發光二極體(LED)構裝材料技術介紹與發展趨勢

刊登日期:2012/6/22
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透明封裝材料
LED 用透明封裝材料以液態環氧樹脂(Epoxy)系統、固態環氧樹脂系統與矽膠(Silicone)系統為主,雖然目前亦有如Urea樹脂系統、UV 硬化型壓克力樹脂系統被提出,但仍未進入成熟階段。環氧樹脂是經常使用的光電構裝材料,主要由於其具有優良機械強度、接著強度、絕緣性、耐腐蝕性、低收縮等特性,與電子構裝材料相比, LED 元件使用之液態環氧樹脂則必須以透明無色、低離子含量之更高純度光學等級為考量原則,因此目前使用之光學級環氧樹脂大多從國外進口。用於LED 封裝材料基本組成物種類有雙酚A 系環氧樹脂(Bisphenol-A Glycydyl Ether)和脂環族環氧樹脂(Cycloaliphatic Epoxy)搭配脂肪族酸酐硬化劑(MHHPA 或HHPA 等),結構如圖三所示。雙酚A 系環氧樹脂系統由於價格較為低廉,大多應用在中低階Lamp LED 元件,而脂環族環氧樹脂系統則由於其具有良好的耐UV 安定性, 主要應用在高階Lamp LED 元件市場。固態環氧樹脂則是與半導體固態模封製程相似,主要是以TransferMolding 製程應用在以印刷電路基板(PCB)的SMD LED 上。


圖一、全球高亮度LED 市場預估

應用在LED 透明封裝材料之環氧樹脂系統主要為耐光/ 熱安定性不佳的問題,在長時間光/ 熱老化測試 (Long Term Thermal Aging)中,容易造成黃化而導致光穿透度大幅下降,嚴重影響材料透光度並造成色偏移,因此環氧樹脂應用在高功率、高操作溫度環境下有很大的限制。另外,環氧樹脂系統的應力過大也會導致其在SMD LED應用不易通過冷熱循環等測試,造成脫層甚至膠材龜裂等問題。近年來,為了提升環氧樹脂系統之耐光/ 熱安定性及降低應力等問題,國內外廠商大量投入開發環氧樹脂添加具相容性的環氧樹脂改質矽氧烷樹脂系統,或是直接改成將樹脂主體完全使用環氧樹脂改質矽氧烷樹脂系統(一般會以Epoxy Hybrid 膠材稱之),以期增加透明封裝材料的長期可靠度,並能維持環氧樹脂本身之高接著強度及高阻濕、阻氣特性,而阻濕、阻氣特性對於LED 封裝元件而言,具有保護螢光粉對濕氣的敏感性及保護電極黑化或氧化等。

LED 用Silicone 透明封裝材料大致分為三種,分別為甲基取代型、苯基取代型及加入有機反應官能基改質型(例如信越SCR系列),矽膠樹脂的硬化機制主要是以白金錯合物做為催化劑,利用矽氫化加成反應來達到交聯硬化,如圖五所示。甲基取代型矽膠具有較低的折射率約為1.40~1.43 ,其最大優點為具有極佳的耐光/ 熱安定性,高功率LED 大多使用此材料進行封裝,苯基取代型矽膠則是為了提升材料的折射率,將部分甲基改以苯基取代,折射率約為1.50~1.58 ,但也由於加入部分苯基取代基的緣故,導致其耐光/ 熱安定性略微下降。

固晶膠材料
一般中、低功率LED 模組最常看到的固晶方式,則是使用熱固型膠材以點膠方式將膠材點在基板上,然後置放LED 晶粒硬化固定,基本上熱固型固晶膠材又可分為導電性銀膠及絕緣膠材。通常,銀膠是在環氧樹脂中加入……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文 


圖八、固態環氧樹脂反射杯材料,利用TransferMolding 製程成型之反射杯支架

作者:黃淑禎、許嘉紋、林志浩、陳文彬、張語恒、陳凱琪、李巡天 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌306期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10384


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