隨著LED的功率和亮度越來越大，環(huán)氧樹脂耐光、熱老化等方面已經(jīng)很難滿足封裝的要求。但是環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的介電、粘結(jié)性能，尤其是價格便宜，成本低廉。因此過去一段時間里，正是因?yàn)檫@樣，正航儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研究工作者并沒有放棄使用環(huán)氧樹脂，而是采取了利用有機(jī)硅來改性環(huán)氧樹脂的方式來開發(fā)兼具兩種材料優(yōu)點(diǎn)的封裝材料。
一、有機(jī)硅/環(huán)氧樹脂封裝材料
考慮到LED的芯片發(fā)熱發(fā)光是引起封裝材料老化的主要原因，有的封裝廠家在靠近芯片的內(nèi)層使用有機(jī)硅材料，而外層透鏡材料選擇環(huán)氧樹脂、PC、PMMA等。但是實(shí)際應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂、PC、PMMA耐老化性不夠，與內(nèi)層有機(jī)硅材料也存在界面相容性差等問題。有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂作封裝材料使用時，材料的韌性和耐高低溫性有明顯改善。有文獻(xiàn)報(bào)道將加成型有機(jī)硅與環(huán)氧樹脂混合作為封裝材料，以含乙烯基和Si—OH基的聚有機(jī)硅氧烷與特定結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂的混合物作基礎(chǔ)聚合物，加入交聯(lián)劑、催化劑、稀釋劑，配成封裝料用于LED的封裝，經(jīng)耐熱試驗(yàn)不變色，－40～120℃冷熱沖擊無剝離及開裂現(xiàn)象發(fā)生，LED發(fā)光效率高。也有采用環(huán)氧改性聚有機(jī)硅氧烷與環(huán)氧化合物的混合封裝料的報(bào)道，由環(huán)氧改性聚有機(jī)硅氧烷與脂肪族或脂環(huán)族環(huán)氧化合物混合，用酸酐作固化劑配成的封裝料具有耐UV光老化、耐冷熱沖擊、高透明性、高硬度及與基板粘接性好的特點(diǎn)，非常適合500 nm以下波長發(fā)光峰的藍(lán)色及白色LED的封裝。特定結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂與聚有機(jī)硅氧烷配成的LED封裝料既可改善環(huán)氧樹脂的耐熱性、耐UV光老化性，又可改善有機(jī)硅材料的粘接性、表面粘附性，是值得重視的一個開發(fā)途徑。日本信越公司利用含硅羥基的硅樹脂、硅油、硅橡膠的混合物與環(huán)氧樹脂一起進(jìn)行硅氫化反應(yīng)，經(jīng)過注塑成型最終得到70(Shore D)、1.51(nd，25℃)改性樹脂材料，可抗近千次冷熱沖擊數(shù)實(shí)驗(yàn)。美國GE公司報(bào)道，將先硅烷共水解縮聚得到含羥基的硅樹脂，將硅樹脂再與有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂復(fù)配，高溫硫化后制備的封裝材料折射率可達(dá)1.60。該材料(5 mm厚度)經(jīng)波長380 nm的光波輻射500 h或在150℃下經(jīng)波長400～450 nm的紫外光照射500 h后，透光率仍高于80%。石英粉、單晶硅、鋁粉、鋅粉、玻璃纖維等常用來改善LED封裝料的耐熱性和導(dǎo)熱性。美國報(bào)道將納米級二氧化硅和納米級球形玻璃粉加入到有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂中，制備的封裝材料折射率高達(dá)1.56，透光率超過95%，經(jīng)200次冷熱沖擊后損壞率不超過15%。


二、有機(jī)硅封裝材料
大量研究報(bào)道雖然證明了有機(jī)硅改性可以改善環(huán)氧樹脂封裝料的性能，但有機(jī)硅改性材料分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基，對材料耐輻射性能不利，而且存在易黃變的問題。有機(jī)硅材料的光學(xué)凈度與熱穩(wěn)定性在高亮度和高可靠性的LED應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。有機(jī)硅材料正迅速取代環(huán)氧樹脂和其他有機(jī)材料，為各種LED的應(yīng)用提供廣泛的灌封材料、透鏡材料、粘結(jié)劑、密封膠以及保護(hù)涂層產(chǎn)品。
