納米SiO₂改性的COB-LED灌封用透明有機硅膠的制備方法

專利名稱：納米SiO₂改性的COB-LED灌封用透明有機硅膠的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米SiO2改性的COB-LED (Chip on Board,板上芯片封裝)灌封用透明有機硅膠的制備方法，屬于COB-LED光源模板封裝膠技術領域。
背景技術：
半導體LED因在照明方面具有壽命長、高效節能、綠色環保等特點，LED作為新型照明光源替代傳統照明光源具有相當大的潛力，是解決目前能源危機的有效途徑之一。隨著功率型白光LED制造技術的不斷完善，其發光效率、亮度和功率都有大幅度提高。因此，LED封裝材料開始面臨巨大的挑戰，制備出具有高光折射率，高耐紫外能力和耐熱老化能力，低應力，高熱導率的封裝材料，有望提高照明器件的光輸出功率和使用壽命。有數據顯示，LED光源比白熾燈節電87%、比熒光燈節電50%，而壽命比白熾燈長20 30倍、比熒光燈 長10倍。LED光源因具有節能、環保、長壽命、安全、響應快、體積小、色彩豐富、可控等一系列獨特優點，被認為是節電降能耗的最佳實現途徑。COB封裝是一種芯片直接貼裝技術，是將裸芯片直接粘貼在印刷電路板上，然后進行引線鍵合，再用有機膠將芯片和引線包封保護的工藝。COB-LED光源具有高效率、低損耗、長壽命、光色純、耐振動、響應速度快等優勢。當LED面光源采用COB工藝生產時，摒棄了草帽管和貼片燈珠的金屬支架封裝模式，可直接將芯片貼裝在導熱性能極佳的金屬基板上，散熱效率比燈珠式LED光源提高幾十倍，將大幅度降低LED光源的光衰，有效保證LED燈具的使用壽命。LED面光源是整面封裝，先進的工藝將完美的解決LED燈珠色光不均的問題，整面出光，光照均光效果好，是未來室內照明用節能光源的不二之選。一般來講，LED的封裝材料有如下幾種環氧樹脂、硅膠、硅樹脂。但是結合目前市場主流的三種LED封裝材料來看，環氧樹脂封裝材料雖然在透光性和成本上具有優勢，但是在亮度衰減、抗UV、耐熱等方面略顯不足。硅樹脂在耐熱、抗UV和亮度衰減等方面的性能比環氧樹脂要強，且和環氧樹脂結合得較好無界面問題，比較適合用在白光和一些低衰減要求的封裝上(如顯示屏、線路板、接線盒等)，但不足之處是不適合用在大于O. 5W以上的高功率產品上，價格相對也較為昂貴。硅膠相對前兩者來說，在抗UV、耐熱和亮度衰減上有較大的優勢，特別適合用在大功率LED產品和部分低衰減及白光產品上，但缺點是結合力較差，和環氧結合容易產生界面問題，易吸濕，防塵性較差。在高溫環境下，封裝材料可能引起碳化，在器件表面形成褐色覆蓋層，致使器件失效。本研究將聚合物與無機納米粒子復合，可使復合材料既具有聚合物的易加工和抗沖擊性，又具有無機材料的高導熱和耐摩擦等特性。向聚硅氧烷產品中加入耐熱添加劑是一種既實用又簡便的方法，納米二氧化硅是無色有機硅高聚物體系中應用最普遍的一種填料。本發明采用納米二氧化硅作填料，對有機硅膠起到了增稠、觸變、補強、增加機械強度，同時達到高光澤、高透明性、高塑性成型等效果。該膠黏劑具有優異的耐高低溫、耐老化、透明度高，成型性好，固化條件溫和等優點。

發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種納米SiO2改性的COB-LED灌封用有機硅膠的制備方法，最終得到固化的納米SiO2改性的高亮度、大功率COB-LED用有機硅封裝膠。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案
一種納米SiO2改性的COB-LED灌封用透明有機硅膠的制備方法，具體步驟如下
a.表面處理劑溶液的配制將一定量的表面處理劑，即硅烷偶聯劑溶解于適量的有機溶劑中，表面處理劑為Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒中的任一種；有機溶劑為甲苯、苯、乙醇中的任一種，其體積比為I :(1. O 10. O);
