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溧陽市瑞誠新材料有限公司
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LED封裝材料基礎(chǔ)知識
作者：瑞誠 來源：本站 發(fā)表時間：2019-06-12 22:10:18 瀏覽：次
LED封裝材料主要有環(huán)氧樹脂，聚碳酸脂，聚甲基丙烯酸甲脂，玻璃，有機硅材料等高透明材料。其中聚碳酸脂，聚甲基丙烯酸甲脂，玻璃等用作外層透鏡材料；環(huán)氧樹脂，改性環(huán)氧樹脂，有機硅材料等，主要作為封裝材料，亦可作為透鏡材料。而高性能有機硅材料將成為高端LED封裝材料的封裝方向之一。下面將主要介紹有機硅封裝材料。
提高LED封裝材料折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高光量子效率，封裝材料的折射率是一個重要指標(biāo)，越高越好。提高折射率可采用向封裝材料中引入硫元素，引入形式多為硫醚鍵、硫脂鍵等，以環(huán)硫形式將硫元素引入聚合物單體，并以環(huán)硫基團為反應(yīng)基團進行聚合則是一種較新的方法。最新的研發(fā)動態(tài)，也有將納米無機材料與聚合物體系復(fù)合制備封裝材料，還有將金屬絡(luò)合物引入到封裝材料，折射率可以達到1.6-1.8，甚至2.0，這樣不僅可以提高折射率和耐紫外輻射性，還可提高封裝材料的綜合性能。
一、膠水基礎(chǔ)特性
1.1有機硅化合物--聚硅氧烷簡介
有機硅封裝材料主要成分是有機硅化合物。有機硅化合物是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-0-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機硅化合物中為數(shù)最多，研究最深、應(yīng)用最廣的一類，約占總用量的90% 以上。
1.1.1結(jié)構(gòu)
其結(jié)構(gòu)是一類以重復(fù)的Si-O鍵為主鏈，硅原子上直接連接有機基團的聚合物，其通式為R’---（Si R R’ ---O）n--- R”，其中，R、R’、R”代表基團，如甲基，苯基，羥基，H，乙烯基等；n為重復(fù)的Si-O鍵個數(shù)（n不小于2）。
有機硅材料結(jié)構(gòu)的獨特性：
（1） Si原子上充足的基團將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來；
（2） C-H無極性，使分子間相互作用力十分微弱；
（3） Si-O鍵長較長，Si-O-Si鍵鍵角大。
（4） Si-O鍵是具有50％離子鍵特征的共價鍵（共價鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。
1.1.2性能
由于有機硅獨特的結(jié)構(gòu)，兼?zhèn)淞藷o機材料與有機材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性。
耐溫特性：有機硅產(chǎn)品是以硅－氧（Si－O）鍵為主鏈結(jié)構(gòu)的，C－C鍵的鍵能為347kJ/mol，Si－O鍵的鍵能在有機硅中為462kJ/mol，所以有機硅產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性高，高溫下（或輻射照射）分子的化學(xué)鍵不斷裂、不分解。有機硅不但可耐高溫，而且也耐低溫，可在一個很寬的溫度范圍內(nèi)使用。無論是化學(xué)性能還是物理機械性能，隨溫度的變化都很小。
耐候性：有機硅產(chǎn)品的主鏈為－Si－O－，無雙鍵存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有機硅具有比其他高分子材料更好的熱穩(wěn)定性以及耐輻照和耐候能力。有機硅中自然環(huán)境下的使用壽命可達幾十年。
電氣絕緣性能：有機硅產(chǎn)品都具有良好的電絕緣性能，其介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻系數(shù)和表面電阻系數(shù)等均在絕緣材料中名列前茅，而且它們的電氣性能受溫度和頻率的影響很小。因此，它們是一種穩(wěn)定的電絕緣材料，被廣泛應(yīng)用于電子、電氣工業(yè)上。有機硅除了具有優(yōu)良的耐熱性外，還具有優(yōu)異的拒水性，這是電氣設(shè)備在濕態(tài)條件下使用具有高可靠性的保障。
