RTV | LED封裝用矽膠材料現狀

  • RTV
  • 2018/12/28

        康達科技集團(Qanta Group), 是全球領先的有機矽解決方案供應商之一,致力於提供個性化的有機矽解決方案。其擁有從金屬矽到特種有機矽材料的全方位產品供應鏈。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用制程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上歷史,與全球500強企業有合作銷售經驗,是一家集科研,開發,生產及銷售為一體的國家級高新技術企業,擁有國際化品質,技術和管理及提供一條龍Silicone 材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網路,可提供有利於未來可持續發展的創新技術和基於市場需求的解決方案。

        LED封裝用矽膠一般為高溫固化的加成型液體矽膠。加成型液體矽膠具有以下優點:

(1)固化反應轉化率高,無副產物產生,表面與內部硫化均勻;

(2)催化劑用量少;

(3)產品線性收縮率小,在0%~0.2%之間;

(4)耐高低溫性能良好,可在150°C~200°C長期使用,在-60°C仍能保持彈性;

(5)電性能良好,在-60°C~200°C有良好的電絕緣性,並且介電常數和介電損耗因數隨頻率和溫度的變化小。按照折光率的不同,LED封裝矽膠又可以分為甲基低折矽膠和苯基高折矽膠。

1. 甲基低折矽膠

        甲基低折矽膠,通過甲基乙烯基矽樹脂和甲基含氫矽油在鉑金催化劑作用下矽氫加成得到,通常在LED行業常見的低折膠水折光<1.43。甲基低折矽膠固化後,具有很好的應力緩衝性能、電學性能、耐熱性能和耐候性能,可用於電子器件的密封和填充。通過調節矽膠中不同組分的類型和配比,可得到不同力學性能、不同混合粘度、不同粘接強度等特性的甲基低折LED封裝矽膠。 

        甲基低折矽膠,主要由甲基乙烯基矽樹脂和甲基乙烯基矽油、甲基含氫矽油、鉑金催化劑、矽氫加成抑制劑、增粘劑調配而成。 

1.1 甲基乙烯基樹脂和甲基乙烯基矽油 

        甲基乙烯基矽樹脂,通常也稱作乙烯基MQ樹脂,是由M鏈節(R3sio1/2)與Q鏈節(Sio4/2) 組成的一種聚矽氧烷,是甲基低折矽膠的主體樹脂,可以提升矽膠的拉伸強度等力學性能。而甲基乙烯基矽油主要起到稀釋劑的作用,用於調節矽樹脂粘度和材料的韌性。

1.2 甲基含氫矽油 

        甲基含氫矽油作為交聯劑,調節矽膠固化交聯度的作用,通過控制三維交聯點密度,進而有效控制矽膠的力學性能。 

1.3 鉑金催化劑 

        鉑金催化劑是加成型矽膠固化交聯反應時的催化劑。過氧化物、偶氮化合物、紫外光及γ-射線等也可用作催化劑,促進或引發矽氫加成反應,但其反應副產物較多,因此應用較少。目前在工業及實驗室廣泛使用的鉑金催化劑為鉑-乙烯基矽氧烷配合物,具有催化效率高、副作用小的特點。 

1.4 矽氫加成抑制劑 

        一般而言,雙組份加成型矽膠在AB組分混合之後,要求在室溫下具有4h以上的操作時間。固化速率太慢時影響生產效率;固化速度太快,又會造成混合膠料過早的交聯凝膠,影響實際封裝應用。為了確保加成型矽膠具備較長的使用期,一般向混合膠料中加入抑制劑,以獲得合適的操作時間。低溫下抑制劑與鉑催化劑生成配位化合物,從而達到抑制效果,高溫下又可以可逆釋放催化劑,實現正常固化。

1.5 增粘劑

        增粘劑作為甲基LED封裝矽膠添加劑,對促進矽膠與LED支架的粘結起著至關重要的作用。增粘劑可以增加矽膠與LED支架的附著力,從而保證了LED燈珠在高低溫變化過程中,矽膠與支架不脫落,並且保證了LED燈珠對空氣中水分、空氣中二氧化硫的阻隔性。 

