环氧灌封有常态和真空两种灌封工艺,1、LED 封装

2019-10-24 00:54 来源:未知

3)基于半固化胶膜的真空压合成型;

有机硅聚合物以Si—O 键为主链,硅原子上连接有机基团,可有R3 SiO1 /2 、R3 SiO2 /2 、R3 SiO3 /2 、R3 SiO2 等链节按照一定比例组合而成;Si—O 键键能较高,使其具有比较好的耐高温或辐射性能,且Si—O 键键角较大,能使材料的分子链柔软。有机硅材料在耐热性、抗黄变等方面有优异的性能。有机硅材料易改性,可以在侧链上引入具有提高折射率的功能基团,如硫、苯、酚和环氧基等,提高封装材料的折射率,提高LED 发光效率。

2)灌封前,试件要加热到规定温度,灌封完毕应及时进入加热固化程序。

谭雨涵 北京十三中学

2. 2 有机硅树脂的合成

增韧剂在灌封料中起着重要作用,环氧树脂的增韧改性主要通过加增韧剂、增塑剂等来改进其韧性,增韧剂有活性和惰性两种,活性增韧剂能和环氧树脂一起参加反应,增加反应物的链节,从而增加固化物的韧性。一般选择端羧剂液体丁腈橡胶,在体系内形成增韧的"海岛结构",增加材料的冲击韧度和耐热冲击性能。

点胶灌封技术是LED封装常用的标准工艺,点胶工艺的核心设备包括点胶机(有气压、柱塞泵、齿轮泵等供料方式)、一体成型的带围坝或反射杯的金属支架,封装材料为双组分或单组份胶水。无论液态环氧树脂还是液态有机硅胶水,基本采用双组分包装方式,这是因为双组分有利于材料的长期存储,但点胶灌封前,他们需经过充分混合达到均一才能使用。为了将胶水与无机材料充分混合,就必须借助于高速双行星分散机,这样才能确保无机材料在有机树脂内的均一分散。混合后的材料需按供应商的推荐操作方法进行LED的封装,并且在规定时间内用毕,否则,无机材料无法在液态胶水中长期稳定分散,会发生团聚和沉降现象。此外,A、B组分混合后,即使在室温储存,也会发生化学交联或吸湿,从而影响材料的黏度稳定。环氧树脂主要以酸酐作为固化剂,配置成加成反应型封装材料,这种环氧树脂是A、B双组分配方。此外,环氧树脂还可以基于阳离子反应机理配置成单组份胶水。这种阳离子反应配方材料更具耐热性和耐高温黄变能力,但碍于催化体系成本高,无法普遍使用,仅仅限定在触变性要求较高的封装领域。用 于LED封装应用的有机硅胶水主要是采用金属铂催化含双键的有机硅氧烷与含硅氢的有机硅氧烷的加成反应体系。该反应体系通常配制成A、B双组分封装材料,它们稳定性好,便于储存。LED封装胶水大部分是热固化的材料,也有部分封装材料为了特殊应用而采用UV光固化体系。对于热固化材料,点胶后,胶水需要经过150度约2-5小时的高温烘烤,实现完全固化封装。当树脂固化时,树脂会发生一定的体积收缩,产生收缩应力,这会对树脂与芯片、芯片与银胶的粘结、金线焊点部位、树脂与支架的结合界面等产生一定影响。因此,封装材料和封装工艺对LED器件的系统稳定性有直接关联,封装工程师需要系统细致研究分析,以确定最佳封装工艺和封装材料。

GaN 基功率型白色LED 是目前开发的重点,具有热量大、发光波长短等特点,对封装材料性能的要求也更严格。同时使用高折射率、耐紫外、耐热老化及低应力的封装材料能明显提高LED 的光输出功率,还能延长产品使用的寿命,同时大功率LED 器件的研制,也要求有机硅封装材料尽早开发出具有透明度高、折射率、耐紫外线老化和热老化能力都优良的产品。针对有机硅材料存在的如折光率低、粘结性差、机械强度低等问题,采用环氧改性的方法将两者的优点进行结合,或是与无机材料进行杂化,提高有机硅材料的折光率。

