LED用環(huán)氧樹(shù)脂灌封膠的研究

姜吉智，劉曉冬

（黑龍江省化工研究院，黑龍江哈爾濱150078）

半導(dǎo)體照明是二十一世紀(jì)最具發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域之一，發(fā)光二極管（LED）是半導(dǎo)體照明的最關(guān)鍵部件，它是由芯片、導(dǎo)線、支架、導(dǎo)電膠、封裝材料等組成。LED的封裝是采取填充、灌封或模壓的方式將液態(tài)膠料灌入裝有電子元件和線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下，固化成具有高透光率、高折光率、高耐候性、耐紫外輻射的物理性能優(yōu)異的熱固性高分子絕緣材料，能夠保護(hù)LED芯片不受周?chē)h(huán)境中濕度與溫度的影響，防止因受到機(jī)械振動(dòng)、沖擊產(chǎn)生破損而造成LED特性的變化。

LED作為高效的固體光源，與傳統(tǒng)的白熾燈相比具有壽命長(zhǎng)，能耗小，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[1]。目前，正朝更高色彩性、高亮度、高發(fā)光均勻性、高耐氣候性等方向發(fā)展，這些優(yōu)良性能不僅需要高質(zhì)量的芯片技術(shù)，而且對(duì)LED封裝材料也提出了更高的要求，因此，對(duì)封裝材料及封裝技術(shù)的研究有著十分重要的意義。

環(huán)氧樹(shù)脂作為L(zhǎng)ED器件的封裝材料，具有優(yōu)良的電絕緣性能、密封性和介電性能和透明性[2]，且因原料易得、產(chǎn)量大、用途廣，并且價(jià)格比較低，是LED封裝的主流材料，但是由于苯基和羥基的存在使得材料固化后交聯(lián)密高、內(nèi)應(yīng)力大等缺陷，易降低LED器件使用壽命，故其應(yīng)用受到一定限制。傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂已不能完全滿(mǎn)足LED的封裝要求，因此，需要對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

CDY-128雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂（岳陽(yáng)石化總廠環(huán)氧樹(shù)脂廠）；聚氨酯預(yù)聚體（自制）；液態(tài)端羧基丁腈橡膠（上海弘盛化工貿(mào)易有限公司）；501環(huán)氧活性稀釋劑（晨光化工研究院）；混合胺類(lèi)固化劑（自制）。

1.2 LED改性環(huán)氧灌封膠的制備

主體樹(shù)脂為CDY-128雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂，按比例加入增韌劑、稀釋劑等組分，混合均勻即為甲組份，乙組分為混合胺類(lèi)固化劑。將甲組份和乙組分以重量比2∶1計(jì)量，混合均勻后即可進(jìn)行灌封。

1.3 灌封膠性能測(cè)試

剪切強(qiáng)度，按GB 7124-86測(cè)試；拉伸強(qiáng)度，按GB 2568-81測(cè)試；沖擊強(qiáng)度：按GB 2571-81測(cè)試；透光性，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，通過(guò)光譜掃描測(cè)試固化物的吸光度，從而測(cè)試出固化物的透光率。

2 結(jié)果與討論

2.1 增韌劑對(duì)灌封膠性能的影響

不同增韌劑對(duì)灌封膠性能的影響是很大的，以液態(tài)端羧基丁腈橡膠和自制聚氨酯增韌劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增韌改性的粘接性能見(jiàn)表1。

表1 不同增韌劑改性粘接性能對(duì)比Tab.1 Comparison of adhesion performarce by adding different flexibilizers

由表1可見(jiàn)，由液態(tài)端羧基丁腈橡膠改性的環(huán)氧體系剪切強(qiáng)度有所提高，但變化不大，改性效果并不理想；由自制聚氨酯增韌劑改性的環(huán)氧體系剪切強(qiáng)度比改性前有很大提高，提高了30.6%，增韌改性效果較好。

