Исследование силиконовой смолы для инкапсуляции светодиодов

Светодиод (светоизлучающий диод) обладает характеристиками энергосбережения и экологичности, длительным сроком службы, низким рабочим напряжением, малым временем переключения и широко используется в освещении, дисплеях, подсветке и многих других областях. В настоящее время он развивается в направлении зрелых технологий с более высокой яркостью, высокой цветопередачей, высокой атмосферостойкостью и высокой равномерностью светового потока.

 

Почему упаковка светодиодов важна?

Цепочка создания стоимости светодиодной индустрии может быть разделена на верхний, средний и нижний уровни: светодиодные чипы, упаковка светодиодов и светодиодные осветительные приложения. Как упаковка светодиодов, соединяющая верхний и нижний уровни в цепочке стоимости, она играет важную роль во всей индустрии.

 

Светодиод состоит из светодиодного чипа, соединительных проводов, светодиодного основания, токопроводящих клеев, упаковочных материалов и т.д., среди которых упаковочные материалы являются одним из ключевых факторов, влияющих на производительность и срок службы светодиода.

Зачем использовать силиконовый материал для герметизации светодиодов?

В настоящее время, из-за особых требований к светопропусканию, основными материалами, используемыми на рынке, являются эпоксидная смола, силикон, поликарбонат, стекло, полиметилметакрилат и другие высокопрозрачные материалы. Однако, поскольку большинство этих материалов отверждаются и неудобны в обработке, они в основном используются для материалов внешних линз.

 

Традиционные эпоксидные герметизирующие материалы для светодиодов имеют такие недостатки, как высокое внутреннее напряжение, плохая термостойкость и легкое старение, что не может удовлетворить всё более развивающиеся потребности в упаковочных материалах для светодиодов, и они постепенно заменяются силиконовыми материалами или силикон-модифицированными материалами.

 

 

Силиконовые материалы являются материалами с низким напряжением, обладают высокой устойчивостью к УФ-излучению и старению, что делает их идеальными для герметизации светодиодов. Светопропускание силиконовой смолы пропорционально световой силе и эффективности светодиодных устройств, и чем выше светопропускание, тем оно способствует увеличению световой силы и эффективности светодиодных устройств. Поскольку нитрид-галлиевые чипы имеют высокий показатель преломления (около 2.2), а показатель преломления обычных силиконовых материалов составляет только 1.4, то повышение показателя преломления силиконовых материалов может уменьшить разницу с показателем преломления чипа, снизить потери света, вызванные отражением и преломлением на границе раздела, и повысить световую эффективность светодиодных устройств.

 

Модифицированная эпоксидная смола для упаковки светодиодов

Эпоксидная смола имеет высокий показатель преломления и светопропускание, механические и адгезионные свойства достаточно хороши, поэтому на рынке все ещё есть некоторые продукты. Путем введения силиконовых функциональных групп для модификации эпоксидных смол можно улучшить высокотемпературные характеристики и ударопрочность эпоксидных смол, уменьшить усадку и тепловое расширение изделий, а также расширить область применения изделий, даже в суровых условиях. В зависимости от механизма реакции, силикон-модифицированные эпоксидные смолы можно разделить на два метода: физическое смешивание и химическая сополимеризация.

 

Метод химической сополимеризации использует активные группы на силиконовом полимере, такие как гидроксильные и алкоксильные группы, для реакции с эпоксидными группами на эпоксидной смоле с целью получения сополимера для модификации. Ещё в 2007 году этот метод использовался для проведения исследований по применению силикон-сополимер-модифицированных эпоксидных герметизирующих материалов для светодиодной продукции, и их эксперименты доказали, что этот метод герметизации может значительно улучшить ударопрочность и стойкость к высоким и низким температурам герметизирующих материалов, а также значительно снизить коэффициент усадки и теплового расширения.

