目 录绪论11 国内外大功率LED器件封装材料的研究现状22 传统LED器件封装材料52.1 环氧树脂封装材料52.2 有机硅封装材料62.3 有机硅树脂封装材料93 新型LED器件封装材料113.1金属芯印刷电路板材料113.2 金属基绝缘板材料113.3 陶瓷基板材料123.4 导热界面封装材料133.5 金属基复合封装材料143.6纳米复合LED封装材料14结束语17致 谢19 大功率LED器件封装材料的研究进展摘 要LED器件具有体积小、耗电低、寿命长、环保节能等优点，目前应用广泛。国内外都在加强对LED封装技术的研究，目前制约LED发展的一个重要因素就是封装材料。本文主要介绍大功率LED器件封装材料的研究现状和进展，环氧树脂材料和有机硅材料是目前应用比较广泛的封装材料。为了满足大功率LED器件的研发，许多新型的封装材料也不断被研发。【关键词】：大功率 LED器件 封装材料 Research progress of high-power LED packaging materials AbstractThe LED device has the advantages of small volume, low power consumption, long service life, environmental protection and energy saving, widely used. At home and abroad to strengthen research on LED packaging technology, an important factor restricting the development of LED is the current packaging materials. This paper mainly introduces the present status and progress of research on high power LED packaging material, epoxy resin and organosilicon material is packaging material is widely used at present. In order to meet the development of high power LED devices, many new packaging materials have been developed. 【Key words】 High power LED device Packaging materials19绪论LED灯高效节能的特点被越来越多的人喜爱。随着大功率LED器件制造技术的不断改进，LED灯的发光效率、亮度和功率都有了很大的提升。但是，在制造大功率LED器件的过程中，还会面对诸如散热技术这类的问题。因此，对LED器件的封装材料要求也就会更高。使用高折射率、高耐紫化能力和耐热老化能力、低应力的封装材料可以显著提高LED灯的光输出功率和延长它的使用寿命。专家曾预测,到2010年，如果全国有三分之一以上的白炽灯换成LED照明技术，那么，一年可节约照明用电量1000亿度电，节省0.5亿吨原煤，减少约667万吨废气及尘渣排放量。如传统照明全部用LED照明取代，一年可节约照明用电3000亿度，相当于四座三峡大坝的年发电量。所以散热瓶颈的解决对于推动大功率白光LED广泛应用于通用照明领域，缓解当前能源紧缺，推动社会的可持续发展具有重要意义。目前市场上所使用的大部分是传统的环氧树脂封装材料和有机硅封装材料。环氧树脂因为其具有优良的粘结性、电绝缘性、密封性和介电性能,且成本比较低、配方灵活多变、易成型、生产效率高等成为LED器件封装的主流材料。但是,随着LED的亮度和功率的不断提高以及白光LED的发展,对LED的封装材料亦提出更高的要求,比如更高折光指数、高透光率、高导热性、耐紫外和耐热老化能力及低的热膨胀系数、离子含量和应力等。而环氧自身存在的吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波光照下易变色、固化的内应力大等缺陷暴露了出来,大大影响和缩短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、耐高低温性、耐候性、绝缘性极强的疏水性等,使其成为LED器件封装材料的理想选择。有机硅材料固然是LED器件封装材料的最佳材料。但是，国内目前对相关产品的研发工作比较少，而导致有机硅材料在LED封装上的应用也只能依赖于进口。因此，研发具有高折射率、高透明率、高导热性、耐紫外和耐热老化能力的有机硅封装材料并实现产业化，对于大功率LED器件制造和规模化生产具有重要的意义。为了制作功能更好、寿命更长的大功率LED器件，国内外不断研发新型的LED封装材料。例如一种新型的陶瓷材料AIN，以及新型的纳米复合LED封装材料。本文主要讲述传统的环氧树脂材料、有机硅材料和有机硅树脂材料研究现状，以及介绍新型的金属材料、陶瓷材料和纳米复合LED封装材料等。1 国内外大功率LED器件封装材料的研究现状LED产业始于20世纪70年代，90年代以来在全球范围内迅速崛起并高速发展。美国、日本、欧盟、中国台湾等发达国家和地区，纷纷把LED作为照亮未来的技术，陆续启动固态照明计划，欲抢先一步占领这一战略技术制高点。我国LED产业从2001年起也进入了高速发展的增长时期，并呈现出良好的发展势头。据不完全统计，2006年我国LED的产值为140亿元，预计2008年应用市场规模将达到540亿元，到2010年国内LED产业的规模将超过1000亿元，展现出了广阔的开发前景。 而随着功率型白光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的提高。