2.2 稀釋劑用量對(duì)灌封膠性能的影響

在聚氨酯增韌的環(huán)氧樹(shù)脂體系中加入一定量的稀釋劑，可以降低灌封膠的黏度，有利于灌封操作。本配方選用了501環(huán)氧活性稀釋劑，其分子內(nèi)含醚鍵和環(huán)氧基，能與環(huán)氧樹(shù)脂無(wú)限混溶，稀釋環(huán)氧樹(shù)脂效果好，并且可直接參與環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)，形成均一體系。稀釋劑用量對(duì)灌封膠性能的影響見(jiàn)表2。

表2 稀釋劑用量對(duì)灌封膠性能的影響Tab.2 Effect of diluntamount to sealant preformances

由表2可見(jiàn)，隨著501環(huán)氧活性稀釋劑用量的增加，固化物的剪切強(qiáng)度有所上升，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)，剪切強(qiáng)度開(kāi)始下降。這是由于加入稀釋劑后，隨著用量的不斷增加，雖然環(huán)氧樹(shù)脂體系的粘度下降了，但同時(shí)也降低了體系的交聯(lián)度和固化率，這使得灌封膠分子鏈變短，相對(duì)分子質(zhì)量降低，從而降低了體系的固化強(qiáng)度。由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)稀釋劑用量為5phr，效果最佳。

2.3 固化劑用量對(duì)灌封膠性能的影響

最佳的固化劑用量可使環(huán)氧樹(shù)脂固化物性能達(dá)到最好，這是由固化劑本身結(jié)構(gòu)和形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的反應(yīng)歷程所決定的，所用固化劑的種類(lèi)不同，最佳用量就不同。由于LED灌封腔體狹小，我們自制的混合胺固化劑黏度較低，有利于甲乙組分混合后易于灌封?；旌习饭袒瘎┯昧繉?duì)灌封膠性能的影響見(jiàn)表3。

表3 固化劑用量對(duì)灌封膠性能的影響Tab.3 Effeetof curing agent amount to sealant performences

由表3可知，環(huán)氧固化體系的適用期隨固化劑用量的增加而縮短，而剪切強(qiáng)度在固化劑用量為20 phr時(shí)，達(dá)到最高值。隨著固化劑用量的繼續(xù)增加，剪切強(qiáng)度又略有下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)楣袒瘎┯昧课醇幼銜r(shí)，環(huán)氧基反應(yīng)效率低；如超過(guò)較多時(shí)，固化劑反應(yīng)效率低，結(jié)果是同樣會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)密度低，固化物未能形成理想的網(wǎng)狀交聯(lián)狀態(tài)。由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)固化劑用量為20phr，效果最佳。

2.4 混合胺固化劑含量對(duì)灌封膠透光性的影響

作為L(zhǎng)ED封裝材料，透光性能是材料的重要指標(biāo)之一，一般是要求材料在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有好的透光性，在紫外光范圍內(nèi)有較好的屏蔽作用，其性能好壞直接影響整個(gè)LED的使用質(zhì)量，為此我們研究了混合胺固化劑含量對(duì)灌封膠透光性的影響，見(jiàn)表4。

表4 混合胺固化劑含量對(duì)灌封膠透光性的影響Tab.4 Effectofmixed amine content to transmission of sealant

由于吸光度與透光率成反比，吸光度越低固化物的透光性能越好，由表4看出，固化劑含量在20phr、25phr時(shí)吸光度小，但是20phr時(shí)，環(huán)氧膠的力學(xué)性能更佳。

3 結(jié)論

選用以CDY-128雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂為主體樹(shù)脂，以自制聚氨酯為增韌劑，以501為稀釋劑，以自制混合胺為固化劑制得了改性環(huán)氧樹(shù)脂灌封膠，該膠黏度小，透光性好，力學(xué)性能優(yōu)良，可用于LED的灌注封裝，可推廣應(yīng)用于具有狹小腔體的電子設(shè)備的灌封。

［1］ 徐時(shí)清，金尚志，王寶玲，等.固體照明光源一白光LED的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,17（3）:188-191.

［2］ 孫曼靈.環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用原理與技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1-2.