LED手電筒的電路芯片硅膠封裝知識解析

封裝用有機硅材料的發(fā)展

　　有機硅材料主鏈為Si—O—Si鍵，側鏈連接不同的功能性基團，整個分子鏈呈螺旋狀，這種特殊的雜鏈分子結構賦予其許多優(yōu)異性能：耐低溫陛能、熱穩(wěn)定性和耐候性優(yōu)良，工作溫度范圍較寬(﹣50—250℃)、具有良好的疏水性和極弱的吸濕性(<0.2％)，可以有效阻止溶液和濕氣侵入內部，從而提高LED的使用壽命。有機硅材料除了上述特點，還具有透光率高、耐紫外光強等優(yōu)點，且透光率和折射率可以通過苯基與有機基團的比值來調節(jié)，其性能明顯優(yōu)于環(huán)氧樹脂，是理想的LED封裝材料。

　　隨著功率型LED的發(fā)展，環(huán)氧樹脂已不能滿足要求，但其作為LED封裝材料具有良好的粘接性能、介電性能，且價格低廉、操作簡便，鑒于有機硅材料性能上的優(yōu)點及降低成本上的考慮，通過物理共混和化學共聚的方法使有機硅改性環(huán)氧樹脂成為眾多研究方向。通過有機硅材料增韌改性環(huán)氧樹脂可以改善其分子鏈的柔性，降低其內應力，進而改善開裂問題；利用有機硅的良好耐熱性和強耐紫外光特性進行改性以提高環(huán)氧樹脂的耐老化性、差耐熱性、耐紫外光等問題。

　Part 2

　　封裝用有機硅材料的關鍵技術

　　2.1 高折射率

　　LED封裝技術的最大挑戰(zhàn)就是提高LED芯片到空氣的光取出率，根據(jù)斯涅耳方程：

　　式中，i為芯片和封裝材料界面的光學臨界角，n1為封裝材料的折射率，n2為LED芯片的折射率，η0為光取出率。從公式(1)、(2)可以看出，只有當n1和n2的差越小，i越接近180？，光取出率越大。因此功率型LED器件封裝材料對折射率有很高的要求，需>1.5。

　　折射率nd可由Lorentz-Lorentz方程表示：

　　式中，nd為折射率，RLL為摩爾折射度，V為摩爾體積。從式(3)可以看出，折射率與摩爾折射度成正比，分子摩爾體積成反比。摩爾折射度具有加和性，因此，在分子鏈中引入摩爾折射度和分子體積比值較大的原子或基團可以提高聚合物的折射率，常見原子的折射度及形成化學鍵時的折射度增量見表1。

　　由表1可知，鹵素的折射度增量較大，但是引入鹵素會使有機硅材料的密度增大，耐候性差，易黃變，因此可通過引入苯、硫、氮等基團來提高有機硅材料的折射率，但是，Liu Jingang等指出引入芳香基團、硫原子、除氟外的鹵素原子以及金屬有機化合物，其最高折射率很難超過1.8。由于苯環(huán)具有較高的摩爾折射度和相對較小的分子體積，因此，高折射率封裝材料以苯基型有機硅材料為主，折射率在1.40～1.7內變化，也是目前研究最成熟的方法之一。有研究表明：苯基質量分數(shù)越大，有機硅封裝材料的折射率越高，同時還使材料的收縮率降低、耐冷熱循環(huán)沖擊性能提高，苯基質量分數(shù)為40％時硅材料的折射率為1.51，苯基含量為50％時折射率>1.54，全苯基時折射率達1.57；然而，當苯基含量過高(超過50％)時，封裝材料的透光率會下降，熱塑性太大而使產(chǎn)品失去使用價值，當W苯基=20％-40％時，產(chǎn)物的綜合性能相對最好。