Studie über Silikonharz für LED-Verkapselung

LED (light-emitting diode) has the characteristics of energy saving and environmental protection, long life, low use voltage, short switching time, etc., and is widely used in lighting, display, backlight and many other fields. At present, it is developing in the mature technology direction of higher brightness, high color, high weather resistance, and high luminous uniformity.

 

Warum ist LED-Verguss wichtig?

Die LED-Wertschöpfungskette lässt sich in Upstream, Midstream und Downstream unterteilen, nämlich LED-Chips, LED-Verguss und LED-Beleuchtungsanwendungen. Als LED-Verguss, der die oberen und unteren Ebenen in der LED-Wertschöpfungskette verbindet, spielt er eine wichtige Rolle in der gesamten Kette.

 

Eine LED besteht aus dem LED-Chip, Bonddraht, LED-Träger, leitenden Klebstoffen, Vergussmaterialien usw., wobei Vergussmaterialien einer der Schlüsselfaktoren sind, die die LED-Leistung und Lebensdauer beeinflussen.

Warum wird Silikonmaterial für die LED-Verkapselung verwendet?

Derzeit werden aufgrund spezieller Anforderungen an die Lichtdurchlässigkeit hauptsächlich Epoxidharz, Silikon, Polycarbonat, Glas, Polymethylmethacrylat und andere hochtransparente Materialien auf dem Markt verwendet. Da diese Materialien jedoch meist gehärtet und schwer zu verarbeiten sind, werden sie grundsätzlich für Außenlinsenmaterialien verwendet.

 

Traditionelle LED-Epoxidharz-Vergussmaterialien weisen Mängel wie hohe Eigenspannung, geringe Hitzebeständigkeit und schnelle Alterung auf, die den sich ständig entwickelnden Anforderungen an LED-Vergussmaterialien nicht gerecht werden, und werden daher nach und nach durch Silikonmaterialien oder silikonmodifizierte Materialien ersetzt.

 

 

Silikonmaterialien sind niedrigspannende Materialien mit hoher UV-Beständigkeit und Alterungsbeständigkeit, was sie zu idealen LED-Vergussmaterialien macht. Die Lichtdurchlässigkeit von Silikonharz ist proportional zur Lichtstärke und Effizienz von LED-Bauteilen; je höher die Lichtdurchlässigkeit, desto besser für die Steigerung von Lichtstärke und Effizienz. Da Galliumnitrid-Chips einen hohen Brechungsindex haben (ca. 2,2), der Brechungsindex von herkömmlichen Silikonmaterialien jedoch nur bei 1,4 liegt, kann die Verbesserung des Brechungsindex von Silikonmaterialien die Differenz zum Chip-Brechungsindex verringern, Lichtverluste durch Grenzflächenreflexion und -brechung reduzieren und die Lichtausbeute von LED-Bauteilen steigern.

 

Modifiziertes Epoxidharz für LED-Verguss

Epoxidharz weist einen hohen Brechungsindex und gute Lichtdurchlässigkeit auf, und die mechanischen sowie Haftungseigenschaften sind sehr gut, daher gibt es noch einige Produkte auf dem Markt. Durch Einführung von Silikonfunktionalitäten zur Modifikation von Epoxidharzen können die Hochtemperaturbeständigkeit und Schlagfestigkeit verbessert, das Schrumpfen und die thermische Ausdehnung der Produkte verringert und der Anwendungsbereich sogar unter rauen Bedingungen erweitert werden. Nach dem Reaktionsmechanismus lassen sich silikonmodifizierte Epoxidharze in zwei Methoden unterteilen: physikalisches Mischen und chemische Copolymerisation.

 

Die chemische Copolymerisationsmethode nutzt aktive Gruppen am Silikonpolymer, wie Hydroxyl- und Alkoxygruppen, die mit Epoxidgruppen am Epoxidharz reagieren, um ein Copolymer zur Modifikation zu erzeugen. Bereits 2007 wurde diese Methode zur Erforschung von silikoncopolymermodifizierten Epoxid-Vergussmaterialien für LED-Produkte eingesetzt; Experimente zeigten, dass dieses Verfahren die Schlagfestigkeit sowie Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit der Vergussmaterialien deutlich verbessern und den Schrumpf sowie den thermischen Ausdehnungskoeffizienten erheblich reduzieren kann.

