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LED封装用透明环氧的抗紫外老化性能研究

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照明工程学报
2011 年 4 月
象，即使 400
500nm 的 可 见 光 照 射 也 会 使 高 分 子
较，选用常 见 的 有 机 光 稳 定 剂 邻 羟 基 二 苯 甲 酮 类 、 苯并三唑类紫外吸 剂 和 受 阻 胺 类 光 稳 定 剂， 对 LED 400 进行了改性 。 在此基础 封装用透明环氧树脂 EP上研究了光稳定剂 对 环 氧 树 脂 光 老 化 性 能 的 影 响 以 及不同种类光稳剂之间的协同作用 3. 1 3. 1. 1 实验部分 实验试剂 无机光稳定剂 纳米氧化锌 （ 粒径为 27nm ） 自 制； 二 氧 化 硅 / 二氧化钛 = 36. 5wt% ，粒径 69nm ， 自制； 二氧化硅 -二氧化钛 -二 氧 化 硅 （ S-T-S ） ： 二 氧 化 硅 核 、 二 氧 化钛包覆层和最外层二氧化硅的重量比为 WSilicaʒ WTitania ʒ WSilica = 0. 70 ʒ 0. 27 ʒ 0. 03 ， 粒 径 约 为 72nm ，自制 。 有机光稳定剂 受阻氨类光 稳 定 剂 癸 二 酸 双 （ 1 ， 2 ， 2 ， 6 ， 64-哌啶） 酯与 1- （ 甲 基 ） 8- （ 1 ， 2 ， 2 ， 6 ， 五甲基 6-五甲基 4-哌 啶 ） 癸 二 酸 酯 的 混 合 物 （ HS508 ） 、 2 ，2 ， 6 ， 6-四 甲 基 1-哌 啶 乙 醇 ） 聚丁二酸 （ 4-羟基 10LD ） 。 紫 外 线 吸 收 剂 2- （ 2ᶄ-羟 基 5ᶄ-甲 酯 （ BW5ᶄ-叔 辛 基苯 基 ） 苯 并 三 唑 （ UV-P ） 、 2- （ 2ᶄ-羟 基 329 ） 、2- （ 2ᶄ-羟基 3ᶄ-特丁 基苯基） 苯并三唑 （ UV5ᶄ-甲基 苯 基 ） 5-氯 苯 并 三 唑 （ UV326 ） 、 2 ， 4基1 ） 。 环 氧 基 体 LED 封 装 专 用 二羟基二苯甲 酮 （ BP400 ： 由 主 剂 环 氧 EP400A 和 固 化 剂 环氧树 脂 EPEP400B 组成，使用 时 A ， B 两 组 分 按 重 量 比 1 ʒ 1 混合使用 。 3. 1. 2 光稳定剂改性环氧的制备 首先，将各种 光 稳 定 剂 加 入 到 环 氧 固 化 剂 EP400B 中 搅 拌 或 超 声 使 其 完 全 溶 解， 加 入 环 氧 EP400-A ，磁力搅 拌 10min ， 混 合 均 匀 后 真 空 脱 泡 。 然后将混合后的环 氧 倒 入 模 具 中 固 化 成 型 （ 具 体 固 化程序为 130ħ ， 1h ； 100ħ ， 8h ） ， 即 可 制 得 改 性 后的 LED 封装用透明环氧 （ 具体配方见表 1 ） 。 3. 1. 3 测试表征及仪器 采用 Lambda 900 紫 外 -可 见 分 光 光 度 计 （ UVVis ） 对所制备的各种环氧树脂的光学性能进行了测 试，扫 描 范 围 为 250nm 850nm ， 分 辨 率 为 1nm 。 采用所制备的各种环氧树脂对紫光 LED （ UV-LED ） 芯片进行封装 （ 发 光 波 长 为 400nm ） ， 将 封 装 后 的 UV-LED 点亮，测 试 其 寿 命 。 LED 的 使 用 寿 命 定 义 为光通降为其初始光通的一半时所用的时间 。
图2 穿透式白光 LED 的结构示意图