生理惰性：聚硅氧烷類化合物是已知的最無活性的化合物中的一種。它們十分耐生物老化，與動物體無排異反應(yīng)，并具有較好的抗凝血性能。
低表面張力和低表面能：有機硅的主鏈?zhǔn)秩犴槪浞肿娱g的作用力比碳氫化合物要弱得多，因此，比同分子量的碳氫化合物粘度低，表面張力弱，表面能小，成膜能力強。這種低表面張力和低表面能是它獲得多方面應(yīng)用的主要原因：疏水、消泡、泡沫穩(wěn)定、防粘、潤滑、上光等各項優(yōu)異性能。
1.1.3有機硅化合物的用途
由于有機硅具有上述這些優(yōu)異的性能，因此它的應(yīng)用范圍非常廣泛。它不僅作為航空、尖端技術(shù)、軍事技術(shù)部門的特種材料使用，而且也用于國民經(jīng)濟各行業(yè)，其應(yīng)用范圍已擴到：建筑、電子電氣、半導(dǎo)體、紡織、汽車、機械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫(yī)藥醫(yī)療等行業(yè)。
其中有機硅主要起到密封、粘合、潤滑、絕緣、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等功能。
隨著有機硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨樹一幟的重要產(chǎn)品體系，許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。
1.2 LED封裝用有機硅材料特性簡介
LED封裝用有機硅材料的要求：光學(xué)應(yīng)用材料具有透光率高，熱穩(wěn)定性好，應(yīng)力小，吸濕性低等特殊要求，一般甲基類型的硅樹脂25℃時折射率為1.41左右，而苯基類型的硅樹脂折射率要高，可以做到1.54以上，450 nm波長的透光率要求大于95％。在固化前有適當(dāng)?shù)牧鲃有裕尚魏?；固化后透明、硬度、強度高，在高濕環(huán)境下加熱后能保持透明性。
主要技術(shù)指標(biāo)有：折射率、粘度、透光率、無機離子含量、固化后硬度、線性膨脹系數(shù)等等。
1.2.1 材料光學(xué)透過率特性
石英玻璃、硅樹脂和環(huán)氧樹脂的透過率如圖1 所示。硅樹脂和環(huán)氧樹脂先注入模具, 高溫固化后脫模, 形成厚度均勻為5 mm 的樣品。可以看到, 環(huán)氧樹脂在可見光范圍具有很高的透過率, 某些波長的透過率甚至超過了95% , 但環(huán)氧樹脂在紫外光范圍的吸收損耗較大, 波長小于380 nm 時, 透過率迅速下降。硅樹脂在可見光范圍透過率接近92% , 在紫外光范圍內(nèi)要稍低一些, 但在320 nm時仍然高于88% , 表現(xiàn)出很好的紫外光透射性質(zhì);
提高LED封裝材料折射率可有效減少折射率物理屏障帶來的光子損失，提高光量子效率，封裝材料的折射率是一個重要指標(biāo)，越高越好。提高折射率可采用向封裝材料中引入硫元素，引入形式多為硫醚鍵、硫脂鍵等，以環(huán)硫形式將硫元素引入聚合物單體，并以環(huán)硫基團為反應(yīng)基團進行聚合則是一種較新的方法。最新的研發(fā)動態(tài)，也有將納米無機材料與聚合物體系復(fù)合制備封裝材料，還有將金屬絡(luò)合物引入到封裝材料，折射率可以達到1.6-1.8，甚至2.0，這樣不僅可以提高折射率和耐紫外輻射性，還可提高封裝材料的綜合性能。
一、膠水基礎(chǔ)特性
1.1有機硅化合物--聚硅氧烷簡介
有機硅封裝材料主要成分是有機硅化合物。有機硅化合物是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-0-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機硅化合物中為數(shù)最多，研究最深、應(yīng)用最廣的一類，約占總用量的90% 以上。
1.1.1結(jié)構(gòu)
其結(jié)構(gòu)是一類以重復(fù)的Si-O鍵為主鏈，硅原子上直接連接有機基團的聚合物，其通式為R’---（Si R R’ ---O）n--- R”，其中，R、R’、R”代表基團，如甲基，苯基，羥基，H，乙烯基等；n為重復(fù)的Si-O鍵個數(shù)（n不小于2）。
有機硅材料結(jié)構(gòu)的獨特性：
（1） Si原子上充足的基團將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來；
（2） C-H無極性，使分子間相互作用力十分微弱；
（3） Si-O鍵長較長，Si-O-Si鍵鍵角大。
（4） Si-O鍵是具有50％離子鍵特征的共價鍵（共價鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。
