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LED封装硅胶技术前言LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂或硅胶封装起来。 灯珠 贴片LED LAMP-LED SMD-LED与LED相关的几个名词解释：1）光通量由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位-光通量来衡量。光通量用符号表示，单位为流明（lm）。 2）发光强度光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量。不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。发光强度的单位为坎德拉，符号为cd，它表示光源在某单位球面度立体角(该物体表面对点光源形成的角)内发射出的光通量。1 cd = 1 lm/1 sr （sr：立体角的球面度单位）。 3) 亮度亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体发射光的强度。单位为坎德拉/平方米cd/m2，符号为L，表明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量，它等于1平方米表面上发出1坎德拉的发光强度。 4) 色温( Color Temperature )当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温，用绝对温度K（开尔文，开氏度 = 摄氏度 + 273.15 ）表示。 5) 显色性(Color rendering property) 原则上，人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。 光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常叫做显色指数（Ra）。显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色关系。Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。 Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。一、LED灯简介随着国家推出淘汰白炽灯的政策后，取而代之的就是LED灯产品的发展，作为新时代的照明产品，LED灯具具有节能环保等优点，被大众一致看好。目前LED市内照明的应用已经十分广泛，其中LED路灯的发展就是这方面的佼佼者。LED灯主要优点如下：1、环保：无污染、耐紫外线、红外线和热辐射；2、低能耗设计，150小时耗电才一度，台灯在提供足够照明的情况下，功率越小越好。采用半导体技术制作的光源具有极高的光电转化效率，让提供的电能，能最大限度的变成光亮；直流供电，有效的消除了额外电磁损耗，进一步降低了整体的能耗，使整机功率不到7.5w；3、长寿命光源，10年不用换灯泡，是普通灯泡的100倍；4、发光源不含钨、汞等有毒重金属。半导体发光源没有白炽灯里的钨丝也没有荧光灯、节能灯里面的汞；5、安全。12V低压直流供电，无容易破碎的玻璃部件，保证使用者的安全；36V是人体能够感觉的到的最小电压，小于36V的电源对人体是安全的。甚至不需要3C认证。直流供电，杜绝了高频交流电的电磁辐射污染；6、无频闪，不炫目，无紫外线。半导体光源采用直流供电，没有交流供电产生的频闪，高级导光板将光线柔化处理，直视不炫目，半导体光源光谱可控，完全杜绝伴随产生的紫外线，长时间使用眼不痛。7、偏高色温，清凉光感，让你学习不易累。色温较高，看起来光的颜色更凉，就像秋天里的晴天，最适合阅读。 可见LED灯性能之卓越，相信站在高端的性能之下，价格是不会影响LED灯具的发展的，而且随着技术提高，成本降低，其价格一定还会下降，迅速普及到大家的生活中。二、LED硅胶介绍LED硅胶是LED光电行业有机硅胶材料的总称。由于环氧的抗臭氧能力较弱以致于胶体变黄，影响透光效果，而硅胶材料具有的抗大气老化、紫外老化等优异性能，在高端的产品应用上环氧树脂己被LED硅胶材料所取代。 2.1分类1）按分子链基团的种类分：可分为甲基系有机硅胶与苯基系有机硅胶。目前LED光电市场上所广泛应用的大多数是甲基系有机硅胶，苯基系有机硅胶由于成本较高，只在高要求的领域中使用。 2）按使用领域分：可分为LED灯珠封装用有机硅胶与LED应用产品灌封用硅胶。LED灯珠封装用有机硅胶包括透镜填充硅胶和LED固晶硅胶等，LED应用产品灌封用硅胶价格比较低，主要是防水之用，如LED水低灯灌封硅胶、太阳能LED灯密封硅胶、 LED显示屏保护硅胶、LED模组透明硅胶等。 2.2、性能特征LED硅胶产品的基本结构单元是由硅氧链节构成的，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。因此，在大功率LED硅胶产品的结构中既含有有机基团，又含有无机结构，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。与其他高分子材料相比，LED硅胶产品的最突出性能是： 1、耐温特性 LED硅胶产品是以硅氧（SiO）键为主链结构的，CC键的键能为82.6千卡/克分子，SiO键的键能在LED硅胶中为121千卡/克分子，所以LED硅胶产品的热稳定性高，高温下（或辐射照射）分子的化学键不断裂、不分解。