Estudo sobre Resina de Silicone para encapsulamento LED

O LED (diodo emissor de luz) possui características de economia de energia e proteção ambiental, longa vida útil, baixa tensão de uso, tempo de comutação rápido, etc., e é amplamente utilizado em iluminação, exibição, backlight e muitos outros campos. Atualmente, está se desenvolvendo na direção tecnológica madura de maior brilho, alta cor, alta resistência às intempéries e alta uniformidade luminosa.

 

Por que a embalagem de LED é importante?

A cadeia industrial do LED pode ser dividida em upstream, meio e downstream, que são os chips de LED, a embalagem de LED e as aplicações de iluminação LED. Como uma embalagem de LED que conecta os níveis superior e inferior na cadeia industrial de LED, ela desempenha um papel importante em toda a cadeia industrial.

 

O LED é composto pelo chip LED, fio de ligação, suporte LED, adesivos condutores, materiais de embalagem, etc., entre os quais os materiais de embalagem são um dos fatores-chave que afetam o desempenho e a vida útil do LED.

Por que usar material de silicone para o encapsulamento de LED?

Atualmente, devido às suas exigências especiais para transmissão de luz, os principais materiais atualmente utilizados no mercado são resina epóxi, silicone, policarbonato, vidro, polimetacrilato e outros materiais de alta transparência. Entretanto, uma vez que a maioria destes materiais é endurecida e inconveniente para processar, eles são basicamente utilizados para materiais de lentes externas.

 

Os materiais tradicionais de encapsulamento em resina epóxi para LED apresentam defeitos tais como alto estresse interno, baixa resistência ao calor e envelhecimento fácil, o que não atende às necessidades cada vez mais desenvolvidas de materiais de encapsulamento de LED, e estão sendo gradualmente substituídos por materiais de silicone ou materiais modificados com silicone.

 

 

Os materiais de silicone são materiais de baixo estresse com alta resistência aos raios UV e ao envelhecimento, tornando-os ideais para materiais de encapsulamento de LED. A transmitância da resina de silicone é proporcional à intensidade luminosa e à eficiência dos dispositivos LED, e quanto maior a transmitância, mais ela é propícia ao aumento da intensidade luminosa e da eficiência dos dispositivos LED. Uma vez que os chips de nitreto de gálio têm um alto índice de refração (cerca de 2,2), o índice de refração dos materiais de silicone em geral é apenas 1,4, portanto, melhorar o índice de refração dos materiais de silicone pode reduzir a diferença com o índice de refração do chip, reduzir a perda de luz causada pela reflexão e refração da interface, e melhorar a eficiência luminosa dos dispositivos LED.

 

Resina epóxi modificada para embalagem de LED

A resina epóxi tem um alto índice de refração e transmissão de luz, e as propriedades mecânicas e adesivas são bastante boas, portanto ainda existem alguns produtos no mercado. Ao introduzir grupos funcionais de silicone para modificar resinas epóxi, a performance em alta temperatura e a resistência ao impacto das resinas epóxi podem ser melhoradas, a contração e a expansão térmica dos produtos podem ser reduzidas, e a faixa de aplicação dos produtos pode ser melhorada, mesmo em ambientes severos. Segundo o mecanismo de reação, as resinas epóxi modificadas com silicone podem ser divididas em dois métodos: mistura física e copolimerização química.

 

O método de copolimerização química utiliza os grupos ativos no polímero de silicone, tais como hidroxila e alcoxila, para reagir com os grupos epóxi na resina epóxi, produzindo um copolímero com o objetivo de modificação. Já em 2007, este método foi usado para realizar pesquisas sobre o uso de materiais de encapsulamento de epóxi modificado por copolímero de silicone para produtos LED, e seus experimentos provaram que este método de processo de encapsulamento poderia melhorar significativamente a resistência ao impacto e a resistência a altas e baixas temperaturas dos materiais de encapsulamento, e reduzir significativamente a contração e o coeficiente de expansão térmica.

