功率型LED有机硅封装材料的耐老化性能研究*

刘 煜，王浩江，汤胜山，杨育农，王 全

(1广州合成材料研究院有限公司，广东 广州 510665;2东莞市贝特利新材料有限公司，广东 东莞 523143)

功率型LED有机硅封装材料的耐老化性能研究*

刘 煜1，王浩江1，汤胜山2，杨育农1，王 全2

(1广州合成材料研究院有限公司，广东 广州 510665;2东莞市贝特利新材料有限公司，广东 东莞 523143)

采用氙灯人工加速老化及热空气加速老化的方法，研究了以聚硅氧烷为主要原料制备的用于功率型LED的有机硅封装材料的耐热及耐候性能。结果表明:制备的树脂型4265及橡胶型4150两种有机硅封装材料的透光率较高，均在92%左右;二者耐热老化性能优异，适用于功率型发光二极管(LED)的封装;相比较而言，树脂型4265的耐候性能较好，更适合户外使用。

功率型LED，有机硅，耐气候老化，耐热老化

随着我国能源问题日益严重和电力资源逐渐匮乏，节约能源，尤其是提高电力资源的使用效率显得尤其重要。有资料显示，当前照明所用能耗约占世界总能耗的20%［1］。若用能耗低、寿命长、安全、环保的光源取代效率低、耗电量高的传统光源，无疑将带来一场世界性的照明革命，对我国的可持续发展具有战略意义，也是解决目前我国能源危机的途径之一。

半导体照明技术是提高电力资源使用效率的有效途径，而发光二极管(Light Emitting Diode，以下简称LED)是半导体照明技术的核心，是一类能直接将电能转化为光能的发光元件，其消耗的电能仅为传统能源的1/10，具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、发光响应时间短、光色纯等一系列特性，近年来得到了广泛的应用和突飞猛进的发展。

随着功率型LED制造技术的不断完善，其发光效率、亮度和功率都有了大幅度提高。但是，在制造功率型LED器件的过程中，除芯片制造技术、荧光粉制造技术和散热技术外，LED封装材料的性能对其发光效率、亮度以及使用寿命也将产生显著影响。使用耐热老化、耐紫外、高折射率和低应力的封装材料可明显提高照明器件的光输出功率和使用寿命［2，3］。传统的环氧树脂封装材料因自身存在吸湿性较高、易老化、耐热性差、高温和短波光照下易变色等缺陷，大大影响和缩短了LED器件的使用寿命。与环氧树脂相比，有机硅材料则具有良好的透明性、耐高温性、耐候性、绝缘性和强疏水性等，被认为是功率型LED封装的最佳材料。研制具有高透明度、高折光率、优良耐紫外老化和热老化能力的有机硅封装材料并实现产业化，对功率型LED器件的研制和规模化生产具有十分重要的意义。

本研究主要对自制的功率型LED有机硅封装材料进行了研究，该材料是以聚硅氧烷为主要原料制备的，通过氙灯人工加速老化及热空气加速老化对该封装材料透光率的影响，来研究其耐候和耐老化性能，旨在为该有机硅封装材料的应用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 实验原料

BQ－4150A/B:双组份高折射率有机硅液体灌封胶，自制，折射率1.52(光波长为633nm);BQ－4265A/B:双组份高折射率有机硅液体灌封胶，自制，折射率1.52(光波长为633nm)。

1.2 设备和仪器

申光WGT－S透光率/雾度测定仪，上海精科;CH－B测厚仪，江苏省锡山市前洲测量仪器厂;LHS－X65氙灯人工气候老化试验箱，广州合成材料研究院有限公司;GGW－90重力对流空气热老化试验箱，无锡市锦华试验设备有限公司。

1.3 试样制备

将功率型LED有机硅封装材料A、B组份按照1∶1的比例混合均匀，然后抽真空排泡，排出所有气泡后，注入直径40mm的圆形模具中，于150℃/1h下固化成型。

1.4 实验方案

随着功率型LED制造技术的不断完善及向高效化、超高亮度化和全色化的不断发展，其发光效率、亮度和照明功率不断提高，发热现象越发明显，对LED封装材料的耐热老化性能的要求也随之提高。同时，户外用LED的不断增加，使得其暴露在太阳光照射下的时间大大延长，其封装材料的耐候性能也面临巨大挑战。针对上述情况，同时考虑到目前实验室光源中氙灯与太阳光谱最为接近，故采用将有机硅封装材料分别在重力对流空气热老化箱及氙灯老化箱中进行人工加速老化试验，测定不同老化阶段下封装材料的透光率，根据其变化来评价封装材料的耐热老化性能及耐候性能。

