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      功率型LED有機(jī)硅封裝材料的耐老化性能研究*

      2012-12-27 06:12:46王浩江湯勝山楊育農(nóng)
      合成材料老化與應(yīng)用 2012年1期
      關(guān)鍵詞:耐候性氙燈老化試驗(yàn)

      劉 煜,王浩江,湯勝山,楊育農(nóng),王 全

      (1廣州合成材料研究院有限公司,廣東 廣州 510665;2東莞市貝特利新材料有限公司,廣東 東莞 523143)

      功率型LED有機(jī)硅封裝材料的耐老化性能研究*

      劉 煜1,王浩江1,湯勝山2,楊育農(nóng)1,王 全2

      (1廣州合成材料研究院有限公司,廣東 廣州 510665;2東莞市貝特利新材料有限公司,廣東 東莞 523143)

      采用氙燈人工加速老化及熱空氣加速老化的方法,研究了以聚硅氧烷為主要原料制備的用于功率型LED的有機(jī)硅封裝材料的耐熱及耐候性能。結(jié)果表明:制備的樹脂型4265及橡膠型4150兩種有機(jī)硅封裝材料的透光率較高,均在92%左右;二者耐熱老化性能優(yōu)異,適用于功率型發(fā)光二極管(LED)的封裝;相比較而言,樹脂型4265的耐候性能較好,更適合戶外使用。

      功率型LED,有機(jī)硅,耐氣候老化,耐熱老化

      隨著我國(guó)能源問(wèn)題日益嚴(yán)重和電力資源逐漸匱乏,節(jié)約能源,尤其是提高電力資源的使用效率顯得尤其重要。有資料顯示,當(dāng)前照明所用能耗約占世界總能耗的20%[1]。若用能耗低、壽命長(zhǎng)、安全、環(huán)保的光源取代效率低、耗電量高的傳統(tǒng)光源,無(wú)疑將帶來(lái)一場(chǎng)世界性的照明革命,對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義,也是解決目前我國(guó)能源危機(jī)的途徑之一。

      半導(dǎo)體照明技術(shù)是提高電力資源使用效率的有效途徑,而發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,以下簡(jiǎn)稱LED)是半導(dǎo)體照明技術(shù)的核心,是一類能直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光元件,其消耗的電能僅為傳統(tǒng)能源的1/10,具有工作電壓低、耗電量小、發(fā)光效率高、發(fā)光響應(yīng)時(shí)間短、光色純等一系列特性,近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用和突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

      隨著功率型LED制造技術(shù)的不斷完善,其發(fā)光效率、亮度和功率都有了大幅度提高。但是,在制造功率型LED器件的過(guò)程中,除芯片制造技術(shù)、熒光粉制造技術(shù)和散熱技術(shù)外,LED封裝材料的性能對(duì)其發(fā)光效率、亮度以及使用壽命也將產(chǎn)生顯著影響。使用耐熱老化、耐紫外、高折射率和低應(yīng)力的封裝材料可明顯提高照明器件的光輸出功率和使用壽命[2,3]。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂封裝材料因自身存在吸濕性較高、易老化、耐熱性差、高溫和短波光照下易變色等缺陷,大大影響和縮短了LED器件的使用壽命。與環(huán)氧樹脂相比,有機(jī)硅材料則具有良好的透明性、耐高溫性、耐候性、絕緣性和強(qiáng)疏水性等,被認(rèn)為是功率型LED封裝的最佳材料。研制具有高透明度、高折光率、優(yōu)良耐紫外老化和熱老化能力的有機(jī)硅封裝材料并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,對(duì)功率型LED器件的研制和規(guī)?;a(chǎn)具有十分重要的意義。

      本研究主要對(duì)自制的功率型LED有機(jī)硅封裝材料進(jìn)行了研究,該材料是以聚硅氧烷為主要原料制備的,通過(guò)氙燈人工加速老化及熱空氣加速老化對(duì)該封裝材料透光率的影響,來(lái)研究其耐候和耐老化性能,旨在為該有機(jī)硅封裝材料的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 實(shí)驗(yàn)原料

      BQ-4150A/B:雙組份高折射率有機(jī)硅液體灌封膠,自制,折射率1.52(光波長(zhǎng)為633nm);BQ-4265A/B:雙組份高折射率有機(jī)硅液體灌封膠,自制,折射率1.52(光波長(zhǎng)為633nm)。

      1.2 設(shè)備和儀器

      申光WGT-S透光率/霧度測(cè)定儀,上海精科;CH-B測(cè)厚儀,江蘇省錫山市前洲測(cè)量?jī)x器廠;LHS-X65氙燈人工氣候老化試驗(yàn)箱,廣州合成材料研究院有限公司;GGW-90重力對(duì)流空氣熱老化試驗(yàn)箱,無(wú)錫市錦華試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

      1.3 試樣制備

      將功率型LED有機(jī)硅封裝材料A、B組份按照1∶1的比例混合均勻,然后抽真空排泡,排出所有氣泡后,注入直徑40mm的圓形模具中,于150℃/1h下固化成型。

      1.4 實(shí)驗(yàn)方案

      隨著功率型LED制造技術(shù)的不斷完善及向高效化、超高亮度化和全色化的不斷發(fā)展,其發(fā)光效率、亮度和照明功率不斷提高,發(fā)熱現(xiàn)象越發(fā)明顯,對(duì)LED封裝材料的耐熱老化性能的要求也隨之提高。同時(shí),戶外用LED的不斷增加,使得其暴露在太陽(yáng)光照射下的時(shí)間大大延長(zhǎng),其封裝材料的耐候性能也面臨巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)上述情況,同時(shí)考慮到目前實(shí)驗(yàn)室光源中氙燈與太陽(yáng)光譜最為接近,故采用將有機(jī)硅封裝材料分別在重力對(duì)流空氣熱老化箱及氙燈老化箱中進(jìn)行人工加速老化試驗(yàn),測(cè)定不同老化階段下封裝材料的透光率,根據(jù)其變化來(lái)評(píng)價(jià)封裝材料的耐熱老化性能及耐候性能。