环氧树脂种类很多，应用于 LED 封装的 环 氧 树 脂必须 具 备 高 透 光 率 、 高 折 射 率 、 良 好 的 耐 热 性 、 抗湿性 、 绝缘性 、 高机械强度与化学稳定性等特点 。 2. 1 LED 老化机理分析及其对封装材料的性能要求 LED 作为照明光 源 的 一 大 优 势 是 长 寿 命， 理 论 上 LED 的寿命可以达到 50000 100000h 。 然而，无 论是 5mm 标准指示 灯 型 LED 还 是 表 面 焊 型 LED 的 寿命都 没 有 达 到 这 个 水 平， 一 般 使 用 寿 命 均 小 于 10000h 。 对于 UV-LED + 三 色 荧 光 粉 和 蓝 光 LED + YAG 荧光 粉 制 备 的 白 光 LED 的 寿 命 则 更 短， LED 的输出光通随着 使 用 时 间 增 加 而 逐 渐 降 低 。 相 关 研 究显示造成 LED 输出光通降低的主要原因是由环氧 树脂变黄而引起的 。 LED 封装用环氧树脂主要 成 份 是 双 酚 A 型 环 氧 树脂，由于 环 氧 树 脂 含 有 可 吸 收 紫 外 线 的 芳 香 环， 其吸收紫外线后会 氧 化 产 生 羰 基 并 形 成 发 色 团 进 而 造成树 脂 变 色 。 此 外， 环 氧 树 脂 遇 热 后 也 会 变 色， 进而造成环氧树脂 在 近 紫 外 波 长 范 围 内 的 透 光 率 下 降，该现象对 LED 发光强度影响极大 。 高分子 材 料 在光线照射下一 般 都 会 发 生 光 降 解 反 应， 高 分 子 材 料不但在 300nm 以下的紫外线照射时会 产 生 变 黄 现
非零，所以其中部分紫外光会泄露至外部 。
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LED 封装用材料
如图 1 3 所 示， LED 封 装 材 料 主 要 为 LED 芯
片提供保护作用， 另 外 封 装 材 料 还 可 以 起 到 决 定 光 分布 、 降低 LED 芯片与空气之间折射率的差距以 增 加光输出等作用，对 LED 的可靠性及光输出效果 有 绝对性影响 。 LED 封 装 一 般 以 环 氧 树 脂 、 硅 橡 胶 系 树脂及聚氨酯系树脂等高透明性树脂作为封装材料 。 但考虑成本 、 电 气 特 性 等 因 素， 目 前 仍 以 环 氧 树 脂 为主流 。
2011 年 4 月 第 22 卷 第 2 期
照明工程学报 ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO
Apr. 2011 Vol. 22 No. 2
LED 封装用透明环氧的抗紫外老化性能研究
王雅芳
（ 厦门大学信息科学与技术学院，厦门 361005 ）
摘
要 ： 发光二极管 （ LED ） 作为新型高效固体光源，具有长寿命 、 节能 、 绿色环保等显著优点，其经济和社会 意
Research of the Resisting Ultraviolet Aging Properties of LED with Transparent Epoxy Encapsulation
Wang Yafang
（ School of Information Science and Technology ， Xiamen University ， Xiamen 361005 ）
