Pourquoi choisir des matériaux d'encapsulation en silicone pour les LED

Actuellement, les matériaux d'encapsulation couramment utilisés pour les composants électroniques LED comprennent principalement la résine époxy, le silicone et d'autres matériaux à haute transparence. La résine époxy est devenue le matériau dominant pour l'encapsulation des LED de faible puissance en raison de ses excellentes propriétés d'adhésion, d'isolation électrique, de performances diélectriques, de faible coût et de facilité de moulage. Mais pour les LED de puissance et les circuits imprimés, les défauts congénitaux tels que la forte absorption d'humidité, le vieillissement rapide, la mauvaise résistance à la chaleur et aux chocs de la résine époxy affectent directement la durée de vie de la LED, et le changement de couleur sous haute température et lumière à ondes courtes affecte directement l'efficacité lumineuse. Elle est loin de répondre aux exigences des matériaux d'encapsulation en termes d'indice de réfraction élevé, de faible contrainte et de résistance au vieillissement à haute température, elle ne convient donc pas aux matériaux d'encapsulation des LED de puissance.

 

Le moulage en silicone haute performance compounds et les matériaux d'encapsulation possèdent une série de propriétés exceptionnelles, telles qu'une haute transmittance lumineuse, une faible contrainte interne, une excellente résistance aux températures élevées et basses, une isolation à l'humidité, une résistance au vieillissement UV et à l'ozone, une bonne hydrophobicité et isolation électrique, et sont largement devenus un choix idéal pour les applications de moulage et d'encapsulation LED.

 

Exigences de performance pour l'encapsulation LED Caractéristiques des matériaux en silicone Classification des matériaux d'encapsulation en silicone Principe de durcissement de l'encapsulation en silicone Composition de l'encapsulation en silicone Colle de base Agent de réticulation Catalyseur Inhibiteurs Agent adhésif Charges de renforcement XJY Silicones - fournisseur de matières premières en silicone Résine de silicone VMQ et huile de silicone Charge de renforcement : Huile de silicone contenant de l'hydrogène

Exigences de performance des LED encapsulation  matériaux

Différentes formes d'encapsulation requièrent différents matériaux. Ces dernières années, les LED évoluent vers plus de puissance, d'efficacité énergétique, de luminosité et de fiabilité. Cela impose des exigences plus élevées concernant les propriétés optiques, mécaniques, la résistance au vieillissement et les propriétés de mise en œuvre des matériaux de moulage et d'encapsulation en silicone. De bonnes propriétés optiques assurent une sortie de lumière LED plus efficace, tandis que de bonnes propriétés mécaniques et adhésives offrent une meilleure protection aux composants sensibles de la puce LED. Une bonne résistance au vieillissement prolonge la durée de vie des LED, et une bonne maniabilité peut améliorer l'efficacité du composé d'encapsulation.

Caractéristiques des matériaux en silicone

Les matériaux en silicone sont des polymères dont la chaîne principale est constituée de liaisons Si-O-Si, avec des chaînes latérales reliées à divers groupes organiques via les atomes de silicium.

 

Les matériaux en silicone présentent les caractéristiques duales des polymères organiques et des matériaux inorganiques, avec une énergie de liaison élevée (452 KJ/mol), une longueur de liaison importante (0,165 nm), un angle de liaison (109°) pour la liaison Si-O, une faible gêne à la rotation de la liaison Si-O et une bonne flexibilité des segments de chaîne, ainsi qu'une bonne conductivité thermique.

 

Ces propriétés inhérentes confèrent aux matériaux en caoutchouc de silicone une série d'excellentes propriétés de résistance chimique pour la protection des composants électriques : une excellente résistance aux températures élevées et basses, permettant un fonctionnement dans la plage de température de -50°C à 250°C ; une excellente résistance au vieillissement (résistance à la chaleur, aux UV, au vieillissement à l'ozone), avec une durée de vie de plusieurs décennies en environnement naturel ; une bonne hydrophobicité, avec une énergie de surface aussi basse que 21-22 mN/m² ; une haute transmittance lumineuse et une contrainte interne très faible ; une excellente isolation électrique pour les applications d'étanchéité des fuites de radiateur, une bonne flexibilité pour les applications d'isolation aux vibrations, etc.

Quelle est la classification de l'encapsulation en silicone materials

Les matériaux d'encapsulation en silicone peuvent être divisés en deux catégories : faible indice de réfraction et indice de réfraction élevé, selon leur utilisation. Dans certaines applications spéciales, il existe des produits à indice de réfraction moyen entre les deux.