1.1.2性能
由于有機硅獨特的結(jié)構(gòu)，兼?zhèn)淞藷o機材料與有機材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性。
耐溫特性：有機硅產(chǎn)品是以硅－氧（Si－O）鍵為主鏈結(jié)構(gòu)的，C－C鍵的鍵能為347kJ/mol，Si－O鍵的鍵能在有機硅中為462kJ/mol，所以有機硅產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性高，高溫下（或輻射照射）分子的化學(xué)鍵不斷裂、不分解。有機硅不但可耐高溫，而且也耐低溫，可在一個很寬的溫度范圍內(nèi)使用。無論是化學(xué)性能還是物理機械性能，隨溫度的變化都很小。
耐候性：有機硅產(chǎn)品的主鏈為－Si－O－，無雙鍵存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有機硅具有比其他高分子材料更好的熱穩(wěn)定性以及耐輻照和耐候能力。有機硅中自然環(huán)境下的使用壽命可達幾十年。
電氣絕緣性能：有機硅產(chǎn)品都具有良好的電絕緣性能，其介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻系數(shù)和表面電阻系數(shù)等均在絕緣材料中名列前茅，而且它們的電氣性能受溫度和頻率的影響很小。因此，它們是一種穩(wěn)定的電絕緣材料，被廣泛應(yīng)用于電子、電氣工業(yè)上。有機硅除了具有優(yōu)良的耐熱性外，還具有優(yōu)異的拒水性，這是電氣設(shè)備在濕態(tài)條件下使用具有高可靠性的保障。
生理惰性：聚硅氧烷類化合物是已知的最無活性的化合物中的一種。它們十分耐生物老化，與動物體無排異反應(yīng)，并具有較好的抗凝血性能。
低表面張力和低表面能：有機硅的主鏈?zhǔn)秩犴槪浞肿娱g的作用力比碳氫化合物要弱得多，因此，比同分子量的碳氫化合物粘度低，表面張力弱，表面能小，成膜能力強。這種低表面張力和低表面能是它獲得多方面應(yīng)用的主要原因：疏水、消泡、泡沫穩(wěn)定、防粘、潤滑、上光等各項優(yōu)異性能。
1.1.3有機硅化合物的用途
由于有機硅具有上述這些優(yōu)異的性能，因此它的應(yīng)用范圍非常廣泛。它不僅作為航空、尖端技術(shù)、軍事技術(shù)部門的特種材料使用，而且也用于國民經(jīng)濟各行業(yè)，其應(yīng)用范圍已擴到：建筑、電子電氣、半導(dǎo)體、紡織、汽車、機械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫(yī)藥醫(yī)療等行業(yè)。
其中有機硅主要起到密封、粘合、潤滑、絕緣、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等功能。
隨著有機硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨樹一幟的重要產(chǎn)品體系，許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。
1.2 LED封裝用有機硅材料特性簡介
LED封裝用有機硅材料的要求：光學(xué)應(yīng)用材料具有透光率高，熱穩(wěn)定性好，應(yīng)力小，吸濕性低等特殊要求，一般甲基類型的硅樹脂25℃時折射率為1.41左右，而苯基類型的硅樹脂折射率要高，可以做到1.54以上，450 nm波長的透光率要求大于95％。在固化前有適當(dāng)?shù)牧鲃有裕尚魏?；固化后透明、硬度、強度高，在高濕環(huán)境下加熱后能保持透明性。
主要技術(shù)指標(biāo)有：折射率、粘度、透光率、無機離子含量、固化后硬度、線性膨脹系數(shù)等等。
1.2.1 材料光學(xué)透過率特性
石英玻璃、硅樹脂和環(huán)氧樹脂的透過率如圖1 所示。硅樹脂和環(huán)氧樹脂先注入模具, 高溫固化后脫模, 形成厚度均勻為5 mm 的樣品。可以看到, 環(huán)氧樹脂在可見光范圍具有很高的透過率, 某些波長的透過率甚至超過了95% , 但環(huán)氧樹脂在紫外光范圍的吸收損耗較大, 波長小于380 nm 時, 透過率迅速下降。硅樹脂在可見光范圍透過率接近92% , 在紫外光范圍內(nèi)要稍低一些, 但在320 nm時仍然高于88% , 表現(xiàn)出很好的紫外光透射性質(zhì);
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