b.納米SiO2的改性處理將一定量的納米SiO2與上述的表面處理劑溶液混合；納 米SiO2與表面處理劑即硅烷偶聯劑的質量配比為100 (O. 01 I. 00);在不斷攪拌下于110 130°c溫度下加熱回流3 6 h ;然后冷卻，并在烘箱中干燥，以揮發掉剩下的有機小分子物質；
c.改性有機硅膠的制備將上述的一定量的經改性處理的納米SiO2添加入一定量的有機硅膠中；納米SiO2的加入量與所述有機硅膠兩者間的質量比為(6. 00 20. 00) :100 ；有機硅膠為α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷、α，ω - 二羥基聚二甲基二苯硅氧烷中的任一種；充分攪拌混合，制得納米SiO2改性的有機硅封裝膠；
d.納米SiO2改性的有機硅封裝膠的固化工藝在制得的納米SiO2改性的有機硅封裝膠中加入一定量的固化劑甲基三丙(丁)酮肟基硅烷和乙烯基三丙(丁)酮肟基硅烷，以及一定量的催化劑二月桂酸二丁基錫；所述固化劑與催化劑的加入量按有機硅膠的質量為基準；固化劑與有機硅膠的質量比為(3 6) :100 ;催化劑與有機硅膠的質量比為(O. 2
O.6)100 ;經充分攪拌混合均勻后，減壓蒸餾排氣泡，排完氣泡后，室溫固化8 20 h ;或者加熱到110 150°C固化30 60 min，最終得到固化的納米SiO2改性的COB-LED灌封用有機硅封裝膠。與現有技術相比，本發明方法的機理和特點如下所述
本發明利用納米SiO2的高導熱率和高折光率改進有機硅封裝膠的性能。經過硅烷偶聯劑表面處理后的納米SiO2表面覆蓋了一層有機物，使得納米SiO2與有機硅之間具有更好的相容性，且有利于納米SiO2在有機硅膠基體中的分散。納米SiO2均勻分散在有機硅膠基體中后形成的導熱網絡，可以提高有機硅膠的導熱性能。同時，通過改變納米SiOd^用量可以在一定范圍內實現有機硅膠折光率的調控。本發明采用硅烷偶聯劑改性納米SiO2填充有機硅膠的方法，克服了普通SiO2雖能改善封裝材料的導熱性，但填充量大、封裝膠相容性差的缺點，難以實現導熱率和折光率雙重調控的不足。本發明采用的有機硅固化溫度較低，在25°C 140°C之間。本發明設備比較簡單，成本較低，操作條件易控制。本發明的原理與技術不同于普通的SiO2直接填充有機硅膠的方法。采用本發明方法制備的納米SiO2改性的有機硅投鏡膠經導熱率測試儀和阿貝折光儀分別對其熱導率和折光率進行表征，其導熱率可以提高5 23%，折光率可以提高
O.I 3. 3%。本發明不僅可以實現有機硅透鏡膠導熱率的改進，還可以實現有機硅膠成型性的控制。
具體實施例方式現將本發明的具體實施例詳述于后。實施例I :
常溫下取Y -氨基丙基三乙氧基硅烷O. Olg溶解于一定量的甲苯中，加入納米SiO2100g，在攪拌下110°C回流4 h，冷卻后置于烘箱中揮發掉剩余的有機小分子，得到改性的納米 Si02。取經過改性的納米SiO2 O. 24g，α，ω- 二羥基聚二甲基硅氧烷100g，將兩者充分攪拌混合后，加入催化劑二月桂酸二丁基錫O. 4g，固化劑甲基三丁酮肟基硅烷2. 86g和乙烯基三丁酮肟基硅烷I. Hg，混合均勻后將樣品澆入模具中室溫固化。 本實施例制備的有機硅透鏡膠的導熱系數比不填充納米SiO2直接固化的有機硅透鏡膠提高5. 8%，其折光率比不填充納米SiO2的有機硅透鏡膠提高O. 1%，膠的定型性好。實施例2
常溫下取Y -氨基丙基三乙氧基硅烷O. Olg溶解于一定量的甲苯中，加入納米SiO2100g，在攪拌下110°C回流4 h，冷卻后置于烘箱中揮發掉剩余的有機小分子，得到改性的納米 Si02。取經過改性的納米SiO2 4. 00g，α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷100g，將兩者充分攪拌混合后，加入催化劑二月桂酸二丁基錫0. 4g，固化劑甲基三丁酮肟基硅烷2. 86g和乙烯基三丁酮肟基硅烷I. Hg，混合均勻后將樣品澆入模具中室溫固化。本實施例制備的有機硅透鏡膠的導熱系數比不填充納米SiO2直接固化的有機硅透鏡膠提高10. 4%，其折光率比不填充納米SiO2的有機硅透鏡膠提高2. 1%，膠的定型性好。實施例3:
常溫下取Y -氨基丙基三乙氧基硅烷0. Olg溶解于一定量的甲苯中，加入納米SiO2100g，在攪拌下110°C回流3 h，冷卻后置于烘箱中揮發掉剩余的有機小分子，得到改性的納米 Si02。取經過改性的納米SiO2 15. Og, α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷100g，將兩者充分攪拌混合后，加入催化劑二月桂酸二丁基錫0. 4g，固化劑甲基三丁酮肟基硅烷2. 86g和乙烯基三丁酮肟基硅烷I. Hg，混合均勻后將樣品澆入模具中室溫固化。本實施例制備的有機硅透鏡膠的導熱系數比不填充納米SiO2直接固化的有機硅透鏡膠提高19. 5%，其折光率比不填充納米SiO2的有機硅透鏡膠提高2. 9%，膠的定型性好。
權利要求
1.一種納米SiO2改性的COB-LED灌封用透明有機硅膠的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下 a.表面處理劑溶液的配制將一定量的表面處理劑，即硅烷偶聯劑溶解于適量的有機溶劑中，表面處理劑為Y-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒中的任一種；有機溶劑為甲苯、苯、乙醇中的任一種，其體積比為I :(1. O 10. O); b.納米SiO2的改性處理將一定量的納米SiO2與上述的表面處理劑溶液混合；納米SiO2與表面處理劑即硅烷偶聯劑的質量配比為100 (O. 01 1. 00);在不斷攪拌下于.110 130°c溫度下加熱回流3 6 h ;然后冷卻，并在烘箱中干燥，以揮發掉剩下的有機小分子物質； c.改性有機硅膠的制備將上述的一定量的經改性處理的納米SiO2添加入一定量的有機硅膠中；納米SiO2的加入量與所述有機硅膠兩者間的質量比為(6. 00 20. 00) :100 ；有機硅膠為α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷、α，ω - 二羥基聚二甲基二苯硅氧烷中的任一種；充分攪拌混合，制得納米SiO2改性的有機硅封裝膠； d.納米SiO2改性的有機硅封裝膠的固化工藝在制得的納米SiO2改性的有機硅封裝膠中加入一定量的固化劑甲基三丙(丁)酮肟基硅烷和乙烯基三丙(丁)酮肟基硅烷，以及一定量的催化劑二月桂酸二丁基錫；所述固化劑與催化劑的加入量按有機硅膠的質量為基準；固化劑與有機硅膠的質量比為(3 6) :100 ;催化劑與有機硅膠的質量比為(O. 2 .O. 6)100 ;經充分攪拌混合均勻后，減壓蒸餾排氣泡，排完氣泡后，室溫固化8 20 h ;或者加熱到110 150°C固化30 60 min，最終得到固化的納米SiO2改性的COB-LED灌封用有機硅封裝膠。
全文摘要
本發明涉及一種納米SiO2改性的COB-LED灌封用有機硅膠的制備方法，具體步驟為首先配制一定濃度的表面處理劑即硅烷偶聯劑溶液，用硅烷偶聯劑改性納米SiO2，然后將經過改性的納米SiO2添加入有機硅膠中，即得到有機硅封裝膠。本發明中納米SiO2的加入量與有機硅膠兩者的質量比為(6.00～20.00)100。攪拌混合后，再加入少量固化劑和催化劑，繼續攪拌混合均勻，最終制得納米SiO2改性的有機硅封裝膠。本發明方法制備得到的有機硅封裝膠，其導熱率可以提高5～23%，折光率可以提高0.1～3.3%，且具有良好的定型性。成本與傳統的LED封裝相比可降低30%左右。膠無色透明，可廣泛應用于電子元器件的固定、電子外殼和平面光源的密封，多種燈具的灌封。
文檔編號C09J11/04GK102876282SQ201210337400
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者賀英, 邱細妹, 施周, 蔡計杰, 潘照東, 張瑤斐, 王均安 申請人:上海大學