目前�LED產業已進入大功率、高亮度的高速發展時期。與傳統光源相比�LED的優點突出,消耗的電能僅是傳統光源�1/10;而在恰當的電流和電壓下,LED的使用壽命完全可�10萬小時;基本上是一塊很小的晶片被封裝在高分子材料里面,非常的小,非常的輕;LED是由無毒材料制成,不像熒光燈含水銀會造成污染,可以回收再利用等等。憑借以上自身優勢,目前LED在背光源、顯示屏、交通訊號顯示光源等方面得到了廣泛的應用。隨著亮度和功率的不斷提升,LED取代白熾燈等照明光源已成為照明領域的大勢所趨,大功率高亮度白光LED的發明,被業界稱為繼取火照明、愛迪生發明電燈之后的“照明領域的第三次革命”�
據報道,我國功率型和大功�LED已達到國際產業化先進水平。下游器件的封裝實現了大批量生產,已成為世界重要�LED封裝基地。在LED產業中外延片和芯片的研究生產進展迅速,卻相對忽視了對封裝材料的研究。長久以來,LED封裝的制程沒有太大的改變,封裝材料一直沒有革命性的突破�
我國�LED封裝材料和工藝方面的研究和生產起步較晚、品種少,技術水平和生產規模與國際水平有較大差距,現在僅有小功率LED用環氧樹脂類封裝材料。當前,高端LED器件和大功率LED封裝用有機硅類材料均需進口,價格昂貴,極大地制約了我國LED產業的發展。目前,國內和有機硅材料相關的研究單位和生產企業�LED封裝行業缺乏了解,對LED封裝用有機硅材料相關產品的研發工作開展較少。已有國產有機硅封裝材料以低端市場為主,價格便宜,但是由于資金和技術缺乏,產品耐老化性能較差。而高端封裝企業對材料在耐熱性、耐紫外光輻射性、折射率、透光率等方面有更高的要求�
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�LED的工作要求。目前,環氧樹脂在國內封裝材料市場占了較大比例,由于樹脂本身具有優異的電絕緣性、密著性、介電性能、透明性,且粘結性好;同時貯存穩定、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氧樹脂的透明度嚴重下降,很難滿足大功�LED封裝的要求,許多專家甚至認為,封裝材料和工藝的落后已�LED產業的發展起到了瓶頸作用�
1、封裝工藝對于材料的性能要求
為了滿足LED實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�
固化前的物理性質與操作性相關,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,材料冷卻之產生明顯收縮,導致與周邊材料的界面產生應力,繼而引發剝雀材料出現裂縫現象,所以盡可能低溫固化�
�2)表面粘結性�
封裝表面裸露的密封材料具有粘性,會導致密封材料之間相互粘結,這種無法從選材機上剝離的狀況會導致可操作性的降低。此外,在使用過程中,也會產生粘住灰塵、降低亮度的情況。從耐剝雀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,會產生因著色、劇烈熱變化引發的剝雀裂縫、鋼絲斷裂等�
2、光透過�
LED封裝材料對可視光的吸收會導致取光率降低,封裝材料要具有低吸光率、高透明性。相對環氧樹脂來說,有機硅樹脂透明性更為出色。在紫外光區有機硅樹脂類封裝材料的透過率可以達�95%以上,使LED器件的光透過率和發光強度得到大幅提高�
3、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�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(n�2.2�2.4)遠高于有機硅封裝材料的折射率(n=1.41),當芯片發光經過封裝材料時,會在其界面上發生全反射效應,造成大部分的光線反射回芯片內部,無法有效導出,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�LED亮度獲得增加,就紅光LED器件而言,當封裝材料折射率為1.7時,外部取光效率可提�44%。因此開發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�
4、耐熱老化和耐光老化性能
在大功率高亮�LED中,封裝材料不僅會受到很強烈的光照,還受到芯片散熱的影響,因此,封裝材料需要同時具備耐光性和耐熱性。即使長時間暴露在高溫環境下,密封材料也要求保證不變色、物理性質穩定�
二、功率型LED封裝材料的研究現狀
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