义巨大 。 本文以复合材料这一学科前沿为研究方向，以 提 高 LED 封 装 用 环 氧 树 脂 的 老 化 寿 命 为 目 的 ，分 两 个 阶 段 对 LED 封装用环氧树脂进行了改性研究 。 研究发现，所选 各 种 光 稳 定 剂 对 环 氧 树 脂 均 有 抗 紫 外 老 化 作 用 ， 其 中 氧 400 封 装 的 化锌的抗紫外老化能力最强，采 用 0. 07 wt% ZnO 增 强 的 ZnO / 环 氧 纳 米 复 合 材 料 封 装 的 LED 比 用 EPLED 寿命提高 76% 。 受阻胺类光稳定剂与紫外吸收剂共同使用时具有协同效应，最佳改性环氧树脂封装 的 LED 比 未经改性环氧封装的 LED 的寿命提高了 170% 。 关键词 ： LED ； 封装； 环氧； 纳米复合材料； 光稳定
第 22 卷第 2 期
王雅芳： LED 封装用透明环氧的抗紫外老化性能研究
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图1
蓝光 LED + YAG 荧光粉制备 白光 LED 的结构示意图 图3 反射式白光 LED 的结构示意图
荧光体的 组 合 方 式 。 最 近 这 一 方 式 越 来 越 受 重 视， 这种方式的特征是将 LED 产生的近紫外光分别转换 成红 （ R ） 、 绿 （ G ） 、 蓝 （ B ） 三 种 颜 色 再 合 成 白 光。
典型的近紫外 LED + RGB 荧光粉的封装方法可 分为穿透式和反射式两种 。 图 2 是穿透式的封装方式，它是用 GaN 系近紫 外 LED 以倒置芯片方式封装于蓝宝石基板上，再用 高反射率金属当 电 极， 它 的 光 输 出 是 传 统 透 明 电 极 面朝上结构的 二 倍 左 右 。 有 关 荧 光 粉 的 封 装， 基 本 上是在玻璃基板上，制作紫外线反射膜与 RGB 荧光 粉层，接着再加 工 成 与 LED 芯 片 尺 寸 相 同 的 形 状， 将荧光粉层向 下 与 LED 芯 片 接 合， 为 了 使 LED 芯 片端面射出的紫 外 线 也 能 转 换 成 可 视 光， 因 此 LED 芯片周围涂有荧 光 体， 最 后 再 用 树 脂 封 装 变 成 穿 透 型白光 LED 。 图 3 是典型的反射式白光 LED ，由图 可 知 它 是 由一对电极与涂 有 荧 光 体 的 凹 形 碗 杯 所 构 成， 倒 置 紫外 LED 芯片被焊牢后，与设有紫外线反射膜层的 玻璃基板 贴 合， 内 部 再 用 树 脂 或 是 惰 性 气 体 密 封， 形成反射式白光 LED 。 根据以上的 说 明 可 知 不 论 何 种 方 式， 荧 光 粉 的 转化效率 都 不 可 能 达 到 100% ， 紫 外 光 的 泄 漏 量 并
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引言
利用 GaN 基 LED 实 现 通 用 白 光 照 明 已 经 成 为
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Байду номын сангаас
［ 2］ 蓝色 LED + YAG 荧光粉的白光化封装
图 1 为蓝色 LED + YAG 荧 光 粉 制 备 白 光 LED 的结 构 示 意 图 。 具 体 原 理 是： 将 可 产 生 黄 光 的 YAG ： Ce 荧光粉分散于透明环氧树脂内， 再用设于 碗杯内的蓝色 LED 产生的光线激发转换成白光 。 1. 2 近紫外 LED + RGB 荧光粉的白光化封装 LED 白光化的另一路线是： 近紫外 LED + RGB 全球实现固态照 明 的 主 要 技 术 方 案， LED 白 光 化 封 装技术及其封装用材料是近年来 LED 研究的热门方 向之 一 。 针 对 实 现 通 用 照 明 的 目 标， 目 前 有 蓝 光 LED + Yttrium aluminum garnet （ YAG ） 荧 光 粉 和

