1.3有機硅封裝材料應(yīng)用原理及分析
有機硅封裝材料一般是雙組分無色透明的液體狀物質(zhì)，使用時按A：B=1：1的比例稱量準確，使用專用設(shè)備行星式重力攪拌機攪拌，混合均勻，脫除氣泡即可用于點膠封裝，然后將封裝后的部件按產(chǎn)品要求加熱固化即可。
有機硅封裝材料的固化原理一般是以含乙烯基的硅樹脂做基礎(chǔ)聚合物，含SiH基硅烷低聚物作交聯(lián)劑，鉑配合物作催化劑配成封裝料，利用有機硅聚合物的Si—CH＝CH2與Si—H在催化劑的作用下，發(fā)生硅氫化加成反應(yīng)而交聯(lián)固化。我們可以用儀器設(shè)備來分析表征一些技術(shù)指標有如折射率、粘度、透光率、無機離子含量、固化后硬度、線性膨脹系數(shù)等等。
1.3.1
紅外光譜分析
有機硅聚合物的Si—CH＝CH2與Si—H在催化劑的作用下，發(fā)生硅氫化加成反應(yīng)而交聯(lián)。隨著反應(yīng)的進行，乙烯基含量和硅氫基的濃度會逐漸減少，直到穩(wěn)定于一定的量，甚至消失。
可采用紅外光譜儀測量其固化前后不同階段的乙烯基和硅氫基的紅外光譜吸收變化情況[2]。我們只列舉合成的高苯基乙烯基氫基硅樹脂固化前和固化后的紅外光譜為例：如圖6所示，固化前：3071，3050
cm－1是苯環(huán)和CH2=CH-不飽和氫的伸縮振動，2960
cm－1是－CH3的C-H伸縮振動，2130
cm－1是Si—H的吸收峰，1590
cm－1是—CH＝CH2不飽和碳的吸收峰，
1488 cm－1是苯環(huán)的骨架振動，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處的Si—H的吸收峰和1590
cm－1處的—CH＝CH2不飽和碳的吸收峰均消失。
1.3.2
熱失重分析
有機硅主鏈si-0-si屬于“無機結(jié)構(gòu)”，si-0鍵的鍵能為462kJ/mol，遠遠高于C-C鍵的鍵能347kJ/mol，單純的熱運動很難使si-0鍵均裂，因而有機硅聚合物具有良好的熱穩(wěn)定性，同時對所連烴基起到了屏蔽作用，提高了氧化穩(wěn)定性。有機硅聚合物在燃燒時會生成不燃的二氧化硅灰燼而自熄。為了分析封裝材料的耐熱性，及硅樹脂對體系耐熱性的影響，我們進行了熱失重分析，如圖7圖8所示，樣品起始分解溫度大約在400℃，800℃的殘留量在65％以上。封裝材料在400℃范圍內(nèi)不降解耐熱性好，非常適用于大功率LED器件的封裝。
1.3.3 DSC分析
我們采用DSC（差示熱量掃描法）分析了硅樹脂固化后的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。一般，Tg的大小取決于分子鏈的柔性及化學結(jié)構(gòu)中的自由體積，即交聯(lián)密度，Tg隨交聯(lián)密度的增加而升高，可以提供一個表征固化程度的參數(shù)。我們采用DSC分析了所制備的凝膠體、彈性體、樹脂體的Tg，如表1所示，顯然隨著凝膠體、彈性體、樹脂體的交聯(lián)密度的增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg升高。同樣也列舉合成的高苯基乙烯基氫基硅樹脂固化后的差示熱量掃描分析圖譜，如圖9所示，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg約72℃。封裝應(yīng)用應(yīng)根據(jù)封裝實際的需求，選用不同的形態(tài)。
表1
有機硅樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg
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硅樹脂
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凝膠體
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彈性體
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樹脂體
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Tg
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-100℃~-20℃
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-20℃~5℃
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30℃~75℃
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圖9
高苯基乙烯基氫基硅樹脂DSC分析圖譜
1.4有機硅封裝材料的分類及與國外同類產(chǎn)品的對比
為了提高LED產(chǎn)品封裝的取光效率，必須提高封裝材料的折射率，以提高產(chǎn)品的臨界角，從而提高產(chǎn)品的封裝取光效率。根據(jù)實驗結(jié)果，比起熒光膠和外封膠折射率都為1.4時，當熒光膠的折射率比外封膠高時，能顯著提高LED產(chǎn)品的出光效率，提升LED產(chǎn)品光通量。目前業(yè)內(nèi)的混熒光粉膠折射率一般為1.5左右，外封膠的折射率一般為1.4左右，故大功率白光LED灌封膠應(yīng)選取透光率高（可見光透光率大于99%）、折射率高（1.4-1.5）、耐熱性較好（能耐受200℃的高溫）的雙組分有機硅封裝材料
LED有機硅封裝材料，固化后按彈性模量劃分，可分為凝膠體，彈性體及樹脂等三大類；按折射率劃分，可分為標準折射率型與高折射率兩大類，見表2：
表2
LED有機硅封裝材料的分類
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序號
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折射率
|
低彈性模量
|
中彈性模量
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高彈性模量
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1
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1.40~1.45
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低折射率凝膠體
|
低折射率彈性體
|
低折射率樹脂體
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|
2
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1.50~1.55
|
高折射率凝膠體
|
高折射率彈性體
|
高折射率樹脂體
|
與國外同類產(chǎn)品進行了對比，其參數(shù)如表3表4所示，可知各項性能參數(shù)較接近，經(jīng)部分客戶試用反映良好。
