显示用LED灌封胶应用探讨

  显示用LED灌封胶行业发展

  Study On The Application Of Encapsulation Resin For LED Display Use

  摘要:显示用LED的衰减问题特别是蓝光的衰减,是灌封业界无法避免的问题,影响衰减的因素有很多,如散热、粘合胶、灌封胶、晶片本身等。本文从各种灌封胶的特性入手,结合试验数据提出相应的解决方案。

  显示用LED灌封胶关键词:衰减、折射、结合力、分层

  Abstract The attenuation of the LED for display use, particularly that of the blue light, is an unavoidable problem in the encapsulation industry, the causes are many, such as heat dissipation, glue, encapsulation resin and the chip itself. Based on the experimental statistics, this essay gives the solutions accordingly from the angle of the characteristics of different encapsulation resins.

  Key word Attenuation Refraction Adhesion Stratification

  显示用LED灌封胶引言:

  LED产业始于20世纪70年代,90年代在全球范围内迅速崛起并高速发展。美国、日本、欧盟、中国台湾等发达国家和地区,纷纷把LED作为“照亮未来的技术”,陆续启动固态照明计划,欲抢先一步占领这一战略技术制高点。传统照明业巨头已经纷纷进入LED行业,如飞利浦公司和惠普公司组建的 Lumiled,通用电器公司和EMCORE公司组建的Gemore,西门子公司的Osram等。

  而随着LED制造技术的不断完善,其发光效率、亮度和功率都有了很大的提升。但是,在制造LED器件的过程中,除了芯片制造技术、散热技术外,LED灌封材料的性能对其发光效率、亮度以及使用寿命也将产生显著的影响。使用耐紫外、耐热、高折射率、低应力的灌封材料,可明显提高照明器件的光输出功率和使用寿命。一般来讲,LED的灌封材料有如下几种:1、环氧树脂2、硅(矽)胶 3、硅(矽)树脂。

  1 、环氧树脂灌封材料

  在国内,环氧树脂是使用最多的灌封材料,具有优良的电绝缘性能,密着性、介电性能、透明、粘结性好,收缩率低,贮存稳定性好,配方灵活,用胺类固剂可室温固化,操作简便等优点。但它固化后交联密度高,内应力大,脆性大,耐冲击性差,使用温度一般不超过150℃,故其应用受到一定限制。

  实际应用表明,传统的环氧树脂作为透镜材料时,除了耐老化性能明显不足外,在抗UV光方面也表现不是很理想。国外研究机构发现150℃左右环氧树脂的透明度降低,LED光输出减弱,在135~145℃范围内还会引起树脂严重退化,对LED寿命有重要的影响。在大电流情况下,灌封材料甚至会碳化,在器件表面形成导电通道,使器件失效。

  2、有机硅(矽)树脂灌封材料

  硅(矽)树脂是一种热固性的塑料,它最突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。250℃加热24小时后,硅(矽)树脂失重仅为2~8%。硅(矽)树脂另一突出的性能是优异的电绝缘性能,它在宽的温度和频率范围内均能保持其良好的绝缘性能。此外,硅(矽)树脂还具有卓越的耐潮、防水、防锈、耐寒、耐臭氧和耐候性能,对绝大多数含水的化学试剂如稀矿物酸的耐腐蚀性能良好,但耐溶剂的性能较差。

  基于以上特点,硅(矽)树脂比环氧树脂有更好的耐热性和抗UV的特性,表现在亮度衰减上比环氧树脂的衰减要小,且与环氧树脂结合很好,不会产生界面问题,特别对于白光和显示屏产品来说是非常不错的选择。但缺点是不能用在功率超过0.5W的高功率LED上(后续的实验数据会证明这点)。

  3、有机硅(矽)灌封材料

  目前许多LED灌封企业改用有机硅(矽)代替环氧树脂作为灌封材料,以提高LED的寿命,特别对于高功率LED。有机硅(矽)材料抗热和抗紫外线能力更强,进口的硅(矽)胶材料能够基本满足大功率LED灌封的要求。但是,早期在小功率产品特别是白光产品的生产过程中,国内企业为了追求低衰减,都在大规模的使用硅(矽)胶,但是面临的问题是,因为硅(矽)胶与外封胶属于性质完全不同的介质,在受高温或冷热冲击的情况下,部分产品会出现亮度急剧衰减的现象。

  我们都知道,光线从光疏介质进入光密介质时会产生折射显现,而从光光密介质进入光疏介质时,不但产生折射现象,更会产生反射现象,而以GaN为衬底的蓝绿芯片折射率约为2.2,一般的硅(矽)胶的折射率为1.4-1.5之间,环氧树脂的折射率在1.5-1.6之间,真空的折射率为1,经过高温或冷热冲击后,在硅(矽)胶与环氧之间会出现一个真空层,光在通过这四种介质时,产生了大量的损失。

  4、显示灌封中的应用对比

  4.1试验说明

  4.1.1 为体现以上三类灌封胶在实际灌封应用中优缺点,特通过如下实验进行验证。

  4.1.2以下的实验数据都是以国内同一厂商的蓝色晶片进行灌封。

  4.1.3灌封方式为直插式LED,因硅(矽)胶产品已在TOP型LED的生产中大规模使用,就不再做比较。

  4.1.4因各家的环境、工艺控制、设备等存在差异性,可能得出的数据和结论会有误差。

  4.2信赖性试验项目及数据

  显示用LED灌封胶实验项目 标准 测试条件

  耐焊性 JEITA ED-4701 300 302 Ta=260±5℃ 10sec/次

  冷热冲击 JEITA ED-4701 100 105 -40℃~100℃~-40℃

  5min 5min 5min

  高温高湿寿命   Ta=60° RH=85% IF=20mA

  高温寿命   Ta=65℃ IF=30mA

  常温寿命   Ta=25℃ IF=20mA

  低温寿命   Ta=-40℃ IF=20mA


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