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LED封装材料的研究进展_张保坦

LED封装材料的研究进展_张保坦

第38卷增刊2010年4月化　工　新　型　材　料N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 138No 14・23・作者简介:张保坦(1979-),男,博士,主要从事功能性有机硅及其复合材料的设计合成及应用性能研究。

L ED 封装材料的研究进展张保坦1　李　茹1,2　陈修宁1　张　帆1　刘白玲1,2　王公应1,2　何国锋3(11常州化学研究所常州市新光源材料与技术重点实验室,常州213164;21中科院成都有机化学有限公司,成都61041;31常州煜明电子有限公司,常州213000)摘　要　发光二极管是一类可直接将电能转化为可见光和热等辐射能的发光器件。

随着亮度和功率的不断提高,封装材料成为制约L ED 进入照明领域的关键技术之一。

针对L ED 对封装材料的性能要求,综述了L ED 封装材料种类、特点及发展现状,并重点介绍了环氧和有机硅材料的应用研究进展。

关键词　L ED ,封装材料,环氧树脂,有机硅Advanced progress of L ED encapsulation materialsZhang Baotan 1　Li Ru 1,2　Chen Xiuning 1　Zhang Fan 1　Liu Bailing 1,2　Wang G ongying 1,2　He Guofeng 3(1.Changzhou Key Laboratory of Novel Lighting Materials and Technology ChangzhouInstit ute of Chemist ry ,Changzhou 213164;2.Chengdu Instit ute of Organic Chemist ry ,Chinese Academy of Sciences ,Chengdu 610041;3.Changzhou Yuming Electronics Co.,Lt d.,Changzhou 213000)Abstract L ED is the abbreviation of light emitting diode ,which is a kind of semiconductor materials that can transform electrical energy into visible light.With the improvement of L ED brightness and efficiency ,the perparation of the encapsulation materials become one of the key technology which restrict the L ED to enter the lighting field.Hence ,this article summarized the types ,characteristics and development of L ED encap sulation materials aiming at the the per 2formance requirements of L ED packaging materials ,especially the epoxy and silicone materials.K ey w ords L ED ,encap sulation materials ,epoxy resins ,silicone L ED 是由芯片、金属线、支架、导电胶、封装材料等组成,其中的封装材料主要起到密封和保护芯片正常工作,避免其受到周围环境中湿度与温度的影响;固定和支持导线,防止电子组件受到机械振动、冲击产生破损而造成组件参数的变化;降低L ED 芯片与空气之间折射率的差距以增加光输出及有效地将内部产生的热排出等作用[122]。

环氧树脂电子封装材料的研究现状和发展趋势

环氧树脂电子封装材料的研究现状和发展趋势

环氧树脂电子封装材料的研究现状和发展趋势摘要：电子封装材料包括金属基封装材料、陶瓷基封装材料和高分子封装材料。

其中高分子封装材料（主要为环氧树脂）以其在成本和密度方面的优势在封装材料中一枝独秀，有95%的封装都由环氧树脂来完成。

环氧树脂作为集成电路的支撑材料，有着极大的市场容量。

随着集成电路的集成度越来越高，布线日益精细化，芯片尺寸小型化以及封装速度的提高，以前的环氧树脂已不能满足性能要求，为适应现代电子封装的要求，电子级环氧树脂应具有优良耐热耐湿性、高纯度低应力低张膨胀系数等特性，以适应未来电子封装的要求。

本文以此为环氧树脂封装材料的发展方向，着重论述了环氧树脂电子封装材料的研究现状和发展趋势。

关键词：环氧树脂封装材料研究现状一、环氧树脂电子封装材料的研究现状环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。

由于其分子结构中含有活泼的环氧基团，能与胺、酸酐、咪唑、酚醛树脂等发生交联反应，形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。

这种聚合物结构中含有大量的羟基、醚键、氨基等极性基团，从而赋予材料许多优异的性能，比如优良的粘着性、机械性、绝缘性、耐腐蚀性和低收缩性，且成本比较低、配方灵活多变、易成型生产效率高等，使其广泛地应用于电子器件、集成电路和LED的封装1962年，通用电气公司的尼克·何伦亚克（Hol-onyak）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管就是使用环氧树脂封装的。

环氧树脂种类很多，根据结构的不同主要分为缩水甘油醚型、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、脂肪族、脂环族、酚醛环氧树脂、环氧化的丁二烯等。

由于结构决定性能，因此不同结构的环氧树脂，其对所封装的制品的各项性能指标会产生直接的影响。

例如Huang J C等以六氢邻苯二甲酸酐为固化剂，以TBAB为催化剂，分别对用于LED封装的双酚A型环氧树脂D E R.-331、UV稳定剂改性后的双酚A型环氧树脂Eporite-5630和脂环族环氧树脂ERL-4221进行了研究。

