出了折射率超過1.50的硅膠和硅樹脂產品。其中美國道康寧公司研究高分子聚合技術已有120年歷史，對LED封裝材料的研究處于領先水平，產品種類齊全，市場價格為5000～6000 公斤，高折射率產品主要牌號有：SR7010，OE26336，OE6550，JCR6175等。日本信越公司的產品耐老化性能優越，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系列產品，牌號有5332，5862，4542，4622等。　　為了提高封裝材料的折射率，有研究稱 可以使用高折射率含苯基硅氧鏈節的含氫硅油和鉑系催化劑來配合基礎聚合物進行固化反應，不但材料的折射率可以顯著提高，而且材料的機械強度、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量分數來降低這類有機硅材料的收縮率，提高其耐冷熱循環沖擊性能、優異的機械性能和粘接性能。另外有人將加成型液體硅橡膠通過注塑成型，實驗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封裝用有機硅材料一般使用鉑催化劑，而鉑催化劑保存時間短，易發黃，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，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封裝用有機硅材料不難看出，他們在選擇基礎聚合物時均選擇了含苯基的聚硅氧烷。目前國內制備的含苯基聚硅氧烷只能用于生產對其性能要求不高的中低端產品，而高性能含苯基聚硅氧烷仍然依賴進口。正是由于這樣的原因，目前國內有關高折光指數的有機硅材料的報道不多，但是也逐漸取得了一些進展。

　　中國科學院化學研究所在實驗室已制備出了折光指數為1.56的硅油；杭州師范大學利用混合環硅氧烷進行共開環聚合反應，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，其折光指數為1.39～1.51(25℃) 。中國科學院化學研究所開發了有機硅改性環氧樹脂LED透鏡材料，但是材料的耐紫外光、熱老化性能不如有機硅。近來深圳方大國科光電技術有限公司報道將復合硅樹脂和硅油混合，利用硅氫加成反應來制備的封裝材料透光率可高達98%，在大功率白光LED上取得了較好的應用效果。

　　結論

　　隨著對LED器件發光效率的深入研究，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。當前國內外LED封裝企業已經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硅材料代替環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構的研究和產品開發熱點。

　　不容置疑，有機硅封裝材料是滿足LED封裝要求的理想選擇，正迅速取代環氧樹脂和其他有機材料，為各種LED的應用提供廣泛的灌封材料、透鏡材料、粘結劑、密封膠以及保護涂層產品。但是隨著LED產業的高速發展，對亮度、用途、包裝過程、設計等多樣化發展的需要產生了對不同硬度、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、粘結性的材料也是是非常重要的。目前LED封裝用有機硅材料主要存在以下問題：(1)從有機硅化學結構和組成的角度來看，高折射率化是比較困難的，使用高折射率的超細納米粒子進行改l生將備受關注。(2)有機硅材料的熱導率較低，為提高其熱導性就必須要提高氧化鋁、銀等高傳導率輔助材料的填充率。但是，只采用現有技術無法獲得透明性，需要有進一步的技術突破。(3)與其它LED封裝材料相比，有機硅雖然有很多優點，但是它本身不具備較強的機械強度，熱膨脹率較高，為彌補這一缺陷，需要對材料進行改性。以上幾點對有機硅制造業將是非常嚴峻的挑戰。