解读功率型LED封装材料的研究现状及发展方向

　　有机硅封装材料

　　大量研究报道虽然证明了有机硅改性可以改善环氧树脂封装料的性能，但有机硅改性材料分子结构中含有环氧基，对材料耐辐射性能不利，而且存在易黄变的问题。有机硅材料的光学净度与热稳定性在高亮度和高可靠性的LED应用中发挥着重要的作用。有机硅材料正迅速取代环氧树脂和其他有机材料，为各种LED的应用提供广泛的灌封材料、透镜材料、粘结剂、密封胶以及保护涂层产品。

　　目前市场上的有机硅密封材料分为两种：高折射率型和普通折射率型有机硅材料，包括凝胶、硅橡胶和硅树脂。普通折射率型有机硅是以二甲基硅氧烷为主，而高折射率型有机硅足以苯基甲基砘氰烷为主。国际三大硅胶企业道康宁、迈图、信越产品以高折射率有机硅封装材料为主，在国内高端市场占据绝对优势。

　　目前市场上几家主流的有机硅LED封装材料供应商是日本信越、美国道康宁、迈图和Nusil科技，他们陆续推出了折射率超过1.50的硅胶和硅树脂产品。其中美国道康宁公司研究高分子聚合技术已有120年历史，对LED封装材料的研究处于领先水平，产品种类齐全，市场价格为5000～6000 公斤，高折射率产品主要牌号有：SR7010，OE26336，OE6550，JCR6175等。日本信越公司的产品耐老化性能优越，定位更高，市场价格为7000元/公斤，主要牌号有：SCR-1012，KER-2500，LPS-5547等 。迈图的硅胶可操作性突出，市场价格为5000元/公斤，主打IVS系列产品，牌号有5332，5862，4542，4622等。　　为了提高封装材料的折射率，有研究称 可以使用高折射率含苯基硅氧链节的含氢硅油和铂系催化剂来配合基础聚合物进行固化反应，不但材料的折射率可以显著提高，而且材料的机械强度、耐光热性能也有不同程度的改善。还可以通过提高封装材料中苯基的质量分数来降低这类有机硅材料的收缩率，提高其耐冷热循环冲击性能、优异的机械性能和粘接性能。另外有人将加成型液体硅橡胶通过注塑成型，实验证明可以降低橡胶材料的收缩率。而对于树脂材料来说，注塑成型同样适用，有报道称制备相同硬度的材料时，注塑成型可以使材料弹性模量提高约3% ，而不影响材料的透光性，并且加入无机填料还能够有效改善硅橡胶的耐热性能和耐辐射性能。近来有人针对封装材料固化周期长，固化温度高等问题展开研究，在配方中添加感光剂，利用可见光或紫外光照射固化，只需15—20 min即可固化完全，而其它性能不受影响。LED封装用有机硅材料一般使用铂催化剂，而铂催化剂保存时间短，易发黄，对封装材料的光透过性能不利，为此有人通过使用含苯基乙烯基的硅氧烷做配体，研究了一种不易变色的铂催化剂，使用该催化剂制备的硅橡胶封装材料折射率高，光透过性能超过95%。

　　从目前市场来看，有机硅封装材料中加成型苯基硅树脂封装料用量有明显增大趋势，硅树脂易加工成型、折光指数高、光透过性能和粘接性能良好，并且耐紫外光和热老化能力强，增加两官能度链段用量一定程度上还可以改善其抗冲击能力，可用于LED封装或者透镜材料使用。另外利用紫外光来固化硅树脂 ，也可以得到性能优异的封装材料，尤其是材料的抗变色能力突出，可以用来封装白色功率型LED。

　　综合上述国外制备的高折射率LED封装用有机硅材料不难看出，他们在选择基础聚合物时均选择了含苯基的聚硅氧烷。目前国内制备的含苯基聚硅氧烷只能用于生产对其性能要求不高的中低端产品，而高性能含苯基聚硅氧烷仍然依赖进口。正是由于这样的原因，目前国内有关高折光指数的有机硅材料的报道不多，但是也逐渐取得了一些进展。

　　中国科学院化学研究所在实验室已制备出了折光指数为1.56的硅油；杭州师范大学利用混合环硅氧烷进行共开环聚合反应，在甲苯溶剂中，4O～80℃阳离子交换树脂催化，制备得到端基含氢的无色透明硅油，其折光指数为1.39～1.51(25℃) 。中国科学院化学研究所开发了有机硅改性环氧树脂LED透镜材料，但是材料的耐紫外光、热老化性能不如有机硅。近来深圳方大国科光电技术有限公司报道将复合硅树脂和硅油混合，利用硅氢加成反应来制备的封装材料透光率可高达98%，在大功率白光LED上取得了较好的应用效果。

　　结论

　　随着对LED器件发光效率的深入研究，对封装材料的耐光老化、热老化、折射率、透光性等提出了新的要求。当前国内外LED封装企业已经开始使用具有出色耐紫外光老化和热老化性能的透明有机硅材料代替环氧树脂作为封装材料，这类材料已成为国外几家大公司和研究机构的研究和产品开发热点。

　　不容置疑，有机硅封装材料是满足LED封装要求的理想选择，正迅速取代环氧树脂和其他有机材料，为各种LED的应用提供广泛的灌封材料、透镜材料、粘结剂、密封胶以及保护涂层产品。但是随着LED产业的高速发展，对亮度、用途、包装过程、设计等多样化发展的需要产生了对不同硬度、更大折射率封装材料的需求，同时为了确保包装后的可靠性，选择合适硬度、粘结性的材料也是是非常重要的。目前LED封装用有机硅材料主要存在以下问题：(1)从有机硅化学结构和组成的角度来看，高折射率化是比较困难的，使用高折射率的超细纳米粒子进行改l生将备受关注。(2)有机硅材料的热导率较低，为提高其热导性就必须要提高氧化铝、银等高传导率辅助材料的填充率。但是，只采用现有技术无法获得透明性，需要有进一步的技术突破。(3)与其它LED封装材料相比，有机硅虽然有很多优点，但是它本身不具备较强的机械强度，热膨胀率较高，为弥补这一缺陷，需要对材料进行改性。以上几点对有机硅制造业将是非常严峻的挑战。