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LED手电筒的电路芯片硅胶封装知识解析

封装用有机硅材料的发展

  有机硅材料主链为Si—O—Si键,侧链连接不同的功能性基团,整个分子链呈螺旋状,这种特殊的杂链分子结构赋予其许多优异性能:耐低温陛能、热稳定性和耐候性优良,工作温度范围较宽(﹣50—250℃)、具有良好的疏水性和极弱的吸湿性(<0.2%),可以有效阻止溶液和湿气侵入内部,从而提高LED的使用寿命。有机硅材料除了上述特点,还具有透光率高、耐紫外光强等优点,且透光率和折射率可以通过苯基与有机基团的比值来调节,其性能明显优于环氧树脂,是理想的LED封装材料。

  随着功率型LED的发展,环氧树脂已不能满足要求,但其作为LED封装材料具有良好的粘接性能、介电性能,且价格低廉、操作简便,鉴于有机硅材料性能上的优点及降低成本上的考虑,通过物理共混和化学共聚的方法使有机硅改性环氧树脂成为众多研究方向。通过有机硅材料增韧改性环氧树脂可以改善其分子链的柔性,降低其内应力,进而改善开裂问题;利用有机硅的良好耐热性和强耐紫外光特性进行改性以提高环氧树脂的耐老化性、差耐热性、耐紫外光等问题。

 Part 2

  封装用有机硅材料的关键技术

  2.1 高折射率

  LED封装技术的最大挑战就是提高LED芯片到空气的光取出率,根据斯涅耳方程:

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  式中,i为芯片和封装材料界面的光学临界角,n1为封装材料的折射率,n2为LED芯片的折射率,η0为光取出率。从公式(1)、(2)可以看出,只有当n1和n2的差越小,i越接近180?,光取出率越大。因此功率型LED器件封装材料对折射率有很高的要求,需>1.5。

  折射率nd可由Lorentz-Lorentz方程表示:

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  式中,nd为折射率,RLL为摩尔折射度,V为摩尔体积。从式(3)可以看出,折射率与摩尔折射度成正比,分子摩尔体积成反比。摩尔折射度具有加和性,因此,在分子链中引入摩尔折射度和分子体积比值较大的原子或基团可以提高聚合物的折射率,常见原子的折射度及形成化学键时的折射度增量见表1。

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  由表1可知,卤素的折射度增量较大,但是引入卤素会使有机硅材料的密度增大,耐候性差,易黄变,因此可通过引入苯、硫、氮等基团来提高有机硅材料的折射率,但是,Liu Jingang等指出引入芳香基团、硫原子、除氟外的卤素原子以及金属有机化合物,其最高折射率很难超过1.8。由于苯环具有较高的摩尔折射度和相对较小的分子体积,因此,高折射率封装材料以苯基型有机硅材料为主,折射率在1.40~1.7内变化,也是目前研究最成熟的方法之一。有研究表明:苯基质量分数越大,有机硅封装材料的折射率越高,同时还使材料的收缩率降低、耐冷热循环冲击性能提高,苯基质量分数为40%时硅材料的折射率为1.51,苯基含量为50%时折射率>1.54,全苯基时折射率达1.57;然而,当苯基含量过高(超过50%)时,封装材料的透光率会下降,热塑性太大而使产品失去使用价值,当W苯基=20%-40%时,产物的综合性能相对最好。

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