从工艺角度分析,造成线间空隙有以下两方面原因:

Transfer Molding 就是转进塑封技术,由塑封机、芯片及其支撑材料、EMC(Epoxy Molding Compound) 封装树脂三大要素构成。主要塑封机设备的分类和生成经济性总结在表1中。

目前国外的高折射率LED 封装产品主要牌号有: SR7010,OE26336,OE6550,JCR6175 等。日本信越公司的产品耐老化性能很有优势主要牌号有: SCR-1012,KER-2500,LPS-5547等,迈图的硅胶可操作性突出,主打IVS 系列产品,牌号有5332,5862,4542,4622 等。国内康美特公司研发的高折LED封装胶性能较佳,主要型号有KMT-1266、KMT-1269、KMT-1272 等。

3.2、固化剂

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2、LED 封装用有机硅树脂

灌封料中填料的加入对提高环氧树脂制品的某些物理性能和降低成本有明显的作用。它的添加不仅能降低成本,还能降低固化物的热膨胀系数、收缩率以及增加热导率。在环氧灌封料中常用的填充剂有二氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化硼等材料。表1是常见无机填料的导热系数。二氧化硅又分为结晶型、熔融角型和球形二氧化硅。在电子封装用灌封料中,由于产品要求,优选熔融球形二氧化硅。

4)其他特殊封装方式,如基于液态树脂的模具注射成型、基于触变胶水的刷涂或印刷、喷涂等封装工艺。

1、LED 封装用改性环氧树脂

局部放电起始电压低,线间打火或击穿电视机、显示器行输出变压器,汽车、摩托车点火器等高压电子产品,常因灌封工艺不当,工作时会出现局部放电、线间打火或击穿现象,是因为这类产品高压线圈线径很小,一般只有0.02~0.04mm,灌封料未能完全浸透匝间,使线圈匝间存留空隙。由于空隙介电常数远小于环氧灌封料,在交变高压条件下,会产生不均匀电场,引起界面局部放电,使材料老化分解,引起绝缘破坏。

1)基于液态胶水的点胶灌封;

2. 1 有机硅材料的特点

环氧树脂灌封料及其工艺和常见问题

2)基于固态 EMc 的Transfer Molding转进注射成型;

2. 3 硅树脂在LED 封装材料中的应用

3.6、填充剂

LED是半导体发光二极管,现已广泛应用于照明、显示、信息和传感器等诸多领域。LED器件按功率及用途要求,采用相应的封装材料,主要包括环氧树脂、有机硅树脂和无机封装材料等。

3、结论

固化物表面不良或局部不固化这些现象也多与固化工艺相关。主要原因是:

澳门mgm美高梅官方网站,一、LED封装技术与材料综述

按其折射率可分为低折射率 和高折射率 两类,折射率1.4 的主要是甲基型有机硅材料,折射率1.53 的主要是苯基型有机硅材料。由于有机硅材料折光率越大,取光效率越高,所以应当尽量提高有机硅材料的折光率。

灌封料的作用是强化电子器件的整体性,提高对外来冲击、震动的抵抗力;提高内部元件、线路间绝缘,有利于器件小型化、轻量化;避免元件、线路直接暴露,改善器件的防水、防潮性能。

封装材料和封装工艺、封装设备需要互相匹配,他们基本是一一对应的关系。LED封装的主流方式有以下几种:

化学共聚方法是利用有机硅聚合物上的活性基团,如羟基,烷氧基等,与环氧树脂上的环氧基等活性基团反应,生成共聚物达到改性的目的。早在2007 年国外就有人采用该方法开展了用有机硅共聚改性环氧封装材料用于LED 产品的研究,其实验证明该方法能够使该封装材料的抗冲击性能和耐高低温性能得到明显提高、收缩率和热膨胀系数显著降低。Deborah等采用缩合反应,将4—乙烯基环氧乙烷分别与二 四苯基环四硅氧、三 苯基硅氧烷等多种硅烷进行混合反应,制成了耐冲击性优良和耐UV 老化性强、透光率高、热膨胀系数满足芯片产品要的改性环氧树脂产品。黎学明等采用UV 固化技术,将聚有机硅倍半氧烷和环氧树脂原位交联杂化,得到了具有高透光、热稳定性强和耐UV 老化、抗冲击性优良和高附着力的环氧聚有机硅倍半氧烷杂化膜材料,可用来取代目前使用的高温固化环氧材料,用于LED、电子封装等行业。Seung Cheol Yang等用脂环族环氧树脂与二苯二羟基和三苯羟基反应,制得高折光率 ,热稳定性好,耐紫外线的有机硅环氧改性材料。黄云欣等首先合成了不同分子量的低聚倍半硅氧烷,分别用合成的聚有机硅氧烷来改性双酚A 型环氧树脂,结果显示三种聚硅氧烷均能提高环氧树脂产品的韧性和弯曲强度。杨欣等通过2— ( 3,4—环氧环已烷基)乙基甲基二乙氧基硅烷的水解缩合反应制备了多官能度有机硅环氧树脂,采用甲基六氢苯酐做固化剂,得到的产品具有透光率和耐热老化性能都有很大的改善,有望在LED 封装材料领域得到推广应用。Crivello. J等用含有双键的环氧单体有烯丙基缩水甘油醚以及4—乙烯基环氧环己烷,与含氢聚硅氧烷进行硅氢加成反应,合成有机硅改性环氧树脂,具有较好的透明度和耐热性。

米高梅娱乐场,3.8、增韧剂

《2018阿拉丁照明产业照明白皮书》关键材料 顾问

环氧树脂具有较高的折射率和透光率,并且力学性能和粘接性能相当不错,所以市场上仍有一定产品在采用。通过引入有机硅功能团改性环氧树脂,可提高环氧树脂的高温使用性能和抗冲击性能,降低产品的收缩率和热膨胀性,提高产品的应用范围。按反应机理,有机硅改性环氧树脂可分为物理共混和化学共聚两种方法。如果纯粹依靠单纯的物理共混,由于有机硅与环氧树脂的溶解度系数相差较大,微观相结构容易呈分离态,改性效果不佳,一般需要通过添加过渡相容基团的方法来改进其相容性能。S. S. Hou等使用含氢聚硅氧烷与烯丙基缩水甘油醚进行硅氢加成反应,制备出含有环氧基的聚硅氧烷,然后与双酚A型环氧树脂共混。其实验结果表明: 改性产品的微观相结构较好,没有相分离。