 

Silikon-Epoxidharz wird in letzter Zeit breiter eingesetzt, da es die Vorteile von Epoxidharz und Silikonharz vereint. Es zeigt exzellente Leistung in mechanischen Eigenschaften, Haftung, Alterungsbeständigkeit, UV-Beständigkeit, Brechungsindex, Lichtausbeute usw. Es ist eine zukunftsweisende Forschungsrichtung für LED-Vergussmaterialien und wird sicherlich bedeutende Fortschritte machen.

 

Silikonharz für LED-Verkapselung

1 Eigenschaften von Silikonmaterialien

Silicone polymers have Si—O bonds as the main chain, and organic groups are connected to the silicon atoms, for example, R3 SiO1 /2( M) 、R3 SiO2 /2 (D) 、R3 SiO3 /2 (T) 、R3 SiO2( Q) and other chain links are combined in a certain proportion; the Si-O bond energy is high, which makes it have better high-temperature resistance or radiation performance, and the Si-O bond angle is large, which can make the molecular chain of the material soft. Silicone materials have excellent properties in terms of heat resistance and anti-yellowing, so as to can be used in outdoor environments. Silicone materials are easy to modify, and functional groups with improved refractive index, such as sulfur, benzene, phenol, and epoxy groups, can be introduced into the side chain to improve the refractive index of packaging materials and improve the luminous efficiency of the LED device.

2 Synthese von Silikonharz

Nach Brechungsindex kann es in zwei Typen unterteilt werden: niedriger Brechungsindex (1,4) und hoher Brechungsindex (1,5). Da ein höherer Brechungsindex des Silikonmaterials die Lichtextraktionseffizienz erhöht, sollte der Brechungsindex möglichst gesteigert werden.

 

Silikonharze werden allgemein aus Organosilanen durch Hydrolyse und Polykondensation in Gegenwart von Lösungsmitteln hergestellt. Als Rohmaterial für die Synthese dienen meist Chlorsilane oder Alkoxysilane. Der spezifische Prozess ist wie folgt: Erstens wird Silan unter bestimmten Bedingungen zu Silanol hydrolysiert, zweitens unterzieht sich Silanol einer Polykondensation, und drittens wird es durch Wasserwäsche neutralisiert und konzentriert, um kleine Moleküle zu entfernen und Silikonharz zu erhalten.

 

Silikonkautschuk-Vergussmaterialien

Silikon-LED-Vergussmaterialien können auch aus formbarem flüssigem Silikonkautschuk hergestellt werden. Flüssiger Silikonkautschuk als Vergussmaterial besteht aus vinylhaltigem linearem Polysiloxan als Basispolymer, Vinylsilikonharz als Verstärkungsfüllstoff und wasserstoffhaltigem Silikonöl als Vernetzungsmittel. Formbarer Silikonkautschuk erzeugt bei der Vulkanisation keine Nebenprodukte, hat eine sehr geringe Schrumpfung und hohe Vernetzungsdichte und wird in vielen Bereichen eingesetzt. Die Verwendung von formbaren Silikonpolymeren als Vergussmaterialien für weiße LED-Bauteile senkt Kosten und verbessert die LED-Lebensdauer. Niedrigviskoser flüssiger Silikonkautschuk hat ausgezeichnete Penetrationseigenschaften.

 

 

GaN-basierte weiße Hochleistungs-LEDs stehen derzeit im Fokus der Entwicklung. Sie zeichnen sich durch hohe Wärmeentwicklung, kurze Lichtwellenlängen usw. aus und stellen höhere Anforderungen an die Leistung von Verpackungsmaterialien. Gleichzeitig kann der Einsatz von Verpackungsmaterialien mit hohem Brechungsindex, UV-Beständigkeit, Wärmealterungsbeständigkeit und geringer Spannung die Lichtleistung der LED deutlich erhöhen und auch die Topflebensdauer des Produkts verlängern. Zudem erfordert die Entwicklung von Hochleistungs-LED-Bauteilen, dass Silikonverpackungsmaterialien möglichst früh Produkte mit hoher Transparenz, Brechungsindex, UV-Alterungs- und Wärmealterungsbeständigkeit entwickeln. In Anbetracht der Probleme von Silikonmaterialien wie niedriger Brechungsindex, schlechte Haftung und geringe mechanische Festigkeit wird die Epoxid-Modifikationsmethode eingesetzt, um die Vorteile beider zu kombinieren oder mit anorganischen Materialien zu hybridisieren, um den Brechungsindex von Silikonmaterialien zu verbessern.