1.3有机硅封装材料应用原理及分析
有机硅封装材料一般是双组分无色透明的液体状物质，使用时按A：B=1：1的比例称量准确，使用专用设备行星式重力搅拌机搅拌，混合均匀，脱除气泡即可用于点胶封装，然后将封装后的部件按产品要求加热固化即可。
有机硅封装材料的固化原理一般是以含乙烯基的硅树脂做基础聚合物，含SiH基硅烷低聚物作交联剂，铂配合物作催化剂配成封装料，利用有机硅聚合物的Si—CH＝CH2与Si—H在催化剂的作用下，发生硅氢化加成反应而交联固化。我们可以用仪器设备来分析表征一些技术指标有如折射率、粘度、透光率、无机离子含量、固化后硬度、线性膨胀系数等等。
1.3.1
红外光谱分析
有机硅聚合物的Si—CH＝CH2与Si—H在催化剂的作用下，发生硅氢化加成反应而交联。随着反应的进行，乙烯基含量和硅氢基的浓度会逐渐减少，直到稳定于一定的量，甚至消失。
可采用红外光谱仪测量其固化前后不同阶段的乙烯基和硅氢基的红外光谱吸收变化情况[2]。我们只列举合成的高苯基乙烯基氢基硅树脂固化前和固化后的红外光谱为例：如图6所示，固化前：3071，3050
cm－1是苯环和CH2=CH-不饱和氢的伸缩振动，2960
cm－1是－CH3的C-H伸缩振动，2130
cm－1是Si—H的吸收峰，1590
cm－1是—CH＝CH2不饱和碳的吸收峰，
1488 cm－1是苯环的骨架振动，1430，1120
cm－1是Si－Ph的吸收峰，1250
cm－1是Si－CH3的吸收峰，1060
cm－1是Si-O-Si的吸收峰；固化后：2130
cm－1处的Si—H的吸收峰和1590
cm－1处的—CH＝CH2不饱和碳的吸收峰均消失。
1.3.2
热失重分析
有机硅主链si-0-si属于“无机结构”，si-0键的键能为462kJ/mol，远远高于C-C键的键能347kJ/mol，单纯的热运动很难使si-0键均裂，因而有机硅聚合物具有良好的热稳定性，同时对所连烃基起到了屏蔽作用，提高了氧化稳定性。有机硅聚合物在燃烧时会生成不燃的二氧化硅灰烬而自熄。为了分析封装材料的耐热性，及硅树脂对体系耐热性的影响，我们进行了热失重分析，如图7图8所示，样品起始分解温度大约在400℃，800℃的残留量在65％以上。封装材料在400℃范围内不降解耐热性好，非常适用于大功率LED器件的封装。
1.3.3 DSC分析
我们采用DSC（差示热量扫描法）分析了硅树脂固化后的玻璃化转变温度Tg。一般，Tg的大小取决于分子链的柔性及化学结构中的自由体积，即交联密度，Tg随交联密度的增加而升高，可以提供一个表征固化程度的参数。我们采用DSC分析了所制备的凝胶体、弹性体、树脂体的Tg，如表1所示，显然随着凝胶体、弹性体、树脂体的交联密度的增加，玻璃化转变温度Tg升高。同样也列举合成的高苯基乙烯基氢基硅树脂固化后的差示热量扫描分析图谱，如图9所示，玻璃化转变温度Tg约72℃。封装应用应根据封装实际的需求，选用不同的形态。
表1
有机硅树脂的玻璃化转变温度Tg
|
硅树脂
|
凝胶体
|
弹性体
|
树脂体
|
|
Tg
|
-100℃~-20℃
|
-20℃~5℃
|
30℃~75℃
|
图9
高苯基乙烯基氢基硅树脂DSC分析图谱
1.4有机硅封装材料的分类及与国外同类产品的对比
为了提高LED产品封装的取光效率，必须提高封装材料的折射率，以提高产品的临界角，从而提高产品的封装取光效率。根据实验结果，比起荧光胶和外封胶折射率都为1.4时，当荧光胶的折射率比外封胶高时，能显著提高LED产品的出光效率，提升LED产品光通量。目前业内的混荧光粉胶折射率一般为1.5左右，外封胶的折射率一般为1.4左右，故大功率白光LED灌封胶应选取透光率高（可见光透光率大于99%）、折射率高（1.4-1.5）、耐热性较好（能耐受200℃的高温）的双组分有机硅封装材料
LED有机硅封装材料，固化后按弹性模量划分，可分为凝胶体，弹性体及树脂等三大类；按折射率划分，可分为标准折射率型与高折射率两大类，见表2：
表2
LED有机硅封装材料的分类
|
序号
|
折射率
|
低弹性模量
|
中弹性模量
|
高弹性模量
|
|
1
|
1.40~1.45
|
低折射率凝胶体
|
低折射率弹性体
|
低折射率树脂体
|
|
2
|
1.50~1.55