LED光源长期使用亮度衰减原因探究

LED光源长期使用亮度衰减原因探究

LED光源长期使用亮度衰减原因探究LED光源以其节能环保、寿命长、光照效果好等优势，在照明领域得到了广泛应用。

然而，即便有着较长的理论使用寿命，LED光源在实际应用过程中仍然会出现亮度逐渐衰减的现象。

本文将从六个方面深入探讨LED光源长期使用后亮度衰减的原因。

一、半导体材料老化LED光源的核心是发光二极管，其主要由半导体材料构成。

随着时间的推移，半导体材料会因受到热应力、电应力及环境因素的影响而发生老化。

这种老化会导致半导体晶格缺陷增多，电子与空穴复合效率下降，进而影响到LED的发光效率，表现为亮度衰减。

特别是高温环境下，半导体材料的老化速度会显著加快，因此，散热设计是延缓LED光源老化的重要环节。

二、热效应热量积累是导致LED光源亮度衰减的主要原因之一。

在LED 工作时，部分电能会转化为光能，但也有相当一部分转化为热能。

如果热量不能及时有效地散发出去，高热环境会加速半导体材料和封装材料的老化，同时也会使LED芯片的结温上升，影响量子效率，最终导致光输出功率下降。

因此，高效的热管理技术，如采用高性能热导材料、优化散热结构等，是提升LED光源使用寿命的关键。

三、电流过载与电压波动LED光源的亮度与其工作电流直接相关，过高的电流会使LED芯片产生更多的热量，加速老化过程。

此外，不稳定的电源供应和电压波动也会对LED造成损害。

电压过高可能超过LED的最大承受能力，导致瞬时烧毁或长期过热；电压过低则可能引起LED发光效率降低。

合理设计驱动电路，确保恒流供电，是避免因电流或电压问题导致的亮度衰减的有效方法。

四、光子退化LED发光过程中，光子在半导体材料中碰撞会产生非辐射复合，这不仅消耗能量，还会导致光子退化，即光子在没有转化为光能之前就被重新吸收。

长期使用下，这种现象会累积，使得LED的内部量子效率逐渐降低，表现为外在的亮度衰减。

虽然这是LED发光机制本身难以避免的，但通过优化芯片结构和采用更高效的荧光粉，可以在一定程度上减缓光子退化速率。

环氧树脂老化研究

环氧树脂老化研究

环氧树脂老化研究环氧树脂是一种广泛应用于涂料、胶粘剂、复合材料等领域的重要化工原料，具有耐腐蚀、耐磨损、绝缘性好等特点。

环氧树脂在使用过程中会遭受各种外界环境因素的影响，导致其老化，降低了性能和使用寿命。

对环氧树脂老化进行研究具有重要意义。

本文将综述环氧树脂老化的研究进展，重点介绍老化机理、检测方法及抗老化改性技术等方面的研究现状。

一、环氧树脂的老化机理环氧树脂老化是指在外界环境作用下，环氧树脂发生结构、性能或外观上的变化。

其主要机理包括光照老化、热老化、氧化老化、湿热老化等。

在光照老化中，紫外光和可见光作用下，环氧树脂中的化学键断裂，导致材料表面发生黄变、裂纹和粗糙等现象；热老化是指在高温下，环氧树脂中的分子链发生断裂、交联减少，使材料变脆、力学性能下降；氧化老化是由于环氧树脂与氧气发生反应，产生氧化物，导致材料劣化；湿热老化是指在高温高湿的环境下，环氧树脂吸水后发生分子链断裂或交联断裂，使材料性能恶化。

了解这些老化机理对于延长环氧树脂的使用寿命具有重要意义。

二、环氧树脂老化检测方法针对环氧树脂老化问题，有许多检测方法可以用来评价环氧树脂的老化程度。

包括物理性能测试、化学性能测试、表面形貌观察等。

物理性能测试包括拉伸强度、弯曲强度、冲击性能等测试，可以客观评价环氧树脂老化后的力学性能变化；化学性能测试则主要集中在老化后环氧树脂的化学结构和成分的变化，包括红外光谱分析、热分析等；表面形貌观察通过扫描电镜观察老化后环氧树脂的表面形貌变化，了解老化过程中的微观结构变化。

这些检测方法为环氧树脂老化状况的评估提供了科学的手段。

三、环氧树脂抗老化改性技术针对环氧树脂的老化问题，研究者们也在不断探索和开发抗老化改性技术。

其中包括添加抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂等，以减缓光照老化的过程；通过改变环氧树脂的分子结构或者引入包覆材料来增强其抗热老化能力；通过合成耐候性好的环氧树脂树脂来提高其抗氧化、老化的能力等。