 

A resina epóxi de silicone tem sido mais amplamente utilizada recentemente, pois pode refletir as vantagens tanto da resina epóxi quanto da resina de silicone. Ela tem mostrado desempenho excelente em propriedades mecânicas, adesão, resistência ao envelhecimento, resistência aos raios UV, índice de refração, saída de luz, etc. É uma direção futura de pesquisa para materiais de encapsulamento de LED e certamente fará progressos significativos.

 

Resina de silicone para encapsulamento de LED

1 Característica dos materiais de silicone

Os polímeros de silicone têm ligações Si—O como cadeia principal, e grupos orgânicos são conectados aos átomos de silício, por exemplo, R3 SiO1 /2( M) 、R3 SiO2 /2 (D) 、R3 SiO3 /2 (T) 、R3 SiO2( Q) e outras ligações de cadeia são combinadas em uma certa proporção; a energia de ligação Si-O é alta, o que lhe confere melhor resistência a altas temperaturas ou desempenho de radiação, e o ângulo de ligação Si-O é grande, o que pode tornar a cadeia molecular do material macia. Os materiais de silicone têm propriedades excelentes em termos de resistência ao calor e anti-amarelecimento, podendo assim ser utilizados em ambientes externos. Os materiais de silicone são fáceis de modificar, e grupos funcionais com índice de refração melhorado, tais como enxofre, benzeno, fenol e grupos epóxi, podem ser introduzidos na cadeia lateral para melhorar o índice de refração dos materiais de embalagem e melhorar a eficiência luminosa do dispositivo LED.

2 Síntese de resina de silicone

De acordo com seu índice de refração, pode ser dividido em dois tipos: baixo índice de refração (1,4) e alto índice de refração (1,5). Como quanto maior o índice de refração do material de silicone, maior a eficiência de extração de luz, o índice de refração do material de silicone deve ser aumentado tanto quanto possível.

 

As resinas de silicone são geralmente preparadas a partir de organossilanos por hidrólise e policondensação na presença de solventes. A matéria-prima para síntese é geralmente clorossilano ou alcóxisilano. O processo específico é o seguinte: primeiro, o silano é hidrolisado em silanol sob certas condições; segundo, o próprio silanol sofre uma reação de policondensação; e terceiro, é neutralizado por lavagem com água e concentrado para remover moléculas pequenas, obtendo-se a resina de silicone.

 

Materiais de Encapsulamento em Borracha de Silicone

Os materiais de encapsulamento de LED de silicone também podem ser feitos a partir de borracha líquida de silicone moldada. O material de encapsulamento de borracha líquida de silicone é feito de polissiloxano linear contendo vinil como polímero base, resina de silicone vinílica como enchimento de reforço e silicone contendo hidrogênio como agente de reticulação. A borracha de silicone moldada não produz subprodutos no processo de vulcanização, tem uma taxa de retração muito pequena e também possui alta densidade de reticulação, sendo amplamente utilizada em muitos campos. O uso de polímeros de silicone moldados como materiais de embalagem para dispositivos de LED branco tem o efeito de reduzir custos e melhorar a vida útil dos LEDs. A borracha líquida de silicone de baixa viscosidade possui excelente penetração.

 

 

O LED branco de potência baseado em GaN é o foco do desenvolvimento atual. Possui características de alto calor, comprimento de onda de luz curto, etc., e tem requisitos mais rigorosos quanto ao desempenho dos materiais de encapsulamento. Simultaneamente, o uso de materiais de encapsulamento com alto índice de refração, resistência a UV, envelhecimento térmico e baixo estresse pode melhorar significativamente a potência de saída de luz do LED e também pode estender a vida útil do produto. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento de dispositivos LED de alta potência também requer que os materiais de encapsulamento de silicone desenvolvam produtos com alta transparência, índice de refração, resistência ao envelhecimento por UV e ao envelhecimento térmico o mais rápido possível. Diante dos problemas dos materiais de silicone, como baixo índice de refração, adesão deficiente e baixa resistência mecânica, utiliza-se o método de modificação com epóxi para combinar as vantagens dos dois ou híbridos com materiais inorgânicos para melhorar o índice de refração dos materiais de silicone.