大功率LED硅胶不但可耐高温，而且也耐低温，可在一个很宽的温度范围内使用。无论是化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小。 2、耐候性 LED硅胶产品的主链为SiO，无双键存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。大功率LED硅胶具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力。LED硅胶中自然环境下的使用寿命可达几十年。 3、电气绝缘性能 LED硅胶产品都具有良好的电绝缘性能，其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。因此，它们是一种稳定的电绝缘材料，被广泛应用于电子、电气工业上。LED硅胶除了具有优良的耐热性外，还具有优异的拒水性，这是电气设备在湿态条件下使用具有高可靠性的保障。 4、生理惰性 聚硅氧烷类化合物是已知的最无活性的化合物中的一种。它们十分耐生物老化，与动物体无排异反应，并具有较好的抗凝血性能。 5、低表面张力和低表面能 大功率LED硅胶的主链十分柔顺，其分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多，因此，比同分子量的碳氢化合物粘度低，表面张力弱，表面能小，成膜能力强。这种低表面张力和低表面能是它获得多方面应用的主要原因：疏水、消泡、泡沫稳定、防粘、润滑、上光等各项优异性能。 三、LED硅胶用途LED硅胶在光电行业己被广泛应用，它因优异的性能而受到广大LED生产厂商的青睐。LED硅胶在光电行业的应用分类可以分为以下几大类： 在大功率LED、贴片式LED灯珠上，从芯片的固定、白光LED灯珠的上混合荧光粉、透镜式的填充等都是由LED硅胶所担任的。 （1）固晶用LED硅胶：芯片固定俗称固晶胶，常混合银粉以提高导热效果，所以市场上称为固晶银胶。 （2）LED混荧光粉硅胶：白光LED是由蓝光LED芯片表面均匀覆盖一层黄色荧光分，蓝色光线通过荧光粉以达到白光效果，这就需要用到LED混荧光粉硅胶。 （3）表面填充LED硅胶：在LED灯珠上的表面硅胶目的是保护LED芯片，常见的有大功率LED透镜内填充、透镜模封、贴片式平面封装、COB式大面积不规格封装等。 四、LED大功率硅胶的性能测试主要测试有冷热冲击测试、黄变测试、折射率测试、透光率测试、耐湿热测试、加速老化测试等。一）收缩率，要求收缩率为零。并且产品有非常优秀的耐冷热循环温差。-50到200度，产品的粘接性，收缩率，抗撕、抗张等指标都无任何变化。这就对原料的挥发性物质含量有非常严格的要求，通常要求挥发分必须小于1%。二）热膨胀系数。根据有机硅的特性，只要温度在-50到200度之间，该数据忽略不计。三）粘接性能。四）耐老化性。如果采用有机硅来做填充，只要在非人为破坏的情况下，可以保持十年以上的粘接等性能不变化。五）各电性能指标，导热率，颜色（不黄变），产品流动性，黏度，等这些都是可以调整的。六）透光率。七）抗紫外。八）不变黄。 九）低杂质含量。十）温度范围：-55260C 。十一）光衰。 测试项目测试的对象测试方法合格标准外观硅胶肉眼观察加显微镜观察颜色为透明无色（也有呈雾装的，固化后变透明），没有明显的杂质。密度硅胶通常的密度测量方法相溶性硅胶和荧光粉混合后是否沉淀在混合后到使用前不能够沉淀（一般为半个小时左右）亮度封装好的LED封装好后在标准情况下点亮进行测试结合力封装好的LED固化好后进行观察在固化好后就要进行剥离实验（将SMD从中间剪断挑落硅胶），检测硅胶与PPA（SMD支架基材）的结合力导热性能封装好的LED盐雾实验封装好的LED老 化 实 验色温封装好的LED封装好后在标准情况下点亮进行测试黄变封装好后长时间点亮进行观察硅胶不能明显黄变。亮度（光衰）封装好后长时间点亮（一般1000h）进行亮度测试结合力固化好后以及长时间点亮后进行观察在长期点再进行剥离实验。可 靠 性 实 验过回流焊封装好的LED相比生产工艺多一倍甚至数倍的回流焊次数主要是检验胶是否容易脱落，是否黄化。冷热冲击实验零下40度15-20分钟然后80度15-20分钟一个循环，100个循环后检查胶的状况以及光衰测试项目主要是结合力，其它如老化测试项目。高温高湿实验80度下湿度为80次序电量100h以上测试项目主要是结合力，其它如老化测试项目。加速实验封装好的LED主要是加大电流使功率加大缩短实验时间（一周左右）如老化实验各项目。环境实验封装好的LED将封装好的LED放在具体的使用环境下进行老化实验如老化实验各项目。五、大功率LED封装关键技术（一）低热阻封装工艺对于现有的LED光效水平而言，由于输入电能的80左右转变成为热量，且LED芯片面积小，因此，芯片散热是LED封装必须解决的关键问题。（二）高取光率封装结构与工艺 在LED使用过程中，辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失，主要包括三个方面：芯片内部结构缺陷以及材料的吸收；光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失；以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此，很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层（灌封胶），由于该胶层处于芯片和空气之间，从而有效减少了光子在界面的损失，提高了取光效率。