LED手電筒的電路芯片硅膠封裝知識解析

封裝用有機(jī)硅材料的發(fā)展

　　有機(jī)硅材料主鏈為Si—O—Si鍵，側(cè)鏈連接不同的功能性基團(tuán)，整個分子鏈呈螺旋狀，這種特殊的雜鏈分子結(jié)構(gòu)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(nèi)部，從而提高LED的使用壽命。有機(jī)硅材料除了上述特點，還具有透光率高、耐紫外光強(qiáng)等優(yōu)點，且透光率和折射率可以通過苯基與有機(jī)基團(tuán)的比值來調(diào)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(jī)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(xué)共聚的方法使有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂成為眾多研究方向。通過有機(jī)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(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而改善開裂問題；利用有機(jī)硅的良好耐熱性和強(qiáng)耐紫外光特性進(jìn)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(jī)硅材料的關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 高折射率

　　LED封裝技術(shù)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(xué)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(dāng)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(tuán)可以提高聚合物的折射率，常見原子的折射度及形成化學(xué)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(jī)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(tuán)來提高有機(jī)硅材料的折射率，但是，Liu Jingang等指出引入芳香基團(tuán)、硫原子、除氟外的鹵素原子以及金屬有機(jī)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(jī)硅材料為主，折射率在1.40～1.7內(nèi)變化，也是目前研究最成熟的方法之一。有研究表明：苯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，有機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?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(dá)1.57；然而，當(dāng)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(dāng)W苯基=20％-40％時，產(chǎn)物的綜合性能相對最好。