目前市場上的有機(jī)硅密封材料分為兩種:高折射率型和普通折射率型有機(jī)硅材料，包括凝膠、硅橡膠和硅樹脂。普通折射率型有機(jī)硅是以二甲基硅氧烷為主，而高折射率型有機(jī)硅是以苯基甲基硅氧烷為主。國際三大硅膠企業(yè)道康寧、邁圖、信越產(chǎn)品以高折射率有機(jī)硅封裝材料為主，在國內(nèi)高端市場占據(jù)優(yōu)勢。
目前市場上幾家主流的有機(jī)硅LED封裝材料供應(yīng)商是日本信越、美國道康寧、邁圖和Nusil科技等，他們陸續(xù)推出了折射率超過1.50的硅膠和硅樹脂產(chǎn)品。其中美國道康寧公司研究高分子聚合技術(shù)已有120年歷史，對LED封裝材料的研究處于先進(jìn)水平，產(chǎn)品種類齊全，市場價格為5000～6000元/公斤，高折射率產(chǎn)品主要牌號有:SR7010，OE26336，OE6550，JCR6175等。日本信越公司的產(chǎn)品耐老化性能優(yōu)越，定位更高，
市場價格為7000元/公斤，主要牌號有:SCR-1012，KER-2500，LPS-5547等。邁圖的硅膠可操作性突出，市場價格為5000元/公斤，主打IVS系列產(chǎn)品，牌號有5332，5862，4542，4622等。為了提高封裝材料的折射率，有研究稱可以使用高折射率含苯基硅氧鏈節(jié)的含氫硅油和鉑系催化劑來配合基礎(chǔ)聚合物進(jìn)行固化反應(yīng)，不但材料的折射率可以顯著提高，而且材料的機(jī)械強(qiáng)度、耐光熱性能也有不同程度的改善。還可以通過提高封裝材料中苯基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來降低這類有機(jī)硅材料的收縮率，提高其耐冷熱循環(huán)沖擊性能、優(yōu)異的機(jī)械性能和粘接性能。另外有人將加成型液體硅橡膠通過注塑成型，實(shí)驗(yàn)證明可以降低橡膠材料的收縮率。而對于樹脂材料來說，注塑成型同樣適用，有報(bào)道稱制備相同硬度的材料時，注塑成型可以使材料彈性模量提高約3%，而不影響材料的透光性，并且加入無機(jī)填料還能夠有效改善
硅橡膠的耐熱性能和耐輻射性能。近來有人針對封裝材料固化周期長，固化溫度高等問題展開研究，在配方中添加感光劑，利用可見光或紫外光照射固化，只需15～20 min即可固化完全，而其它性能不受影響。LED封裝用有機(jī)硅材料一般使用鉑催化劑，而鉑催化劑保存時間短，易發(fā)黃，對封裝材料的光透過性能不利，為此有人通過使用含苯基乙烯基的硅氧烷做配體，研究了一種不易變色的鉑催化劑，使用該催化劑制備的硅橡膠封裝材料折射率高，光透過性能超過95%。
從目前市場來看，有機(jī)硅封裝材料中加成型苯基硅樹脂封裝料用量有明顯增大趨勢，硅樹脂易加工成型、折光指數(shù)高、光透過性能和粘接性能良好，并且耐紫外光和熱老化能力強(qiáng)，增加兩官能度鏈段用量一定程度上還可以改善其抗沖擊能力，可用于LED封裝或者透鏡材料使用。另外利用紫外光來固化硅樹脂，也可以得到性能優(yōu)異的封裝材料，尤其是材料的抗變色能力突出，可以用來封裝白色功率型LED。綜合上述國外制備的高折射率LED封裝用有機(jī)硅材料不難看出，他們在選擇基礎(chǔ)聚合物時均選擇了含苯基的聚硅氧烷。目前國內(nèi)制備的含苯基聚硅氧烷只能用于生產(chǎn)對其性能要求不高的中低端產(chǎn)品，而高性能含苯基聚硅氧烷仍然依賴進(jìn)口。正是由于這樣的原因，目前國內(nèi)有關(guān)高折光指數(shù)的有機(jī)材料的報(bào)道不多，但是也逐漸取得了一些進(jìn)展。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所在實(shí)驗(yàn)室已制備出了折光指數(shù)為1.56的硅油;杭州師范大學(xué)利混合環(huán)硅氧烷進(jìn)行共開環(huán)聚合反應(yīng)，在甲苯溶劑中，40～80℃陽離子交換樹脂催化，制備得到端基含氫的無色透明硅油，其折光指數(shù)為1.39～1.51(25℃)。中國科學(xué)院化學(xué)研究所開發(fā)了有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂LED透鏡材料，但是材料的耐紫外光、熱老化性能不如有機(jī)硅。近來深圳方大國科光電技術(shù)有限公司報(bào)道將復(fù)合硅樹脂和硅油混合，利用硅氫加成反應(yīng)來制備的封裝材料透光率可高達(dá)98%，在大功率白光LED上取得了較好的應(yīng)用效果。（正航儀器編輯）http://www.dgzhenghang.cn