UVB LEDパッケージングにシリコーン樹脂封止材を使用する理由は？

LED産業チェーンにおいて、LEDパッケージングは光学的性能と長期信頼性が決定される重要な工程です。高電力LEDデバイス（UVB LEDを含む）では、LED封止材料、外側レンズ材料、および封止プロセス手法の選択は、光出力（LOP）安定性、応力経時変化、寿命に直接影響を及ぼします。.

シリコーン樹脂は、光学的高透明性を実現でき、高い光出力と均一な発光を維持するため、LED封止材料として好まれています。屈折率ミスマッチの低減は光取出し効率を向上させ、光出力を高めます。多くのエポキシ樹脂と比較して、シリコーン材料は一般的に優れた耐熱性、高温性能、熱劣化耐性を提供し、これは高電力LEDデバイスにとって重要です。シリコーン’の低い弾性率と適切な熱膨張特性は、低応力材料として機能し、熱サイクル中の内部応力、割れ、剥離を低減します。また、柔軟な加工性と安定したポットライフを実現します。.

Why “封止材” がUVB LEDにおいて重要である理由
シリコーン樹脂封止剤は光取出し効率をどう向上させるか？
信頼性の現実：長期運用中に起こること
LED封止におけるシリコーンvsエポキシ：業界が移行し続ける理由
機械的・接着特性：応力は寿命を静かに損なう要因
プロセスオプション：シリコーン樹脂から成形シリコーンポリマーへ
本研究が今後の研究方針に示す意味

1. なぜ “封止材” がUVB LEDにおいて重要である理由

UVB LEDは過酷な動作条件に直面します。多くの白色LEDデバイスで使用される従来のエポキシ樹脂と比較して、UVB照射は耐熱性の低さや光学的劣化などの材料弱点をより迅速に露呈する傾向があります。そのため、業界は紫外線暴露および熱に耐えられる汎用シリコーン材料、シリコーンポリマー系、シリコーン変性材料の開発を継続しています。.

本研究では、UVB LEDチップと石英ガラスカバーの間に封止用シリコーンを使用するパッケージ構造を示しています。この構造では、シリコーン封止剤を使用しない対応構造と比較して、光出力が13.8%高いと報告されています。.

XJY-8206N VMQ Silicone Resin (Trimethylvinylsiloxysilicate) is a colorless transparent liquid resin composed of vinyl MQ silicone resin and vinyl polydimethylsiloxane. It can be used for LSR liquid addition molding silicone rubber, LED packaging adhesive, and other two-component addition adhesives.

2. シリコーン樹脂封止剤は光取出し効率をどう向上させるか？

その核心的メカニズムは光学的なものです。屈折率差が大きい場合、全反射が増加し、光子が閉じ込められます。シリコーン封止剤を挿入することで、サファイア（チップ側）と空気の間の屈折率差が低減され、全反射が低下し、光取出し効率が向上します。.

実践的な翻訳：

より高い光出力（LOP）を得るには、屈折率整合が重要です。.

多くのLED設計において、屈折率が高いほど（安定した低吸収システム内では）、光取出しに有効であるため、 “高透明材料” 適切に高い屈折率を持つことが貴重である。.

また本論文は、シリコンの封入が光取出効率（LEE）を向上させ、光出力（LOP）の向上は封止シリコンの影響に直接起因すると述べている。.

3. 信頼性の現実：長期運用中に起こること

UVB LEDの信頼性はチップのみならず、提案されたシリコンベースのパッケージタイプにおいて、経時的にLOPが大幅に低下したことが長期間のエイジング試験により報告されている。結論では、3種類の提案パッケージにおいて初期値に対して45.3％、48.6％、50.3％までLOPが低下した3500時間の信頼性試験結果が著者により報告されている。.

また、封止シリコンのクラックが1500時間後に発生し、3500時間後には明瞭になったが、異なる劣化速度はクラックの発生と明らかな相関を示さなかったことも観察されている。.