      1.5 性能測(cè)試

      (1)透光率:在溫度23±2℃、濕度50%±10%的條件下,按照GB/T 2410-2008中的方法A(霧度計(jì)法)進(jìn)行測(cè)定,試樣尺寸為φ40mm×1mm,采用光源為C光源;

      (2)氙燈人工加速老化試驗(yàn):按照GB/T 16422.2-1999進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)溫度65℃±3℃,相對(duì)濕度(65±5)%;

      (3)熱空氣加速老化試驗(yàn):按照GB/T 7141-2008中的方法A(重力對(duì)流式熱老化試驗(yàn)箱)進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)溫度150℃。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 有機(jī)硅封裝材料的耐氣候老化性能

      有機(jī)硅封裝材料BQ-4150和BQ-4265氙燈人工加速老化不同時(shí)間下的透光率如圖1所示。

      圖1 有機(jī)硅封裝材料4150和4265透光率-氙燈老化時(shí)間關(guān)系曲線Fig.1 Light transmittance-xenon lamp aging time curve of 4150 and 4265

      從圖1中可以看出,兩種有機(jī)硅封裝材料初始的透光率基本相同,均在92%左右,完全符合功率型LED封裝材料的要求;隨著氙燈老化時(shí)間的不斷延長(zhǎng),兩種有機(jī)硅封裝材料的透光率均成下降趨勢(shì),但樹脂型4265的透光率下降幅度較小,在氙燈老化1200h后透光率為89.5%,在繼續(xù)老化至1500h后透光率不再降低,趨于穩(wěn)定;相比較而言,橡膠型4150封裝材料透光率的降低幅度較大,氙燈老化1500h后透光率為87%,這可能與太陽(yáng)光輻射對(duì)其聚合物結(jié)構(gòu)影響較大有關(guān),同時(shí)由于樹脂型4265耐氙燈老化性能較好,可認(rèn)為其耐候性能較優(yōu),更加適合用于戶外用LED的封裝。

      2.2 有機(jī)硅封裝材料的耐熱老化性能

      圖2 有機(jī)硅封裝材料4150和4265透光率-熱老化時(shí)間關(guān)系曲線Fig.2 Light transmittance-heat aging time curve of 4150 and 4265

      從圖2中可以看出,兩種有機(jī)硅封裝材料經(jīng)熱老化相同時(shí)間后透光率的數(shù)值幾乎相同,熱老化開始至1200h的過(guò)程中,兩種材料的透光率均略有降低,由老化前的91.5%降至90%,之后再繼續(xù)老化至1500h后透光率幾乎無(wú)變化,趨于穩(wěn)定。這說(shuō)明熱老化對(duì)兩種有機(jī)硅封裝材料的影響均不大,其可滿足發(fā)熱現(xiàn)象明顯的大功率LED的封裝要求。有機(jī)硅封裝材料良好的耐熱性能與其主鏈Si-O-Si的“無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)”有關(guān),Si-O鍵的鍵能較高,單純的熱運(yùn)動(dòng)很難使Si-O鍵均裂,因而其具有良好的熱穩(wěn)定性,同時(shí),Si和O原子的電負(fù)性差異大,鍵的極性大,對(duì)所連烴基起到了屏蔽作用,進(jìn)一步提高了氧化穩(wěn)定性。

      3 結(jié)論

      (1)實(shí)驗(yàn)制備的樹脂型4265及橡膠型4150兩種有機(jī)硅封裝材料的透光率較高,均在92%左右;

      (2)兩種有機(jī)硅封裝材料的耐熱老化性能優(yōu)異,適用于功率型LED的封裝;

      (3)樹脂型4265封裝材料的耐氙燈老化性能較好,即耐候性能較好,更適用于戶外用LED的封裝。

      [1]楊雄發(fā),伍川,董紅,等.LED封裝用有機(jī)硅材料的研究進(jìn)展[J].有機(jī)硅材料,2009,23(1):47-50.

      [2]李炳乾,布良基,范廣涵.芯片鍵合材料對(duì)功率型LED熱阻的影響[J].半導(dǎo)體光電,2003,24(6):422-424.

      [3]吳震,錢可元,韓彥軍,等.高效率、高可靠性紫外LED封裝技術(shù)研究[J].光電子激光,2007,1:8-12.

      Research on Aging Resistance of Power LED Silicone Encapsulation Materials

      LIU Yu1,WANG Hao-jiang1,TANG Sheng-shan2,YANG Yu-nong1,WANG Quan2
      (1 Guangzhou Research Institute of Synthetic Materials,Guangzhou 510665,Guangdong,China;2 Dongguan Betely New Materials Limited Company,Dongguan 523143,Guangdong,China)

      In this paper,the silicone encapsulation materials were prepared by taking polysiloxane as the main raw material.The heat-resistance and weathering-resistance were investigated by means of xenon lamp and hot air artificial accelerated aging.The results show that light transmittance of BQ-4150 and BQ-4265 prepared as silicone encapsulation materials are both about 92%.The BQ-4150 and BQ-4265 own excellent heat-resistance and apply to power Light Emitting Diode(LED)encapsulation.In comparison,the weathering-resistance of BQ-4265 is better than BQ-4150 and more suitable for outdoor.

      power LED,silicone,weathering-resistance,heat-resistance

      TQ 324.2

      2011-12-15

      2009粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目(2009168203)資助項(xiàng)目

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