Estudio sobre la resina de silicona para encapsulación de LED

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.

 

¿Por qué es importante el empaquetado LED?

La cadena de suministro de la industria LED puede dividirse en eslabones ascendentes, intermedios y descendentes, que son los chips LED, el empaquetado LED y las aplicaciones de iluminación LED. Como un paquete LED que conecta los niveles superiores e inferiores en la cadena de suministro de la industria LED, desempeña un papel importante en toda la cadena.

 

El LED está compuesto por el chip LED, cables de unión, soporte LED, adhesivos conductores, materiales de encapsulación, etc., entre los cuales los materiales de encapsulación son uno de los factores clave que afectan el rendimiento y la vida útil del LED.

¿Por qué usar material de silicona para encapsulación LED?

Actualmente, debido a sus requisitos especiales de transmisión de luz, los principales materiales utilizados en el mercado son resina epoxi, silicona, policarbonato, vidrio, polimetacrilato y otros materiales de alta transparencia. Sin embargo, dado que la mayoría de estos materiales son endurecidos y de difícil procesamiento, básicamente se utilizan para materiales de lentes exteriores.

 

Los materiales de encapsulación tradicionales de resina epoxi para LED presentan defectos como alto estrés interno, baja resistencia térmica y fácil envejecimiento, que no pueden satisfacer las necesidades cada vez más exigentes de los materiales de empaquetado LED, y están siendo gradualmente reemplazados por materiales de silicona o materiales modificados con silicona.

 

 

Los materiales de silicona son materiales de bajo estrés con alta resistencia a los rayos UV y al envejecimiento, lo que los hace ideales para materiales de encapsulación LED. La transmitancia lumínica de la resina de silicona es proporcional a la intensidad y eficiencia luminosa de los dispositivos LED, y cuanto mayor sea la transmitancia, es favorable para aumentar la intensidad y eficiencia luminosa de los dispositivos LED. Dado que los chips de nitruro de galio tienen un alto índice de refracción (aproximadamente 2.2), el índice de refracción de los materiales de silicona generales es solo 1.4, por lo que mejorar el índice de refracción de los materiales de silicona puede reducir la diferencia con el índice de refracción del chip, disminuir la pérdida de luz causada por reflexión y refracción en la interfaz, y mejorar la eficiencia lumínica de los dispositivos LED.

 

Resina epoxi modificada para empaquetado LED

La resina epoxi tiene un alto índice de refracción y transmisión de luz, y las propiedades mecánicas y adhesivas son bastante buenas, por lo que aún hay algunos productos en el mercado. Mediante la introducción de grupos funcionales de silicona para modificar resinas epoxi, se puede mejorar el rendimiento a alta temperatura y la resistencia al impacto de las resinas epoxi, reducir la contracción y expansión térmica de los productos, y mejorar el rango de aplicación de los productos, incluso en entornos adversos. Según el mecanismo de reacción, las resinas epoxi modificadas con silicona pueden dividirse en dos métodos: mezcla física y copolimerización química.

 

El método de copolimerización química utiliza los grupos activos en el polímero de silicona, como hidroxilo y alcoxilo, para reaccionar con los grupos epoxi de la resina epoxi y producir un copolímero con fines de modificación. Ya en 2007, este método se utilizó para realizar investigaciones sobre el uso de materiales de encapsulación de resina epoxi modificada con copolímeros de silicona para productos LED, y sus experimentos demostraron que este método de encapsulación podría mejorar significativamente la resistencia al impacto y la tolerancia a altas y bajas temperaturas de los materiales de encapsulación, y reducir notablemente el coeficiente de contracción y expansión térmica.

 

La resina epoxi de silicona recientemente se ha utilizado más ampliamente ya que puede reflejar las ventajas tanto de la resina epoxi como de la resina de silicona. Ha mostrado un rendimiento excelente en propiedades mecánicas, adhesión, resistencia al envejecimiento, resistencia a los rayos UV, índice de refracción, salida de luz, etc. Es una dirección futura de investigación para materiales de empaquetado LED y sin duda logrará avances significativos.

 

Resina de silicona para encapsulación LED

1 Característica de materiales de silicona

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) 、SiO3(R3)/2(T) (en el contexto de fórmulas químicas, se mantiene la notación original con la descripción en español) 、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 Síntesis de resina de silicona

Según su índice de refracción, se puede dividir en dos tipos: bajo índice de refracción (1,4) y alto índice de refracción (1,5). Dado que cuanto mayor es el índice de refracción del material de silicona, mayor es la eficiencia de extracción de luz, por lo tanto, el índice de refracción del material de silicona debe aumentarse tanto como sea posible.

 

Las resinas de silicona generalmente se preparan a partir de organosilanos mediante hidrólisis y policondensación en presencia de solventes. La materia prima para la síntesis es generalmente clorosilano o alcoxisilano. El proceso específico es el siguiente: primero, el silano se hidroliza en silanol bajo ciertas condiciones; segundo, el silanol en sí sufre una reacción de policondensación; y tercero, se neutraliza mediante lavado con agua y se concentra para eliminar moléculas pequeñas y obtener resina de silicona.

 

Materiales de encapsulación de caucho de silicona

Los materiales de encapsulado LED de silicona también pueden elaborarse a partir de caucho de silicona líquido moldeado. El material de encapsulado de caucho de silicona líquido está compuesto por polisiloxano lineal que contiene vinilo como polímero base, resina de silicona de vinilo como relleno de refuerzo y aceite de silicona que contiene hidrógeno como agente reticulante. El caucho de silicona moldeado no produce subproductos en el proceso de vulcanización, tiene una tasa de contracción muy pequeña y también posee alta densidad de reticulación, lo que lo hace ampliamente utilizado en muchos campos. El uso de polímeros de silicona moldeados como materiales de empaque para dispositivos LED blancos tiene el efecto de reducir costos y mejorar la vida útil de los LED. El caucho de silicona líquido de baja viscosidad tiene una penetración excelente.

 

 

El LED blanco de potencia basado en GaN es el foco del desarrollo actual. Posee características como alta temperatura, longitud de onda de luz corta, etc., y tiene requisitos más estrictos en cuanto al rendimiento de los materiales de encapsulado. Al mismo tiempo, el uso de materiales de encapsulado con alto índice de refracción, resistencia a los UV, envejecimiento térmico y bajo estrés puede mejorar significativamente la potencia de salida de luz del LED, y también puede extender la vida útil del producto. Simultáneamente, el desarrollo de dispositivos LED de alta potencia requiere que los materiales de encapsulado de silicona desarrollen productos con alta transparencia, índice de refracción, resistencia al envejecimiento por UV y envejecimiento térmico lo antes posible. En vista de los problemas de los materiales de silicona, como bajo índice de refracción, pobre adherencia y baja resistencia mecánica, se utiliza el método de modificación con epoxi para combinar las ventajas de ambos o se híbrida con materiales inorgánicos para mejorar el índice de refracción de los materiales de silicona.