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环氧树脂耐热性材料LED封装承上启下 合理设计才能投入应用

LED逐渐取代传统白炽灯走向背光源照明市场应用,相较于传统白炽灯光源LED具备多项优势,LED使用寿命长、效率高、不易损坏、不含汞、不会产生有毒气体、耗电量低…等特性,对于我们所处的环境来说LED无非是最佳光源替代方案,同时LED被誉为21世纪的新型光源。

在LED制程中,封装是相当重要的一环,封装的作用是将外引线连接到LED芯片的电极上,不仅保护LED芯片,且提高发光效率。故LED封装不仅是完成输出电信号,更重要的是保护管芯正常工作,输出可见光功能。但是,无论何种LED都需要针对不同类型设计合理的封装形式,才能投入实际应用。

随着LED应用方式的不同,散热方案和发光效果以及外型及尺寸也会有所变动,依LED封装形式大致可分为Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED、FlipChip-LED…等6大类。

在整个LED产业链中,封装为承上启下部分,传统低阶LED多用于户外显示广告牌或指示灯,其封装材料选择为液态环氧树脂,随着LED转向室内照明及背光应用,大功率、高亮度成为LED发展重点,大功率LED必需降低遮蔽、增加光透率并且强化光折射、反射的利用率,从裸晶克服亮度问题进入封装后,封装制程!中如何使光通透量维持最高、光衰减至最少便显得十分关键。

过去LED最常用的封装材料是环氧树脂(epoxy),环氧树脂封装制程相对简单、成本低,因此目前在LED封装材料的市场占有率高,但是缺点是耐冲击损伤能力低,韧性差且耐热性小于170oC,老化后会因苯环成份逐渐变黄,进而影响光亮颜色,尤其波长愈低时老化愈快,特别是部分白光型发光二极管使用近紫外线(Nearultraviolet)发光,与其他可见光相比其波长又更低,老化更快。因此,为因应大功率LED产生的热能造成的老化问题,在封装材料的选择应考虑耐热性较高的silicone做为封装材料。

用silicone取代环氧树脂有较高的流明保持率(Transmittance,透光率、穿透率,以百分比单位表示),如美国Lumileds公司的Luxeon系列LED即是改采silicone封胶,其他业者也都有silicone封胶方案,如迈图(Momentive)公司的InvisiSi1,东丽。道康宁(DowCoringToray),日本信越化学的KER-2500AB等也都是LED的silicone封装方案。

silicone除了对波长范畴在300~350nm的低波长有较佳的抗受性、较不易老化外,此外,silicone光透率、折射率、耐热性都比环氧树脂理想。目前silicone光折射率可达1.4~1.5之间,未来折射率往1.6以上为silicone开发目标。

silicone为高功率LED及LED背光电视光源的封装解决方案,silicone封装适用各类封装形式,不过仍需依封装体的尺寸,功率来选择较适合的材料。因甲基系silicone长时间使用耐热性可达200oC,相较于环氧树脂耐UV、耐候性,甚至使用寿命都较占优势。至于LED背光源封装需要透湿透氧率较低的材料,也都是众silicone厂商抢进的开发应用。唯当前问题是价格成本较高,且在与镀银层、PPA、陶瓷基板封装后的高温高湿试验下,silicone的接着性仍未尽理想,解决之道无非是改善silicone与被接着体的接着性及匹配性,再配合延长烘烤时间,以改善目前接着性问题。

业内人士表示:目前价格成本问题为业者采用silicone封装最大的考虑,但因silicone具有出色的耐热性、耐季节性、耐UV、电绝缘性、化学安定性、离型性等等诸多理由,一定可以渐渐取代环氧树脂成为LED封装材料的主秀,待市场的经济规模达到数十数百吨以上用量时,价格将可望有较大空间,预估在背光源及照明市场渗透率提高下,将有机会发生。

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