利用高效能LED構裝驗證平台探討影響SMD LED耐硫化特性的因素

刊登日期:2015/3/5
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SMD LED廣泛應用於戶外顯示屏、車用照明及一般照明等,然而空氣中的一些特定污染物如硫化氫等會導致 LED的銀電極黑化,造成 LED的光學效能下降。本研究以工研院材化所建立的高效能 LED構裝驗證平台探討影響 SMD LED耐硫化特性的因素,從封裝材料的特性及元件的結構兩方面進行研究與討論。結果顯示,材化所開發之 Silicone Epoxy Hybride Resin 封裝材料,其交聯密度及元件結構中的碗杯深度均會對 SMD LED的耐硫化特性造成影響。

高效能 LED構裝驗證平台建立
LED構裝材料技術不斷的發展,各種新穎的材料也陸續被推出。然而,一個新的材料從開發階段到能夠投入下游的應用,需要經過一連串嚴謹的驗證過程。過去,上游原料商所開發的新材料,往往需要透過下游封測廠的驗證,並且通過封測廠所設定的信賴性驗證項目後,才能將材料推入市場應用,這樣的模式普遍面臨到:(1).材料開發的項目及目標與構裝實際需求無法有效整合;(2).封裝材料測試結果往往無法對應LED構裝產品表現等困境,導致開發及驗證的時程冗長。

對於產業所面臨的困境,工研院材化所在多年前即開始思考並著手建立以高效能LED構裝材料開發為主的驗證平台,透過這樣的平台,可以提供材料開發者驗證各種材料開發及設計的構想是否可行,並且可在驗證的過程中,找出材料在應用上會面臨到的問題,進而思考材料特性改善的方向,以期能夠縮短開發時程,同時使產品更容易符合市場需求。

材化所建立的高效能 LED光電構裝驗證平台主要分為材料特性驗證及 LED元件效能與可靠度驗證。希望透過這兩項的個別驗證,累積足夠的數據,藉由建立的資料庫找出與 LED實際構裝表現相關的重要材料特性與項目,幫助材料開發者快速有效的篩選適合的材料,縮短開發時程及降低研發成本,並且從驗證過程中了解材料開發的方向。

在材料特性驗證部分,本研究建置完整的材料分析系統(圖三),包括熱分析設備 DSC、TMA、DMA等。利用 DSC來了解材料的硬化行為,並作為硬化條件訂定及調整的依據,TMA及DMA則有助於了解材料的玻璃轉移溫度及在此狀態下材料特性變化,對於這些材料特性變化的了解,在SMD LED構裝材料的設計及開發工作上相當重要。此外,本研究也建置了各種環境測試所需的烘箱,如高溫烘箱、恆溫/恆濕烘箱及UV老化測試機等,可測試材料在不同條件下的特性表現。


圖三、材料特性驗證設備

封裝材料特性對 SMD LED
耐硫化特性造成的影響 LED耐硫化測試較常用的方法是先在瓶中裝入 0.2g 的硫磺粉,將 LED置入瓶中並密閉(圖六),接著放入 70˚C的烘箱中進行硫化測試,於設定的時間內將硫化實驗的樣品瓶取出,觀察電極區的銀是否發生黑化現象,並記錄發生黑化現象的時間。常用於 LED的封裝材料大致分為環氧樹脂及矽膠兩大類,其中矽膠較普遍被用於 SMD LED封裝。一般而言,矽膠的阻氣性較環氧樹脂差,所以一些矽膠的生產大廠,如道康寧或信越等也針對矽膠的阻氣性加以改善。目前,材化所開發的新型矽氧烷改質環氧樹脂混成的透明封裝材料,與目前普遍始用於 SMD LED的商品矽膠皆具有相當的耐硫化特性,兩者均可達到硫化測試 48小時而銀電極無明顯的變色(圖七)……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。


圖七、Silicone Epoxy Hybride封裝材料與商用矽膠在SMD LED耐硫化特性比較

作者:林志浩、黃淑禎、李巡天/工研院材化所
★完整內容請見下方檔案。


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