1)计量或混合装置失灵、生产人员操作失误。

1.1 点胶灌封技术

硅树脂一般以有机硅烷为原料,在溶剂存在的情况下水解、缩聚制得。合成的原料一般为氯硅烷或烷氧基硅烷。具体工艺为:一是硅烷在一定条件下水解成硅醇,二是硅醇自身进行缩聚反应,三是经过水洗中和,浓缩除去小分子得到有机硅树脂。如徐晓秋等首先将甲基苯基二乙氧基硅烷水解,高温裂解成甲基苯基环体,然后通过阴离子开环聚合,合成无色透明,折光率1.5以上的苯基乙烯基硅油。吴涛等采用阴离子开环聚合的方法,由含二甲基硅氧链节的环状甲基苯基硅氧烷和乙烯基双封头在碱性催化剂的作用下制备乙烯基封端甲基苯基硅油。伍川等采用酸催化,八甲基环四硅氧烷 ,或将1,3,5,7—四甲基环四硅氧烷 与甲基苯基混合环体在甲苯溶剂中聚合,制备交联剂有机硅含氢硅油。其Ph 与Si 的量之比为0.30~0.60,活性氢质量分数为0~0.5%,折射率为1.39~1.51 ,动力黏度为100~550 mPa·s。汪晓璐等采用无溶剂法合成了苯基乙烯基透明硅树脂; 选用乙烯基三甲氧基硅烷、端羟基聚二甲基硅氧烷、二苯基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷为原料,盐酸水溶液为催化剂,进行水解缩合反应,合成出室温下具有流动性的高折射率透明有机硅树脂。杨雄发等为了降低LED 封装胶的表面张力,使其容易真空脱泡,制备含甲基三氟丙基硅氧链节和甲基苯基硅氧链节的透明乙烯基硅油。黄荣华等以甲基乙烯基氯硅烷苯基氯硅烷、甲基氯硅烷、苯基氯硅烷为原料,用甲基封头剂和乙烯基封头剂封端,合成苯基乙烯基硅树脂,然后用孔径为0. 45μm的滤膜进行过滤,可有效除去残余的盐酸小颗粒,提高产品透明度,获得无色透明的乙烯基苯基硅树脂。

1)灌封料复合物应保持在给定的温度范围内,并在适用期内使用完毕。

1.2 基于热固性树脂封装材料的转进塑封(Transfer Molding)技术

LED 具有节能环保、寿命长、使用电压低、开关时间短等特点,广泛应用于照明、显示、背光等诸多领域。目前正朝更高亮度、高色彩性、高耐气候性、高发光均匀性等方向发展。LED 产业链可分为上、中、下游,分别是LED 外延芯片、LED 封装及LED 应用。作为LED 产业链中承上启下的LED 封装,在整个产业链中起着重要作用。LED 由芯片、导线、支架、导电胶、封装材料等组成,其中,封装材料是影响LED 性能和使用寿命的关键因素之一。目前,封装材料由于其对透光性的特殊要求,目前市面上使用的主要有环氧树脂、有机硅、聚碳酸酯、玻璃、聚甲基丙烯酸酯等高透明度材料。但由于这些材料多数硬度较大且加工不方便,故基本上用于外层透镜材料。传统的LED 环氧树脂封装材料存在内应力大、耐热性差、容易老化等缺陷,不能满足LED 封装材料性能上日益发展的需求,正逐步被有机硅材料或者有机硅改性材料取代。有机硅材料是一种具有高耐紫外线和高耐老化能力、低应力的材料,成为LED 封装材料的理想选择。硅树脂的透光率与LED 器件的发光强度和效率成正比,透光率越高,有利于增加LED 器件的发光强度和效率。由于氮化镓芯片具有高的折射率 ,一般有机硅材料的折光率只有1.4,所以,提高有机硅材料的折光率可以减少与芯片折光率之差,减少界面反射和折射带来的光损失,增强LED 器件的取光效率。

3)灌封真空度要符合技术规范要求。

冯亚凯 天津大学化工学院教授

有机硅环氧树脂由于能体现环氧树脂与有机硅树脂两种材料的优点,最近得到了较为广泛的应用,其在机械性能、粘结性、耐老化、耐紫外线、折光率等方面表现出了优异的性能,是今后LED 封装材料的研究方向,一定会取得重大进展。

