LED光學(xué)封裝材料開發(fā)及應(yīng)用

李寒宇

(黑龍江省化工研究院)

中國(guó)是LED封裝大國(guó)，據(jù)估計(jì)全世界80%數(shù)量的LED器件封裝集中在中國(guó)，分布在各類美資、臺(tái)資、港資、內(nèi)資封裝企業(yè)。在過(guò)去的五年里，外資LED封裝企業(yè)不斷內(nèi)遷大陸，內(nèi)資封裝企業(yè)不斷成長(zhǎng)發(fā)展，技術(shù)不斷成熟和創(chuàng)新。在中低端LED器件封裝領(lǐng)域，中國(guó)LED封裝企業(yè)的市場(chǎng)占有率較高，在高端LED器件封裝領(lǐng)域，中國(guó)部分企業(yè)有較大突破。中國(guó)已逐漸成為世界LED封裝器件的制造中心，其中包括臺(tái)資、港資、美資等企業(yè)在中國(guó)的制造基地。

據(jù)估算，中國(guó)的封裝產(chǎn)能(含外資在大陸的工廠)占全世界封裝產(chǎn)能的60%，并且隨著LED產(chǎn)業(yè)的聚集度在中國(guó)的增加，此比例還在上升。大陸LED封裝企業(yè)的封裝產(chǎn)能擴(kuò)充較快，隨著更多資本進(jìn)入大陸封裝產(chǎn)業(yè)，LED封裝產(chǎn)能將會(huì)快速擴(kuò)張。

目前國(guó)內(nèi)LED生產(chǎn)廠家越來(lái)越多，主要以中檔位的產(chǎn)品占近50%的市場(chǎng)，40%左右的高檔位市場(chǎng)仍為外商企業(yè)所占據(jù)，其中又以港商和臺(tái)商為主。由此可見(jiàn)，LED的市場(chǎng)前景仍非?？捎^。這同時(shí)給國(guó)內(nèi)配套材料的生產(chǎn)廠家提供了發(fā)展的機(jī)遇，如芯片、環(huán)氧樹脂封裝料、模條(模粒)、支架等等。

發(fā)光二極管灌封料市場(chǎng)以珠江三角洲為主，沿海一帶包括福建、浙江、上海、江蘇市場(chǎng)都很大。這些年內(nèi)地市場(chǎng)發(fā)展很快，如湖南、湖北、江西、天津都聚集了很多LED的生產(chǎn)廠家。如中山木林森月用材料在30 t左右，肇慶立德月用在20 t左右，東莞李洲月用量在15 t左右，估計(jì)整個(gè)發(fā)光管的市場(chǎng)國(guó)內(nèi)月用量在500 t上下。綜上所述，國(guó)內(nèi)環(huán)氧樹脂加工企業(yè)要完成取代進(jìn)口的市場(chǎng)仍存在很大的差距，它一方面取決于國(guó)內(nèi)相關(guān)原材料的配套供應(yīng)問(wèn)題，另方面如何從技術(shù)上提高產(chǎn)品檔次，適用在高檔產(chǎn)品場(chǎng)合的應(yīng)用。

LED的生產(chǎn)需要采用綜合性能優(yōu)良的絕緣封裝材料與之與之配套，同一般半導(dǎo)體封裝用樹脂不同的是，除要求優(yōu)良的電氣特性、耐熱性、機(jī)械性能和操作特性外，還要求優(yōu)良的光學(xué)透明性這一光學(xué)特性。封裝LED所采用的樹脂，在目前世界范圍內(nèi)主要還是環(huán)氧樹脂型的體系，封裝方式有澆鑄法和低壓傳遞模塑法，但以澆鑄為主流，國(guó)內(nèi)幾乎全部采用澆鑄法封裝工藝。

LED封裝材料成分是環(huán)氧樹脂和酸酐類固化劑，它們?cè)谟H核試劑(叔胺)催化下交聯(lián)固化，形成全部以酯鍵連接的三元網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)固化物，反應(yīng)歷程為叔胺分子進(jìn)攻酸酐環(huán)形成開環(huán)離子對(duì)，環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基插入離子對(duì)時(shí)，羧基陰離子打開環(huán)氧基生成酯鍵，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的陰離子，這個(gè)陰離子又可與酸酐生成一個(gè)新的離子對(duì)，或者使環(huán)氧基開環(huán)進(jìn)一步發(fā)生酯化反應(yīng)。這樣，酸酐基與環(huán)氧基交互反應(yīng)。加成聚合便逐步進(jìn)行下去，形成三元網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)固化物。