|
高折射率凝胶体
|
高折射率弹性体
|
高折射率树脂体
|
与国外同类产品进行了对比，其参数如表3表4所示，可知各项性能参数较接近，经部分客户试用反映良好。
表3自制低折色率产品与国外同类产品的比较
|
种类
|
凝胶体
（透镜填充）
|
弹性体
（透镜填充）
|
弹性体
（贴片，倒模胶）
|
|
道康宁
OE-6250
|
AP-G1416
|
道康宁
6101
|
AP-G1415
|
道康宁
6301
|
AP-G2455
|
|
A/B剂粘度（25℃）
mPa·s
|
2900/1400
(A/B)
（1：1）
|
1200/900
(A/B)
（1：1）
|
20000
(单)
（单）
|
1100/1400
(A/B)
（1：1）
|
2800/5000
(A/B)
（1：3）
|
4000/3000
(A/B)
（1：1）
|
|
混合粘度
|
1900
|
1100
|
20000
|
1200
|
3800
|
3500
|
|
固化条件
|
70℃/1h
|
25℃×12h或
70℃×1h
|
70℃×1h＋
150℃×2
h
|
25℃×24h或
100℃×1h
|
150℃/1h
|
90℃×1h＋
150℃×3
h
|
|
折光率
|
1.41
|
1.41
|
1.41
|
1.41
|
1.41
|
1.41
|
|
透光率
|
>95
|
>95
|
>95
|
>95
|
>95
|
>95
|
|
硬度
|
-
|
-
|
35(A)
|
20(A)
|
70(A)
|
70(A)
|
表4自制高折色率产品与国外同类产品的比较
|
种类
|
凝胶体
|
弹性体
|
树脂体
|
|
道康宁
OE-6450
|
AP
1550
|
道康宁
OE-6550
|
AP
2550
|
道康宁
OE-6630
|
AP
3550
|
|
A/B剂粘度（25℃）
mPa·s
|
2900/1400
(A/B)
（1：1）
|
2000/2000
(A/B)
（1：1）
|
22000/1100
(A/B)
（1：1）
|
8000/3500
(A/B)
（1：1）
|
2100/2300
(A/B)
（1：3）
|
1500/3000
(A/B)
（1：1）
|
|
混合粘度
|
1900
|
2000
|
4000
|
4500
|
2200
|
2000
|
|
固化条件
|
100℃/1h
|
100℃/1h
|
150℃/1h
|
150℃/1h
|
150℃/1h
|
150℃/1h
|
|
折光率
|
1.54
|
1.53
|
1.54
|
1.53
|
1.53
|
1.53
|
|
透光率
|
>95
|
>95
|
>95
|
>95
|
>95
|
>95
|
|
硬度
|
50针入度
|
60针入度
|
52(A)
|
50(A)
|
35(D)
|
50(D)
|
针对LED封装行业的不同部位的具体要求开发五个应用系列的有机硅材料，不同的封装要求，在封装材料的粘度，固化条件，固化后的硬度（或弹性），外观，折光率等方面有差异。具体分类介绍如下：
1.4.1混荧光粉有机硅系列
|
AP-2550项目
|
技术参数
|
|
固化前（A组分）
|
外观
|
无色透明液体
|
|
粘度mPa·s（25℃）
|
8000
|
|
固化前（B组分）
|
外观
|
无色透明液体
|
|
粘度mPa·s（25℃）
|
3500
|
|
使用比列
|
1：1
|
|
混合后粘度mPa·s（25℃）
|
4500
|
|
典型固化条件
|
150℃×1h
|
|
固化后
|
外观
|
高透明弹性体
|
|
硬度（ShoreA）
|
52
|
|
折射率（25℃）
|
1.53
|
|
透光率（％、450
nm）
|
﹥95
|
传统封装的超高亮度白光L
ED ,配粉胶一般采用环氧树脂或有机硅材料。如图9所示,分别用环氧树脂和有机硅材料配粉进行光衰实验的结果。可以看出,用有机硅材料配粉的白光L
ED
的寿命明显比环氧树脂的长很多。原因之一是用有机硅材料和环氧树脂配粉的封装工艺不一样,
有机硅材料烘烤温度较低,时间较短,对芯片的损伤也小;另外,
有机硅材料比环氧树脂更具有弹性,更能对芯片起到保护作用。