 

L'indice de réfraction des matériaux d'encapsulation à faible indice de réfraction est de 1,40 à 1,45, la plupart d'entre eux sont des matériaux d'encapsulation à base de silicone méthylé, et l'indice de réfraction des matériaux d'encapsulation en silicone à indice élevé est de 1,50 à 1,55, dont la plupart sont des matériaux d'encapsulation en silicone phénylé.

 

Cependant, en raison de la grande différence entre l'indice de réfraction de l'adhésif d'encapsulation en silicone à faible indice de réfraction et celui de la puce, une partie de la lumière est totalement réfléchie vers la puce, affectant l'extraction de la lumière.

 

Actuellement, la préparation de polyvinylsiloxane contenant du phényle et de polysiloxane contenant de l'hydrogène pour obtenir des matériaux d'encapsulation à indice de réfraction élevé est l'une des méthodes les plus matures et les plus utilisées. Les matériaux d'encapsulation en silicone à indice élevé utilisent généralement un système de vulcanisation à deux composants par addition.

Quel est le principe de durcissement de l'encapsulation en silicone

Generally, the curing principle of silicone encapsulant material is to use vinyl silicone resin or silicone oil as the base glue, Si-H containing silane oligomer as the crosslinking agent, and platinum complex as the catalyst to form the encapsulant elastomer resists weathering, high or low temperatures, thermal shock and so on. The addition crosslinking room temperature curing reaction occurs between Si-CH=CH2 and Si-H of silicone polymer under the action of the catalyst.

Équation de réaction d'addition

Quelle est la composition de l'encapsulation en silicone

Les matières premières pour le moulage et l'encapsulation en silicone sont des substances liquides incolores et transparentes à deux composants. Le composant A comprend généralement la colle de base, le catalyseur et l'agent adhésif, et le composant B comprend généralement la colle de base, l'agent de réticulation et l'inhibiteur. Une petite quantité de charge de renforcement et de pigment peut être ajoutée selon les conditions d'utilisation.

1. Colle de base

Il s'agit principalement d'une Résine de silicone R-vinyle / Huile de silicone R-vinyle, qui fournit des groupes vinyle pouvant participer à la réaction. Les groupes R peuvent être méthyle, phényle, tétrachlorophényle et aminopropyle, etc., conférant ainsi différentes caractéristiques d'encapsulation en reliant différents groupes.

 

Les méthodes de synthèse courantes comprennent principalement la méthode d'hydrolyse-condensation de siloxane fonctionnel, la méthode de polymérisation par ouverture de cycle anionique de cyclosiloxane, la méthode d'équilibre catalytique de siloxane, etc. L'huile de silicone ou la résine de silicone vinylique peut également être préparée par polymérisation cationique avec des catalyseurs acides tels que l'acide trifluorométhanesulfonique et la résine échangeuse de cations.

2. Agent de réticulation

Il s'agit généralement d'une huile silicone contenant de l'hydrogène (comme les séries XJY-702 Méthylhydrosiloxane, copolymère de diméthylsiloxane ) ou d'une résine de silicone (telle que XJY-8206 résine de silicone vinylique MQ), en contrôlant la masse moléculaire de l'huile de silicone contenant de l'hydrogène, la distribution des groupes fonctionnels, la teneur en hydrogène actif et sa distribution, ce qui peut améliorer les performances des matériaux d'encapsulation en silicone. Les méthodes de synthèse couramment utilisées pour l'huile de silicone contenant de l'hydrogène sont généralement l'hydrolyse-condensation ou la polymérisation par ouverture de cycle cationique dans des conditions acides.

3. Catalyseur

Dans ce type de réaction, le catalyseur est principalement utilisé pour catalyser la réaction d'addition du vinyle et de l'hydrogène actif afin d'accélérer la prise, et des complexes tels que le platine et le palladium sont généralement utilisés comme catalyseurs. Parmi eux, les catalyseurs à base de platine, plus efficaces, ont un effet catalytique élevé à une concentration de 10 à100 parties par million.

 

Cependant, les matériaux en silicone pour l'encapsulation de LED exigent une grande transparence et une activité catalytique élevée. Actuellement, plusieurs publications montrent que le catalyseur Karstedt et le catalyseur Speier, en raison de l'utilisation de tétraméthyltétravinylcyclotétra siloxane, de tétraméthyldivinyléthyldisiloxane, de méthylvinylphényl cyclopolysiloxane ou d'une solution d'isopropanol comme solvants de coordination, améliorent la compatibilité avec les résines de silicone et les performances globales, et sont devenus les catalyseurs de synthèse les plus couramment utilisés dans les matériaux d'encapsulation en silicone actuels.