表3自制低折色率產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品的比較
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種類
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凝膠體
（透鏡填充）
|
彈性體
（透鏡填充）
|
彈性體
（貼片，倒模膠）
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道康寧
OE-6250
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AP-G1416
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道康寧
6101
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AP-G1415
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道康寧
6301
|
AP-G2455
|
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A/B劑粘度（25℃）
mPa·s
|
2900/1400
(A/B)
（1：1）
|
1200/900
(A/B)
（1：1）
|
20000
(單)
（單）
|
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
|
|
固化條件
|
70℃/1h
|
25℃×12h或
70℃×1h
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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自制高折色率產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品的比較
|
種類
|
凝膠體
|
彈性體
|
樹脂體
|
|
道康寧
OE-6450
|
AP
1550
|
道康寧
OE-6550
|
AP
2550
|
道康寧
OE-6630
|
AP
3550
|
|
A/B劑粘度（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
|
|
固化條件
|
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針入度
|
60針入度
|
52(A)
|
50(A)
|
35(D)
|
50(D)
|
針對LED封裝行業(yè)的不同部位的具體要求開發(fā)五個應(yīng)用系列的有機硅材料，不同的封裝要求，在封裝材料的粘度，固化條件，固化后的硬度（或彈性），外觀，折光率等方面有差異。具體分類介紹如下：
1.4.1混熒光粉有機硅系列
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AP-2550項目
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技術(shù)參數(shù)
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固化前（A組分）
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外觀
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無色透明液體
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粘度mPa·s（25℃）
|
8000
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固化前（B組分）
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外觀
|
無色透明液體
|
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粘度mPa·s（25℃）
|
3500
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使用比列
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1：1
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混合后粘度mPa·s（25℃）
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4500
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典型固化條件
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150℃×1h
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固化后
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外觀
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高透明彈性體
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硬度（ShoreA）
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52
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折射率（25℃）
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1.53
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透光率（％、450
nm）
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﹥95
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傳統(tǒng)封裝的超高亮度白光L
ED ,配粉膠一般采用環(huán)氧樹脂或有機硅材料。如圖9所示,分別用環(huán)氧樹脂和有機硅材料配粉進行光衰實驗的結(jié)果。可以看出,用有機硅材料配粉的白光L
ED
的壽命明顯比環(huán)氧樹脂的長很多。原因之一是用有機硅材料和環(huán)氧樹脂配粉的封裝工藝不一樣,
有機硅材料烘烤溫度較低,時間較短,對芯片的損傷也小;另外,
有機硅材料比環(huán)氧樹脂更具有彈性,更能對芯片起到保護作用。