但是，在制造功率型白光LED器件的过程中。除了芯片制造技术、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的影响。使用耐紫外、耐热老化、高折射率、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。一般来讲，LED的封装方法有两种类型，一种类型是“LED芯片填充或粘接材料玻璃透镜或发光玻璃陶瓷”，另一种类型是“LED芯片填充或粘接材料(荧光粉均匀分散)”。无论采取哪种封装类型，封装材料的选择都极大地影响着LED的发光效率和使用寿命。在国内，环氧树脂是使用最多的封装材料，具有优良的电绝缘性能，密着性、介电性能、透明、粘结性好，固化主要依靠开环加成聚合，不产生小分子物质，收缩率低，贮存稳定性好，配方灵活，用胺类固剂可室温固化，操作简便等优点。但它固化后交联密度高，内应力大，脆性大，耐冲击性差，使用温度一般不超过150，故其应用受到一定限制。实际应用表明，传统的环氧树脂作为透镜材料时，除了耐老化性能明显不足外，还会出现与内封装材料界面不相容的问题，使LED器件在经过高低温循环实验后，其发光效率急剧降低。Ban等研究发现150左右环氧树脂的透明度降低，LED光输出减弱，在135145范围内还会引起树脂严重退化，对LED寿命有重要的影响。在大电流情况下，封装材料甚至会碳化，在器件表面形成导电通道，使器件失效。目前许多LED封装企业改用硅树脂代替环氧树脂作为封装材料，以提高LED的寿命。硅树脂材料抗热和抗紫外线能力更强，不会产生采用环氧材料导致的感光层和分层问题。可见，进口的硅胶和硅树脂材料能够基本满足大功率白光LED封装的要求。所以大部分生产LED器件的厂家在封装大功率LED器件时都使用进口的硅胶，而很少使用国产产品。但是进口硅胶价格昂贵，导致市面上LED器件封装成本偏高，直接影响到我国LED器件的价格。国产硅胶价格较低，但是存在一些共同的缺陷：折射率低(约1.43)，耐热性差，耐紫外辐射性不强，透光率不高等，这些缺陷直接影响到了LED器件的发光效率和寿命。由于芯片具有高的折射率(约为2.2)，为了能够有效地减少界面折射带来的光损失，尽可能提高取光效率，要求硅胶和透镜材料的折射率尽可能高。例如，如果折射率从1.5增加到1.6，取光效率能提高约20。传统的硅胶或硅树脂材料的折射率仅为1.41，而理想封装材料的折射率应该尽可能地接近折射率。目前已有不少的专利文献报道了具有高折射率的有机硅材料体系，其中可用于LED封装的有机硅材料的折射率最高的已达到了1.57。高折射率的硅胶材料和硅树脂材料，已成为目前国外几家生产有机硅产品的大公司的研究热点和产品销售热点。美国道康宁公司(Multi-Metal Corning)研究高分子聚合技术已有120年历史般的有机硅胶粘剂耐温性在80120。其对LED封装材料的研究处于领先水平，已推出了折射率大于15的硅胶和硅树脂产品。其生产的双组分树脂SR7010，性质坚硬，用于组件的透明LED树脂，具有高折射率，优异的发光透明性。道康宁公司产品中用于UD封装的材料还有OB6336、JCR6175等透明封装材料。日本Shin-Et-su Chemical公司申请的“Addition curing type sill-cone resin composition”用了3种不同官烷制备得到高透明度，拉伸强度好，弹性和硬度都很好的有机硅树脂产品1。目前国内尚未见到有关高折射率的有机硅材料的报道。中国科学院化学研究所在实验室已制备出了折射率为156的硅油，但并非是LED封装所要求的硅胶和硅树脂产品。2005年，在863计划的资助下，北京科化新材料科技有限公司和中国科学院化学研究所研制成功了适合用作LED透镜材料并具有自主知识产权的有机硅环氧树脂组合物，其耐紫外和热老化性能大大优于除硅树脂外的其他LED透镜材料，并解决了与硅胶界面的相容性问题。而且其固化工艺优于有机硅树脂，预期销售价格大大低于后者，引起了许多封装厂家的关注。但是其折射率偏低，约为147。江西师范大学宋丽艳2等用甲基三乙氧基硅烷经水解缩聚反应合成高度交联的有机硅树脂，外观透明，粘结性好，用有机胺类固化剂在60下固化2 h即可，达到固化温度低，时间短的效果。由于国内对高折射率LED封装材料的研究和国外相比存在很大的差距，导致高折射率的有机硅封装材料目前在国内还未见报道，而其在LED封装上的应用也只能依赖于进口。而有机硅材料具有较多的优势，被认为是用于大功率LED封装的最佳材料。因此，研制具有高透明度、高折射率、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。随着大功率LED器件的不断发展和完善,传统的环氧树脂和有机硅材料越来越不能满足大功率LED器件的要求。近年来，国内外都在研发新型的LED器件封装材料。这些新型的封装材料在本文的下面章节中都有讲述。2 传统LED器件封装材料2.1 环氧树脂封装材料环氧树脂分子结构中含有两个或两个以上环氧基。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3。环氧树脂所制成的物品具有优良的机械性能、绝缘性能、耐腐蚀性能、粘着性能和低收缩性能。且成本比较低、配方灵活多变、易成型生且成本比较低、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。通用电气公司的尼克何伦亚克(Holonyak)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4。环氧树脂的种类很多，不同的结构就有不同类型。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。Huang J C等5以六氢邻苯二甲酸酐为固化剂，以TBAB为催化剂