LED用环氧树脂灌封胶的研究

2014-03-20姜吉智刘晓冬

化学工程师 2014年4期

姜吉智，刘晓冬

（黑龙江省化工研究院，黑龙江哈尔滨150078）

半导体照明是二十一世纪最具发展的高技术领域之一，发光二极管（LED）是半导体照明的最关键部件，它是由芯片、导线、支架、导电胶、封装材料等组成。LED的封装是采取填充、灌封或模压的方式将液态胶料灌入装有电子元件和线路的器件内，在常温或加热条件下，固化成具有高透光率、高折光率、高耐候性、耐紫外辐射的物理性能优异的热固性高分子绝缘材料，能够保护LED芯片不受周围环境中湿度与温度的影响，防止因受到机械振动、冲击产生破损而造成LED特性的变化。

LED作为高效的固体光源，与传统的白炽灯相比具有寿命长，能耗小，绿色环保等优点[1]。目前，正朝更高色彩性、高亮度、高发光均匀性、高耐气候性等方向发展，这些优良性能不仅需要高质量的芯片技术，而且对LED封装材料也提出了更高的要求，因此，对封装材料及封装技术的研究有着十分重要的意义。

环氧树脂作为LED器件的封装材料，具有优良的电绝缘性能、密封性和介电性能和透明性[2]，且因原料易得、产量大、用途广，并且价格比较低，是LED封装的主流材料，但是由于苯基和羟基的存在使得材料固化后交联密高、内应力大等缺陷，易降低LED器件使用寿命，故其应用受到一定限制。传统环氧树脂已不能完全满足LED的封装要求，因此，需要对环氧树脂进行改性。

1 实验部分

1.1 主要原料

CDY-128双酚A环氧树脂（岳阳石化总厂环氧树脂厂）；聚氨酯预聚体（自制）；液态端羧基丁腈橡胶（上海弘盛化工贸易有限公司）；501环氧活性稀释剂（晨光化工研究院）；混合胺类固化剂（自制）。

1.2 LED改性环氧灌封胶的制备

主体树脂为CDY-128双酚A环氧树脂，按比例加入增韧剂、稀释剂等组分，混合均匀即为甲组份，乙组分为混合胺类固化剂。将甲组份和乙组分以重量比2∶1计量，混合均匀后即可进行灌封。

1.3 灌封胶性能测试

剪切强度，按GB 7124-86测试；拉伸强度，按GB 2568-81测试；冲击强度：按GB 2571-81测试；透光性，用紫外-可见分光光度计在可见光范围内，通过光谱扫描测试固化物的吸光度，从而测试出固化物的透光率。

2 结果与讨论

2.1 增韧剂对灌封胶性能的影响

不同增韧剂对灌封胶性能的影响是很大的，以液态端羧基丁腈橡胶和自制聚氨酯增韧剂对环氧树脂进行增韧改性的粘接性能见表1。

表1 不同增韧剂改性粘接性能对比Tab.1 Comparison of adhesion performarce by adding different flexibilizers

由表1可见，由液态端羧基丁腈橡胶改性的环氧体系剪切强度有所提高，但变化不大，改性效果并不理想；由自制聚氨酯增韧剂改性的环氧体系剪切强度比改性前有很大提高，提高了30.6%，增韧改性效果较好。

2.2 稀释剂用量对灌封胶性能的影响

在聚氨酯增韧的环氧树脂体系中加入一定量的稀释剂，可以降低灌封胶的黏度，有利于灌封操作。本配方选用了501环氧活性稀释剂，其分子内含醚键和环氧基，能与环氧树脂无限混溶，稀释环氧树脂效果好，并且可直接参与环氧树脂的固化反应，形成均一体系。稀释剂用量对灌封胶性能的影响见表2。

表2 稀释剂用量对灌封胶性能的影响Tab.2 Effect of diluntamount to sealant preformances

由表2可见，随着501环氧活性稀释剂用量的增加，固化物的剪切强度有所上升，当达到一定量时，剪切强度开始下降。这是由于加入稀释剂后，随着用量的不断增加，虽然环氧树脂体系的粘度下降了，但同时也降低了体系的交联度和固化率，这使得灌封胶分子链变短，相对分子质量降低，从而降低了体系的固化强度。由实验可知，当稀释剂用量为5phr，效果最佳。

2.3 固化剂用量对灌封胶性能的影响

最佳的固化剂用量可使环氧树脂固化物性能达到最好，这是由固化剂本身结构和形成网状结构的反应历程所决定的，所用固化剂的种类不同，最佳用量就不同。由于LED灌封腔体狭小，我们自制的混合胺固化剂黏度较低，有利于甲乙组分混合后易于灌封。混合胺固化剂用量对灌封胶性能的影响见表3。

表3 固化剂用量对灌封胶性能的影响Tab.3 Effeetof curing agent amount to sealant performences

由表3可知，环氧固化体系的适用期随固化剂用量的增加而缩短，而剪切强度在固化剂用量为20 phr时，达到最高值。随着固化剂用量的继续增加，剪切强度又略有下降的趋势。这是因为固化剂用量未加足时，环氧基反应效率低；如超过较多时，固化剂反应效率低，结果是同样会导致交联密度低，固化物未能形成理想的网状交联状态。由实验可知，当固化剂用量为20phr，效果最佳。