2. 苯基高折矽膠

        苯基高折矽膠的配方組成與甲基低折矽膠類似,主要由苯基乙烯基矽樹脂、苯基乙烯基矽油、苯基含氫交聯劑、增粘劑、鉑金催化劑及抑制劑組成,通常在LED行業常見的高折膠水折光>1.50。 

        LED晶片輻射複合產生的光子,在向外發射時產生的 損失主要包括三個方面:晶片內部結構缺陷以及材料的吸收,光子在出射界面由於折射率差引起的反射損失,由於入射角大於全反射臨界角而引起的全反射損失。高折光LED封裝矽膠處於晶片與空氣之間,可有效減少光子在介面層的 損失從而提高取光效率,並可以提高光從晶片內部出射的全反射角,減少了光出射損失,提高光效。憑藉高折光帶來的高光效、低透氧透濕率帶來的高抗硫等優勢,目前苯基高折 矽膠佔據了SMD LED封裝市場的主流。

2.1 苯基矽樹脂和苯基矽油 

        苯基乙烯基矽樹脂作為苯基高折矽膠的主體,其性能指標直接影響矽膠的力學性能、介電性能、耐熱性能。而苯基乙烯基矽油主要作為調節膠水粘度的稀釋劑,同時可以調控矽膠的力學性能。 

        苯基乙烯基矽油和矽樹脂,其結構中兩端或中間帶有反應官能團乙烯基,最常見的有端乙烯基聚二苯基矽油和端乙烯基聚甲基苯基矽樹脂。矽油和矽樹脂最大的區別就在於其化學結構,矽油是一種線型結構,而矽樹脂分子鏈中有交聯。 

2.2 苯基含氫交聯劑 

        苯基含氫交聯劑,一般分為苯基含氫矽油和苯基含氫矽樹脂。通常,將室溫下保持液態且分子鏈中含有Si-H官能團的聚矽氧烷稱為含氫矽油,而將含有多個Si-H官能團的具有高度交聯結構的熱固性聚矽氧烷稱為含氫矽樹脂。

苯基高折矽膠中所使用的增粘劑、催化劑和抑制劑,與甲基低折矽膠類似,在此不重複敘述。 

三.LED 封裝矽膠國內外技術及市場發展現狀

        目前,LED膠水出貨量最大的應用在照明領域,而中小功率產品(≤1w)是照明市場主流,主要以PPA/PCT2835和EMC3030產品為主。 

        技術發展離不開市場需求。目前照明市場上,終端碰到最多的失效問題依然是硫化發黑、點亮發黑及點亮死燈,這和封裝膠水密切關聯的特性就是抗硫化、耐高溫發黑和耐冷熱衝擊性能。因此,這三個方面的需求一直主導著主流LED封裝膠水的技術發展。隨著封裝廠匹配材料的品質降低,對LED膠水這三方面的要求越來越高。 

        單從特性而言,目前市面上主流在售國產LED膠水已經處於行業領先水準,繼續提升有非常大的挑戰,從配方設計的維度幾乎達到了性能平衡的極限。以上三個關鍵特性的進一步突破,必須開始考慮對LED封裝膠關鍵原物料進行設計,從配方原物料即有機矽聚合物的基團數量、聚合物結構和分子量設計,從源頭解決配方固化的微觀材料性能,才有可能實現性能進一步的突破,打破配方設計的極限。LED矽膠常用的有機矽聚合物,因為應用領域過於細分的緣故,市場上暫時沒有看到在售高性能商品。所以對於有機矽的細分應用領域——LED封裝矽膠市場,擁有有機矽中間體自主開發和生產、在研發方面進行積極投資佈局的研髮型企業才可能持續生存。這也是最近幾年,可滿足大客戶需求的高端LED封裝膠國內供應商逐步集中的原因,是否擁有有機矽合成技術也是最近幾年主要封裝廠選擇封裝膠供應商的重要考量指標之一。 

        理性能已完成。因此,對固化劑的測量必須做盡可能準確。

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