4. Inhibiteurs

Although the amount used in the reaction system is very small, it plays a crucial role in improving the storage stability of the reaction system, inhibiting the hydrosilylation reaction, and preventing excessive crosslinking. Commonly used inhibitors include ethynyl cyclohexanol, triphenyl propargyl alcohol, heavy metal ion compounds, 6-12-membered cyclic siloxane oligomers containing olefin groups, and benzotriazoles.

Éthynylcyclohexanol

Alcool triphényl propargylique

5. Agent adhésif

En raison de l'absence de groupes réactifs à la surface du substrat, les matériaux en silicone de type addition ordinaire adhèrent peu au substrat. Afin de maintenir une bonne étanchéité entre le matériau d'encapsulation et le dispositif LED, le matériau d'encapsulation doit présenter une bonne adhérence sur le support LED et la plaque inférieure. Un remède courant consiste à introduire des agents adhésifs dans les matériaux d'encapsulation LED. Les agents adhésifs couramment utilisés incluent les agents de couplage au silane et les polysiloxanes modifiés par des agents de couplage au silane (contenant des groupes époxy, acryloxy et vinyle). De nombreuses expériences ont confirmé que l'agent adhésif en silicone modifié par l'agent de couplage au silane peut considérablement améliorer les performances d'adhésion et d'étanchéité avec le substrat, sans affecter sa transparence ni ses propriétés mécaniques.

Agent adhésif en polysiloxane modifié par un agent de couplage au silane

6. Charges de renforcement

There are mechanical property issues with traditional two-component addition silicone materials, thus it requires reinforcing filler to meet the mechanical properties of packaging materials.

 

Commonly used reinforcing fillers mainly include fumed silica and MQ silicone resin, etc. For the special requirements of LED packaging materials for transparency, currently, the most commonly used silicone packaging material reinforcement filler is MQ silicone resin with good compatibility with the system. MQ silicone resin is a kind of silicone resin containing both monofunctional Si-O chain unit (M) and tetrafunctional Si-O chain unit (Q). MQ silicone resins such as vinyl MQ silicone resin and hydrogen-containing MQ silicone resin have good compatibility with the silicone packaging material system for LEDs and the reinforcement effect is obvious.

 

With the continuous improvement of power and brightness and the rapid development of white LEDs, silicone encapsulation materials have advantageous over EP encapsulation materials. Among them, high-refractive-index silicone packaging materials will be ideal matrix resin for high-power LED packaging. With the continuous breakthrough of technical barriers, the application scope of high-refractive-index silicone packaging materials will continue to expand, and many domestic LED lighting manufacturers will promote and apply it.

XJY Silicones — Premier choix de fournisseur de matières premières en silicone pour composés de moulage et matériaux d'encapsulation

XJY Silicones, one of China’s leading silicone MQ resin manufacturers, has 30+ years of R&D and manufacturing experience and 15+ related patents in the silicone industry, also can customize the products according to your potting and encapsulating applications requirements.

Silicone méthyle vinyle VMQ

XJY-8206 Poudre de résine silicone VMQ méthyle vinyle: silicone haute transparence et haute dureté, charge de renforcement pour caoutchouc silicone par addition
XJY-8206N Solution d'huile de silicone VMQ: gel de silice pour encapsulation LED, gel de silice haute transparence et haute résistance à la déchirure

Agent de réticulation : Huile de silicone hydrogénée

XJY-701 Polyméthylhydrosiloxane: agent de réticulation pour silicone liquide par addition
XJY-702 Méthylhydrosiloxane, copolymère de diméthylsiloxane: agent de réticulation pour caoutchouc silicone liquide par addition
XJY-705 1,3,5,7-Tétraméthylcyclotétra siloxane (TMCTS): agent de réticulation spécial pour la synthèse de caoutchouc silicone vulcanisé à température ambiante et de caoutchouc silicone par moulage par addition
XJY-707 Polydiméthylsiloxane à terminaison hydrure (HPDMS): allongeur de chaîne pour le caoutchouc silicone liquide par addition, un agent de réticulation pour former un caoutchouc silicone vulcanisé à chaud
XJY-711 Hydrure Terminé Méthylhydrosiloxane Copolymère Diméthylsiloxane: agent de réticulation spécial pour le silicone liquide