 

Силикон-эпоксидная смола в последнее время применяется более широко, поскольку может отражать преимущества как эпоксидной, так и силиконовой смол. Она показала отличные характеристики в механических свойствах, адгезии, стойкости к старению, УФ-стойкости, показателе преломления, светоотдаче и т.д. Это будущее направление исследований для упаковочных материалов светодиодов и, безусловно, достигнет значительного прогресса.

 

Силиконовая смола для герметизации светодиодов

1 Характеристика силиконовых материалов

Силиконовые полимеры имеют Si—O связи в качестве основной цепи, а органические группы связаны с атомами кремния, например, R3 SiO1/2 (M) 、R3 SiO2/2 (D) 、R3 SiO3/2 (T) 、R3 SiO4 (Q) и другие звенья цепи комбинируются в определенной пропорции; энергия связи Si-O высока, что обеспечивает лучшую термостойкость или радиационную стойкость, а угол связи Si-O велик, что может делать молекулярную цепь материала гибкой. Силиконовые материалы обладают превосходными свойствами в плане термостойкости и устойчивости к пожелтению, что позволяет использовать их в условиях наружного применения. Силиконовые материалы легко модифицируются, и в боковую цепь можно вводить функциональные группы с улучшенным показателем преломления, такие как сера, бензол, фенол и эпоксидные группы, чтобы повысить показатель преломления упаковочных материалов и улучшить световую эффективность светодиодного устройства.

2 Синтез силиконовой смолы

В зависимости от показателя преломления его можно разделить на два типа: низкий показатель преломления (1,4) и высокий показатель преломления (1,5). Поскольку чем выше показатель преломления силиконового материала, тем выше эффективность извлечения света, показатель преломления силиконового материала следует увеличивать насколько это возможно.

 

Силиконовые смолы, как правило, получают из органосиланов путем гидролиза и поликонденсации в присутствии растворителей. Сырьем для синтеза обычно являются хлорсилан или алкоксисилан. Конкретный процесс заключается в следующем: во-первых, силан гидролизуется в силанол в определенных условиях; во-вторых, силанол сам подвергается реакции поликонденсации; в-третьих, проводится нейтрализация промывкой водой и концентрирование для удаления малых молекул с получением силиконовой смолы.

 

Силиконовые резиновые герметизирующие материалы

Силиконовые материалы для инкапсуляции светодиодов также могут быть изготовлены из жидкого силиконового каучука литьевого формования. Инкапсуляционный материал из жидкого силиконового каучука состоит из линейного полисилоксана, содержащего винильные группы, в качестве базового полимера, винилсиликоновой смолы в качестве упрочняющего наполнителя и силиконового масла, содержащего водород, в качестве сшивающего агента. Силиконовый каучук литьевого формования не образует побочных продуктов в процессе вулканизации, имеет очень низкую усадку, а также высокую плотность сшивки, что широко применяется во многих областях. Использование формованных силиконовых полимеров в качестве материалов для упаковки белых светодиодов позволяет снизить затраты и увеличить срок службы светодиодов. Низковязкий жидкий силиконовый каучук обладает отличной проникающей способностью.

 

 

Мощные белые светодиоды на основе GaN являются основным направлением текущих разработок. Они характеризуются высоким тепловыделением, короткой длиной волны света и другими особенностями, что предъявляет более строгие требования к свойствам инкапсуляционных материалов. В то же время, использование инкапсуляционных материалов с высоким показателем преломления, УФ-стойкостью, термостабилизацией и низким напряжением может значительно повысить световую отдачу светодиода, а также продлить жизнеспособность продукта. Одновременно разработка мощных светодиодов требует от силиконовых инкапсуляционных материалов скорейшего создания продуктов с высокой прозрачностью, показателем преломления, устойчивостью к УФ-старению и термостарению. Учитывая проблемы силиконовых материалов, такие как низкий показатель преломления, плохая адгезия и низкая механическая прочность, метод модификации эпоксидной смолой используется для объединения преимуществ обоих материалов или гибридизации с неорганическими материалами с целью повышения показателя преломления силиконовых материалов.