1.5 性能测试

(1)透光率:在温度23±2℃、湿度50%±10%的条件下，按照GB/T 2410－2008中的方法A(雾度计法)进行测定，试样尺寸为φ40mm×1mm，采用光源为C光源;

(2)氙灯人工加速老化试验:按照GB/T 16422.2－1999进行试验，试验温度65℃±3℃，相对湿度(65±5)%;

(3)热空气加速老化试验:按照GB/T 7141－2008中的方法A(重力对流式热老化试验箱)进行试验，试验温度150℃。

2 结果与讨论

2.1 有机硅封装材料的耐气候老化性能

有机硅封装材料BQ－4150和BQ－4265氙灯人工加速老化不同时间下的透光率如图1所示。

图1 有机硅封装材料4150和4265透光率－氙灯老化时间关系曲线Fig.1 Light transmittance-xenon lamp aging time curve of 4150 and 4265

从图1中可以看出，两种有机硅封装材料初始的透光率基本相同，均在92%左右，完全符合功率型LED封装材料的要求;随着氙灯老化时间的不断延长，两种有机硅封装材料的透光率均成下降趋势，但树脂型4265的透光率下降幅度较小，在氙灯老化1200h后透光率为89.5%，在继续老化至1500h后透光率不再降低，趋于稳定;相比较而言，橡胶型4150封装材料透光率的降低幅度较大，氙灯老化1500h后透光率为87%，这可能与太阳光辐射对其聚合物结构影响较大有关，同时由于树脂型4265耐氙灯老化性能较好，可认为其耐候性能较优，更加适合用于户外用LED的封装。

2.2 有机硅封装材料的耐热老化性能

图2 有机硅封装材料4150和4265透光率－热老化时间关系曲线Fig.2 Light transmittance-heat aging time curve of 4150 and 4265

从图2中可以看出，两种有机硅封装材料经热老化相同时间后透光率的数值几乎相同，热老化开始至1200h的过程中，两种材料的透光率均略有降低，由老化前的91.5%降至90%，之后再继续老化至1500h后透光率几乎无变化，趋于稳定。这说明热老化对两种有机硅封装材料的影响均不大，其可满足发热现象明显的大功率LED的封装要求。有机硅封装材料良好的耐热性能与其主链Si-O-Si的“无机结构”有关，Si-O键的键能较高，单纯的热运动很难使Si-O键均裂，因而其具有良好的热稳定性，同时，Si和O原子的电负性差异大，键的极性大，对所连烃基起到了屏蔽作用，进一步提高了氧化稳定性。

3 结论

(1)实验制备的树脂型4265及橡胶型4150两种有机硅封装材料的透光率较高，均在92%左右;

(2)两种有机硅封装材料的耐热老化性能优异，适用于功率型LED的封装;

(3)树脂型4265封装材料的耐氙灯老化性能较好，即耐候性能较好，更适用于户外用LED的封装。

［1］杨雄发，伍川，董红，等.LED封装用有机硅材料的研究进展［J］.有机硅材料，2009，23(1):47－50.

［2］李炳乾，布良基，范广涵.芯片键合材料对功率型LED热阻的影响［J］.半导体光电，2003，24(6):422－424.

［3］吴震，钱可元，韩彦军，等.高效率、高可靠性紫外LED封装技术研究［J］.光电子激光，2007，1:8－12.

Research on Aging Resistance of Power LED Silicone Encapsulation Materials

LIU Yu1，WANG Hao-jiang1，TANG Sheng-shan2，YANG Yu-nong1，WANG Quan2
(1 Guangzhou Research Institute of Synthetic Materials，Guangzhou 510665，Guangdong，China;2 Dongguan Betely New Materials Limited Company，Dongguan 523143，Guangdong，China)

In this paper，the silicone encapsulation materials were prepared by taking polysiloxane as the main raw material.The heat-resistance and weathering-resistance were investigated by means of xenon lamp and hot air artificial accelerated aging.The results show that light transmittance of BQ-4150 and BQ-4265 prepared as silicone encapsulation materials are both about 92%.The BQ-4150 and BQ-4265 own excellent heat-resistance and apply to power Light Emitting Diode(LED)encapsulation.In comparison，the weathering-resistance of BQ-4265 is better than BQ-4150 and more suitable for outdoor.

power LED，silicone，weathering-resistance，heat-resistance

TQ 324.2

2011－12－15

2009粤港关键领域重点突破项目(2009168203)资助项目