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功率型LED封裝材料的研究現狀及發展方向

編輯：chris 2012-10-11 13:33:49 瀏覽：1106 來源：

目前，LED產業已進入大功率、高亮度的高速發展時期。與傳統光源相比，LED的優點突出，消耗的電能僅是傳統光源的1/10；而在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命完全可達10萬小時；基本上是一塊很小的晶片被封裝在高分子材料里面，非常的小，非常的輕；LED是由無毒材料制成，不像熒光燈含水銀會造成污染，可以回收再利用等等。憑借以上自身優勢，目前LED在背光源、顯示屏、交通訊號顯示光源等方面得到了廣泛的應用。隨著亮度和功率的不斷提升，LED取代白熾燈等照明光源已成為照明領域的大勢所趨，大功率高亮度白光LED的發明，被業界稱為繼取火照明、愛迪生發明電燈之后的“照明領域的第三次革命”。

據報道，我國功率型和大功率LED已達到國際產業化先進水平。下游器件的封裝實現了大批量生產，已成為世界重要的LED封裝基地。在LED產業中外延片和芯片的研究生產進展迅速，卻相對忽視了對封裝材料的研究。長久以來，LED封裝的制程沒有太大的改變，封裝材料一直沒有革命性的突破。

我國在LED封裝材料和工藝方面的研究和生產起步較晚、品種少，技術水平和生產規模與國際水平有較大差距，現在僅有小功率LED用環氧樹脂類封裝材料。當前，高端LED器件和大功率LED封裝用有機硅類材料均需進口，價格昂貴，極大地制約了我國LED產業的發展。目前，國內和有機硅材料相關的研究單位和生產企業對LED封裝行業缺乏了解，對LED封裝用有機硅材料相關產品的研發工作開展較少。已有國產有機硅封裝材料以低端市場為主，價格便宜，但是由于資金和技術缺乏，產品耐老化性能較差。而高端封裝企業對材料在耐熱性、耐紫外光輻射性、折射率、透光率等方面有更高的要求。

一、LED用封裝材料的性能要求

LED用封裝材料一方面要滿足封裝工藝的要求，另外一方面要滿足LED的工作要求。目前，環氧樹脂在國內封裝材料市場占了較大比例，由于樹脂本身具有優異的電絕緣性、密著性、介電性能、透明性，且粘結性好；同時貯存穩定、配方靈活、操作簡便，但是較高的工作溫度和紫外線輻射使環氧樹脂的透明度嚴重下降，很難滿足大功率LED封裝的要求，許多專家甚至認為，封裝材料和工藝的落后已對LED產業的發展起到了瓶頸作用。

1、封裝工藝對于材料的性能要求

為了滿足LED實際裝配的操作工藝的需要，封裝材料要具有合適的粘度、粘結性和耐溫性，包括：

（1）固化前的物理特性、固化后的一般特性。

固化前的物理性質與操作性相關，其中粘度與固化特性尤為重要。由于聚合物材料的高膨脹率影響，熱固化后，材料冷卻之產生明顯收縮，導致與周邊材料的界面產生應力，繼而引發剝離、材料出現裂縫現象，所以盡可能低溫固化。

（2）表面粘結性。

封裝表面裸露的密封材料具有粘性，會導致密封材料之間相互粘結，這種無法從選材機上剝離的狀況會導致可操作性的降低。此外，在使用過程中，也會產生粘住灰塵、降低亮度的情況。從耐剝離、耐裂縫性的方面來看，需要較柔軟的封裝材料，但一般情況下，越柔軟的材料粘性越高，因此，需要一種在這兩者之間具有良好平衡性的材料。

（3）無鉛逆流性。

近年對無鉛焊錫表面處理的要求越來越高，這也表明了對封裝材料的耐熱性要求越來越高。在高溫逆流情況下，會產生因著色、劇烈熱變化引發的剝離、裂縫、鋼絲斷裂等。

2、光透過率

LED封裝材料對可視光的吸收會導致取光率降低，封裝材料要具有低吸光率、高透明性。相對環氧樹脂來說，有機硅樹脂透明性更為出色。在紫外光區有機硅樹脂類封裝材料的透過率可以達到95%以上，使LED器件的光透過率和發光強度得到大幅提高。

3、折射率

LED芯片與封裝材料之間的折射率的差別會對取光率有很大的影響，因此提高材料的折射率，讓它盡可能地接近LED芯片的折射率，有利于光的透過。一般來說，LED芯片的折射率（ｎ＝2.2～2.4）遠高于有機硅封裝材料的折射率（ｎ＝1.41），當芯片發光經過封裝材料時，會在其界面上發生全反射效應，造成大部分的光線反射回芯片內部，無法有效導出，亮度效能直接受損。為解決此問題，必須提高封裝材料的折射率來減小全反射損失。有研究指出，隨著封裝材料折射率的增加，將可使LED亮度獲得增加，就紅光LED器件而言，當封裝材料折射率為1.7時，外部取光效率可提升44％。因此開發高折射率透明材料以縮小芯片與封裝材料間的折射率差異，其重要性顯而易見。

4、耐熱老化和耐光老化性能

在大功率高亮度LED中，封裝材料不僅會受到很強烈的光照，還受到芯片散熱的影響，因此，封裝材料需要同時具備耐光性和耐熱性。即使長時間暴露在高溫環境下，密封材料也要求保證不變色、物理性質穩定。

二、功率型LED封裝材料的研究現狀

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