本論文における重要な技術的提言：

この形式のパッケージにおいてキャビティ封止にシリコンを使用する場合、封止シリコン内のクラック発生を回避するためには、気密封止カバーを取り外すべきである。.

さらに本論文では、チップと接合された石英ガラスの間のシリコンが熱応力とUVB照射により劣化する可能性があり、シリコンが石英ガラスに接触する際には応力がより顕著になり得ると議論している。.

4. LED封止におけるシリコーンvsエポキシ：業界が移行し続ける理由

多くのLEDパッケージングラインはLED封止用エポキシ樹脂または変性エポキシ樹脂の経験を有している。エポキシには強みがあるが、高温性能と紫外線暴露において、エポキシ系材料はより速い劣化と応力関連の問題を示す可能性がある。.

それゆえ複数の技術的方針が存在する：

エポキシ樹脂とシリコンの両立を図るためのシリコン変性エポキシ樹脂（およびシリコンフポキシ樹脂） “エポキシ樹脂そのもの” シリコン取り扱いの習熟性’安定性

エポキシ改質方法（化学的共重合法を含む）によりエポキシネットワークにシリコン官能基を導入し、耐熱老化性、耐紫外線性を向上させ脆性を低減すること

純粋なシリコン封止材への移行：シリコン樹脂、シリコーンゲル、またはLSR（液体シリコーンゴム）の採用

実際には、, “シリコーン官能基の導入” 多くの場合、水酸基、アルコキシ基、あるいはエポキシ基（樹脂設計に依存）などの反応性基を選択することで、大きな内部応力を発生させることなく、実用的な高架橋密度をネットワークが達成できることを意味します。.

5. 機械的および接着特性：応力は静かな寿命短縮要因

LED封止において、以下のバランスを取ります：

光学的特性（透明性、屈折率、ヘイズの増加）

機械的特性（弾性率、靭性、耐クラック性）

界面（チップ、セラミック、レンズ、リードフレーム）における機械的および接着特性

熱膨張係数の整合による応力低減

多くの場合、シリコーンは次のものとして好まれます： “材料柔軟／低応力材料” 光学的に透明でありながら、熱ミスマッチを緩衝するのに役立つソリューション.

6. プロセスオプション：シリコーン樹脂から成形シリコーンポリマーまで

製品およびサプライチェーン（上流・下流）における位置に応じて、シリコーンソリューションは複数の製造フローに対応可能です：

UVB／UV封止用シリコーン樹脂封止剤のディスペンシングおよび硬化

レンズまたは筐体部品用の成形液体シリコーンゴム（射出成形、シリコーンゴム成形、成形シリコーンポリマー製造を含む）

ハイブリッドアプローチ：必要に応じたシリコーン封止と高透明無機材料（石英など）の併用

配合ファミリーについては、多くの顧客が以下を評価します：

ビニルシリコーン樹脂とビニル含有直鎖ポリシロキサン（付加硬化系では水素含有シリコンオイルなどの架橋剤と併用されることが多い）

流動性と加工性を調整するための選定シリコンオイルグレード

極めて低い収縮率や製造中の安定したポットライフなどの目標

7. 本論文は将来の研究方向に何を意味するか

本論文は明確に示している：シリコーンは光学設計によりLOPを向上できるが、長期的なUVB老化は応力と劣化メカニズムを引き起こし、まだ最適化が必要である。.

これはUVBパッケージングにおける現実的な将来の研究方向である：応力、透明度維持、構造選択（気密封装カバーの必要性など）の最適化。.

8. シリコーン材料の選定方法

シリコーン樹脂メーカーとして、当社はLED封止材料およびシリコーン包装材料として使用されるシリコーン材料を供給し、原料選定とアプリケーション適合において顧客を支援しています。.

XJY Siliconesは、中国における主要なシリコーンMQ樹脂およびVMQシリコン製造メーカーの一つであり、シリコン業界において30年以上の研究開発および製造経験を持つとともに、関連特許および技術サポートも15件以上保有しています。当社のシリコン原材料製品は、シリコン化粧品分野のニーズを満たし、多様なカスタマイズソリューションの提供をサポートいたします。.