由黑龍江省化工研究院研制的LED環(huán)氧樹脂封裝料是以航天、艦船、水聲元件用封裝材料的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化研究設(shè)計(jì)，技術(shù)來(lái)源先進(jìn)、可靠，樣品已經(jīng)通過(guò)哈爾濱海格集團(tuán)試用，確已達(dá)到了使用要求，可以替代進(jìn)口。我院研制封裝材料，除像一般半導(dǎo)體要求的優(yōu)良操作特性、耐熱性和電氣絕緣性外，而且對(duì)光學(xué)透明性也有嚴(yán)格要求。具有耐濕性、絕緣性、機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)LED發(fā)出光的折射率和透射率高。其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度120～130℃，透光率在90%以上。尤其是在促進(jìn)劑方面，更有獨(dú)到的和國(guó)際接軌的先進(jìn)性。國(guó)內(nèi)LED的產(chǎn)品性能與進(jìn)口LED產(chǎn)品的最大差距就在于促進(jìn)劑的選擇，國(guó)內(nèi)很多廠家在這方面浪費(fèi)了很多時(shí)間，到目前為止基本上國(guó)內(nèi)99%以上企業(yè)采用季胺鹽作為酸酐體系的促進(jìn)劑。比如四丁基溴化胺或四已基溴化胺。這些促進(jìn)劑在一定程度上耐高溫黃變還有一定差距，而且出口歐洲的產(chǎn)品禁止使用四丁基溴化胺之類的產(chǎn)品。所以國(guó)內(nèi)企業(yè)還需要去尋找新的促進(jìn)劑。我們公司采用一種不含溴的促進(jìn)劑，在高溫耐黃變上表現(xiàn)不錯(cuò)，完全可以替代高端進(jìn)口的LED灌封膠。

(1)關(guān)鍵技術(shù):①環(huán)氧樹脂固化物的無(wú)色透明化;②耐溫＞130℃老化;③符合歐盟規(guī)定的環(huán)保要求。

(2)關(guān)鍵工藝:LED光學(xué)封裝材料和特種電氣封裝材料均為環(huán)氧樹脂聚合物，其生產(chǎn)工藝流程大致相同。

(3)市場(chǎng)分析:中國(guó)是LED封裝大國(guó)，據(jù)估計(jì)全世界80%數(shù)量的LED器件封裝集中在中國(guó)，分布在各類美資、臺(tái)資、港資、內(nèi)資封裝企業(yè)。在過(guò)去的五年里，外資LED封裝企業(yè)不斷內(nèi)遷大陸，內(nèi)資封裝企業(yè)不斷成長(zhǎng)發(fā)展，技術(shù)不斷成熟和創(chuàng)新。在中低端LED器件封裝領(lǐng)域，中國(guó)LED封裝企業(yè)的市場(chǎng)占有率較高，在高端LED器件封裝領(lǐng)域，部分中國(guó)企業(yè)有較大突破。中國(guó)已逐漸成為世界LED封裝器件的制造中心，其中包括臺(tái)資、港資、美資等企業(yè)在中國(guó)的制造基地。

據(jù)估算，中國(guó)的封裝產(chǎn)能(含外資在大陸的工廠)占全世界封裝產(chǎn)能的60%，并且隨著LED產(chǎn)業(yè)的聚集度在中國(guó)的增加，此比例還將上升。大陸LED封裝企業(yè)的封裝產(chǎn)能擴(kuò)充較快，隨著更多資本進(jìn)入大陸封裝產(chǎn)業(yè)，LED封裝產(chǎn)能將會(huì)快速增長(zhǎng)。世界主要消費(fèi)環(huán)氧樹脂的國(guó)家及地區(qū)，用于電子電器領(lǐng)域的環(huán)氧樹脂占全國(guó)或地區(qū)環(huán)氧樹脂總消費(fèi)量的比例來(lái)看，日本為40%、西歐為24%、美國(guó)為19%。而我國(guó)只占13%。隨著我國(guó)四大支柱產(chǎn)業(yè)之一——電子工業(yè)的發(fā)展，預(yù)計(jì)灌封料在此領(lǐng)域中的應(yīng)用也將會(huì)有大幅度的增長(zhǎng)，灌封料的需求量也會(huì)大大增加。