此外，灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构。因此，要求其透光率高，折射率高，热稳定性好，流动性好，易于喷涂。为提高LED封装的可靠性，还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高，折射率大，热稳定性好，应力小，吸湿性低等特点，明显优于环氧树脂，在大功率LED封装中得到广泛应用，但成本较高。研究表明，提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失，提高外量子效率，但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效和光强分布。荧光粉的作用在于光色复合，形成白光。其特性主要包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳定性（热和化学）等，其中，发光效率和转换效率是关键。研究表明，随着温度上升，荧光粉量子效率降低，出光减少，辐射波长也会发生变化，从而引起白光LED色温、色度的变化，较高的温度还会加速荧光粉的老化。原因在于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成，散热性能较差，当受到紫光或紫外光的辐射时，易发生温度猝灭和老化，使发光效率降低。此外，高温下灌封胶和荧光粉的热稳定性也存在问题。由于常用荧光粉尺寸在1um以上，折射率大于或等于1.85，而硅胶折射率一般在1.5左右。由于两者间折射率的不匹配，以及荧光粉颗粒尺寸远大于光散射极限（30nm），因而在荧光粉颗粒表面存在光散射，降低了出光效率。通过在硅胶中掺入纳米荧光粉，可使折射率提高到1.8以上，降低光散射，提高LED出光效率（10-20），并能有效改善光色质量。（三）阵列封装与系统集成技术经过40多年的发展，LED封装技术和结构先后经历了四个阶段。1、引脚式（Lamp）LED封装引脚式封装就是常用的35mm封装结构。一般用于电流较小（2030mA），功率较低（小于0.1W）的LED封装。主要用于仪表显示或指示，大规模集成时也可作为显示屏。其缺点在于封装热阻较大（一般高于100K/W），寿命较短。2、表面组装（贴片）式（SMDLED）封装表面组装技术（SMD）是一种可以直接将封装好的器件贴、焊到PCB表面指定位置上的一种封装技术。具体而言，就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上，然后直接贴装到未钻安装孔的PCB 表面上，经过波峰焊或再流焊后，使器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。SMD技术具有可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点，是电子行业最流行的一种封装技术和工艺。3、板上芯片直装式（COB）LED封装COB是Chip On Board（板上芯片直装）的英文缩写，是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上，再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装，同SMD相比，不仅大大提高了封装功率密度，而且降低了封装热阻（一般为6-12W/m.K）。4、系统封装式（SiP）LED封装SiP（System in Package）是近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求，在系统芯片System on Chip（SOC）基础上发展起来的一种新型封装集成方式。对SiPLED而言，不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片，还可以将各种不同类型的器件（如电源、控制电路、光学微结构、传感器等）集成在一起，构建成一个更为复杂的、完整的系统。同其他封装结构相比，SiP具有工艺兼容性好（可利用已有的电子封装材料和工艺），集成度高，成本低，可提供更多新功能，易于分块测试，开发周期短等优点。按照技术类型不同，SiP可分为四种：芯片层叠型，模组型，MCM型和三维（3D）封装型。（四）封装可靠性测试与评估LED器件的失效模式主要包括电失效（如短路或断路）、光失效（如高温导致的灌封胶黄化、光学性能劣化等）和机械失效（如引线断裂，脱焊等），而这些因素都与封装结构和工艺有关。LED的使用寿命以平均失效时间（MTTF）来定义，对于照明用途，一般指LED的输出光通量衰减为初始的70（对显示用途一般定义为初始值的50）的使用时间。由于LED寿命长，通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试与评估。测试内容主要包括高温储存（100，1000h）、低温储存（55，1000h）、高温高湿（85/85，1000h）、高低温循环（8555）、热冲击、耐腐蚀性、抗溶性、机械冲击等。六、国内外厂家及技术特点长期以来，国内LED市场主要被英国的高阳化学、日本的日立化学(HITACHEM)、道康宁、信越、东芝、台湾的天宝等占据，国内产品所占有的份额甚少，这主要由于国内的技术空缺和应用技术的不足造成的，核心技术没有完全攻克，近几年，随着各大公司投入大量的人力、财力、物力等重点攻关，技术已日渐成熟，逐步为高端应用客户所接受，所占的市场份额也不断扩大。其价格也由高价位时的50006000元/公斤降至10002000元/公斤（普通折光率），10000