4、灌封工艺

目前关于LED 封装材料的专利非常多,苯基封装材料的研究最多。张伟等以四苯基环四硅氧烷和乙烯基双封头为原料,在碱催化剂存在的条件下80~100℃聚合6~8h,合成乙烯基苯基硅油; 以苯基三甲氧基硅烷和含氢双封头为原料,在盐酸存在的条件下70~80℃反应3 h,然后水洗蒸馏制得含氢苯基树脂,乙烯基苯基硅油与含氢树脂固化用于LED 封装材料,具有高折射率 、高透光率、良好耐热性及热冲击稳定性。杨欢,杨刚,高群采用水解缩合得到苯基有机硅树脂:选用苯基三甲氧基硅烷,二苯基二甲氧基硅烷,乙烯基三甲氧基硅烷为原料,盐酸水溶液为催化剂,升温进行水解缩合反应6h,最后再在120℃下减压蒸馏3h,室温下得到透明的有机硅树脂后加入一定量的含氢硅油和Pt 催化剂进行硅氢加成固化反应。丁小卫等通过先将烷氧基硅烷水解制成预聚体,再与含氢烷氧基硅烷进行缩聚,得到了含苯基的氢基硅树脂。该工艺简单可控而且环保,其产品的折射率最高可达1.531。通过引入具有高折射率的无机氧化物微粒的改性而制备的无机超微颗粒复合型有机硅LED 封装材料,具有折射率高、抗紫外辐射性强等优点。张文飞等采用N— -4-叠氮-2,3,5,6-四氟苯甲酰胺改性纳米氧化锌,并将其接枝在有机硅聚合物链上,接枝反应改变了纳米复合物的折光指数,并使ZnO 纳米粒子与有机硅基体的折光指数更加匹配,提高了有机硅聚合物的折光率,应用于LED 封装材料有极大前景。展喜兵等采用非水解溶胶一凝胶制备一系列透明钛杂化硅树脂,该树脂的折射率高达1.62,同时得到的产品具有很好的透光性和热稳定性。我司以苯基三甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷为原料,有机酸为催化剂,合成乙烯基苯基硅树脂,制得的乙烯基苯基硅树脂与含氢硅树脂固化,邵尔D硬度为55~75 D,折光率>1. 53,透光率大于99%,用于LED 封装材料较佳。

2)灌封前试件预热温度不够,灌人试件物料黏度不能迅速降低,影响浸渗。

若我们对灌封试件采取一次高温固化,则固化过程中的两个阶段过于接近,凝胶预固化和后固化近乎同时完成,这不仅会引起过高的放热峰,损坏元件,还会使灌封件产生巨大的内应力,造成产品内部和外观的缺损。为获得良好的制件,我们必须在灌封料配方设计和固化工艺制定时,重点关注灌封料的固化速度(即A、B复合物凝胶时间)与固化条件的匹配问题。通常采用的方法是:依照灌封料的性质、用途按不同温区分段固化的工艺。据专家介绍,彩色电视机行输出变压器灌封按不同温区分段固化规程及制件内部放热曲线。在凝胶预固化温区段灌封料固化反应缓慢进行,反应热逐渐释放,物料黏度增加和体积收缩平缓进行。此阶段物料处于流态,则体积收缩表现为液面下降,直至凝胶,可完全消除该阶段体积收缩内应力。从凝胶预固化到后固化阶段,升温也应平缓,固化完毕,灌封件应随加热设备同步缓慢降温,多方面减少、调节制件内应力分布状况,可避免制件表面产生缩孔、凹陷甚至开裂现象。

总之,要获得一个良好的灌封产品,灌封及固化工艺的确是一个值得高度重视的问题。

酸酐类同化剂是双组分加热固化环氧灌封料最重要的同化剂。常用的同化剂有液体甲基四氢邻苯二甲酸酐、液体甲基六氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐等。这类固化剂黏度小,配合用量大,能在灌封料配方中起到同化、稀释双重作用,固化放热缓和,同化物综合性能优异。

双组分环氧一酸酐灌封料,一般要在140℃左右长时间加热才能固化。这样的固化条件,不仅造成能源浪费,而且多数电子器件中的元件、骨架外壳是难以承受的。配方中加入促进剂组分则可有效降低固化温度、缩短固化时间。常用的促进剂有:卞基二胺、DMP-30等叔胺类。也可使用咪唑类化合物和羧酸的金属盐,如2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑等。

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