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功率型LED封裝材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

編輯：chris 2012-10-11 13:33:49 瀏覽：1018 來源：

目前，LED產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入大功率、高亮度的高速發(fā)展時(shí)期。與傳統(tǒng)光源相比，LED的優(yōu)點(diǎn)突出，消耗的電能僅是傳統(tǒng)光源的1/10；而在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢?FONT face="Times New Roman">LED的使用壽命完全可達(dá)10萬小時(shí)；基本上是一塊很小的晶片被封裝在高分子材料里面，非常的小，非常的輕；LED是由無毒材料制成，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，可以回收再利用等等。憑借以上自身優(yōu)勢，目前LED在背光源、顯示屏、交通訊號(hào)顯示光源等方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著亮度和功率的不斷提升，LED取代白熾燈等照明光源已成為照明領(lǐng)域的大勢所趨，大功率高亮度白光LED的發(fā)明，被業(yè)界稱為繼取火照明、愛迪生發(fā)明電燈之后的“照明領(lǐng)域的第三次革命”。

據(jù)報(bào)道，我國功率型和大功率LED已達(dá)到國際產(chǎn)業(yè)化先進(jìn)水平。下游器件的封裝實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，已成為世界重要的LED封裝基地。在LED產(chǎn)業(yè)中外延片和芯片的研究生產(chǎn)進(jìn)展迅速，卻相對忽視了對封裝材料的研究。長久以來，LED封裝的制程沒有太大的改變，封裝材料一直沒有革命性的突破。

我國在LED封裝材料和工藝方面的研究和生產(chǎn)起步較晚、品種少，技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模與國際水平有較大差距，現(xiàn)在僅有小功率LED用環(huán)氧樹脂類封裝材料。當(dāng)前，高端LED器件和大功率LED封裝用有機(jī)硅類材料均需進(jìn)口，價(jià)格昂貴，極大地制約了我國LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，國內(nèi)和有機(jī)硅材料相關(guān)的研究單位和生產(chǎn)企業(yè)對LED封裝行業(yè)缺乏了解，對LED封裝用有機(jī)硅材料相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作開展較少。已有國產(chǎn)有機(jī)硅封裝材料以低端市場為主，價(jià)格便宜，但是由于資金和技術(shù)缺乏，產(chǎn)品耐老化性能較差。而高端封裝企業(yè)對材料在耐熱性、耐紫外光輻射性、折射率、透光率等方面有更高的要求。

一、LED用封裝材料的性能要求

LED用封裝材料一方面要滿足封裝工藝的要求，另外一方面要滿足LED的工作要求。目前，環(huán)氧樹脂在國內(nèi)封裝材料市場占了較大比例，由于樹脂本身具有優(yōu)異的電絕緣性、密著性、介電性能、透明性，且粘結(jié)性好；同時(shí)貯存穩(wěn)定、配方靈活、操作簡便，但是較高的工作溫度和紫外線輻射使環(huán)氧樹脂的透明度嚴(yán)重下降，很難滿足大功率LED封裝的要求，許多專家甚至認(rèn)為，封裝材料和工藝的落后已對LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了瓶頸作用。

1、封裝工藝對于材料的性能要求

為了滿足LED實(shí)際裝配的操作工藝的需要，封裝材料要具有合適的粘度、粘結(jié)性和耐溫性，包括：

（1）固化前的物理特性、固化后的一般特性。

固化前的物理性質(zhì)與操作性相關(guān)，其中粘度與固化特性尤為重要。由于聚合物材料的高膨脹率影響，熱固化后，材料冷卻之產(chǎn)生明顯收縮，導(dǎo)致與周邊材料的界面產(chǎn)生應(yīng)力，繼而引發(fā)剝離、材料出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，所以盡可能低溫固化。

（2）表面粘結(jié)性。

封裝表面裸露的密封材料具有粘性，會(huì)導(dǎo)致密封材料之間相互粘結(jié)，這種無法從選材機(jī)上剝離的狀況會(huì)導(dǎo)致可操作性的降低。此外，在使用過程中，也會(huì)產(chǎn)生粘住灰塵、降低亮度的情況。從耐剝離、耐裂縫性的方面來看，需要較柔軟的封裝材料，但一般情況下，越柔軟的材料粘性越高，因此，需要一種在這兩者之間具有良好平衡性的材料。

（3）無鉛逆流性。

近年對無鉛焊錫表面處理的要求越來越高，這也表明了對封裝材料的耐熱性要求越來越高。在高溫逆流情況下，會(huì)產(chǎn)生因著色、劇烈熱變化引發(fā)的剝離、裂縫、鋼絲斷裂等。

2、光透過率

LED封裝材料對可視光的吸收會(huì)導(dǎo)致取光率降低，封裝材料要具有低吸光率、高透明性。相對環(huán)氧樹脂來說，有機(jī)硅樹脂透明性更為出色。在紫外光區(qū)有機(jī)硅樹脂類封裝材料的透過率可以達(dá)到95%以上，使LED器件的光透過率和發(fā)光強(qiáng)度得到大幅提高。

3、折射率

LED芯片與封裝材料之間的折射率的差別會(huì)對取光率有很大的影響，因此提高材料的折射率，讓它盡可能地接近LED芯片的折射率，有利于光的透過。一般來說，LED芯片的折射率（ｎ＝2.2～2.4）遠(yuǎn)高于有機(jī)硅封裝材料的折射率（ｎ＝1.41），當(dāng)芯片發(fā)光經(jīng)過封裝材料時(shí)，會(huì)在其界面上發(fā)生全反射效應(yīng)，造成大部分的光線反射回芯片內(nèi)部，無法有效導(dǎo)出，亮度效能直接受損。為解決此問題，必須提高封裝材料的折射率來減小全反射損失。有研究指出，隨著封裝材料折射率的增加，將可使LED亮度獲得增加，就紅光LED器件而言，當(dāng)封裝材料折射率為1.7時(shí)，外部取光效率可提升44％。因此開發(fā)高折射率透明材料以縮小芯片與封裝材料間的折射率差異，其重要性顯而易見。

4、耐熱老化和耐光老化性能

在大功率高亮度LED中，封裝材料不僅會(huì)受到很強(qiáng)烈的光照，還受到芯片散熱的影響，因此，封裝材料需要同時(shí)具備耐光性和耐熱性。即使長時(shí)間暴露在高溫環(huán)境下，密封材料也要求保證不變色、物理性質(zhì)穩(wěn)定。

二、功率型LED封裝材料的研究現(xiàn)狀

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