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石墨烯导热硅胶在led行业的应用

2020-09-02

石墨烯导热硅胶在led行业的应用

近年来，发光二极管（led）作为新一代绿色照明光源得到了快速发展。同时，led发光效率、亮度和功率等方面技术的开发应用研究也得到广泛关注。然而， 随着大功率、高亮度led的普及，led芯片功率的增大， 传统的小功率led制造工艺和封装技术已经无法满足市场需求，led封装技术将面临新的挑战。 石墨烯导热硅胶作为一种理想的界面封装材料， 具有广阔的应用前景。本文综述了石墨烯填充导热硅胶的研究现状、高导热机理， 以及石墨烯层数、用量、复合填料、表面处理、导热硅胶制备工艺对导热性能的影响， 并对未来石墨烯导热硅胶的应用前景及研究方向进行展望。   1、石墨烯导热硅胶的研究现状 封装技术中的热量管理技术是决定led产品可靠性优劣的关键因素。研究表明， 大功率led 80 %～90 %的输入功率会转化为热量，仅10%～20 %的输入功率转化为光能， 极大地降低了发光亮度， 此外， 芯片热量的聚集容易引起led节点温度的升高， 导致led的波峰发生转移， 改变照明光线的颜色， 同时缩短led器件的使用寿命。散热性能已成为制约led器件使用寿命的关键因素。解决led灯具的散热问题， 主要从2个方面入手，散热结构和导热材料， 其中发挥散热效果最佳的是优异的导热界面材料， 实现导热结构体与导热界面材料之间的紧密连接， 减小因界面接触引起的热阻。目前市场上常用的高导热界面材料包括导热硅脂、导热双面贴、相变材料以及导热硅胶。导热硅胶是硅橡胶基体和导热填料复合的热界面材料， 具有良好的导热性、柔韧性、稳定性以及表面天然的粘接性等优点被应用于包括led灯具在内的电子器件中。导热硅胶作为一种导热散热界面材料，基体硅橡胶的导热性较差， 因此导热硅胶主要依赖于导热填料良好的热导率来提高自身的导热性能。 当前， 市场上应用较多为铜、铝、氧化铝、氮化铝、碳化硅等导热填料，热导率分别为398、247、40、320、270 w /（m·k） ， 室温下采用以上填料填充界面导热材料， 体系的热导率达到1～ 5 w /（m·k）时， 填料填充体积要求较大。研究表明， 导热填料采用相同的体积分数或质量分数填充导热硅胶基体， 其热导率越高， 复合材料的导热性能则更优异， 因此选用热导率较高的填料可制备较高热导率的复合材料， 且可采用更少的填料达到同样的导热效果。 石墨烯作为一种新型导热填料， 实验表明单层石墨烯的热导率可高达5300 w /（m·k） ， 具有超高的载流子迁移率、优异的热导率、高比表面积和高柔韧性等优点， 因此采用石墨烯填充到导热硅胶基体中， 可以制备出高导热性的石墨烯基导热材料， 导热性能远远优于采用其他传统填料所制备的界面导热材料。近年来， 石墨烯作为一种理想的导热填料， 成为了研究的热点方向。   2、石墨烯导热硅胶的高导热机理 热传导依靠微观粒子的相互碰撞和传递作用， 一般来说， 根据物质导热时载体的不同， 固体材料内部的导热载体分为3种：电子、光子及声子。其中无机非金属材料主要依靠晶体原子振动产生的声子导热， 因此， 在强共价键合以及有序晶体晶格材料中导热比较容易。导热硅胶的基体主要为聚氧硅烷， 是一类以硅氧键为主链， 在硅原子上直接接有机基团的高分子聚合物， 基体中没有自由电子， 分子运动困难， 因此声子导热是其主要导热方式。由于聚硅氧烷高分子链无规缠绕导致结晶度较低以及分子链对声子的散射作用较强， 导致其热导率偏低， 仅约为0.165 w /（m·k）。因此， 制备高导热硅胶通常需要将热导率较高的导热填料加入到高分子聚合物中， 通过填料之间的声子导热实现热传导。 石墨烯是一种由s p 杂化单层碳原子构成的二维蜂窝状晶格结构薄膜， 在石墨烯中，碳原子在不停地振动， 振动幅度可超过其厚度， 有序的晶体结构赋予其特殊的晶格振动简正模能量量子即石墨烯进行热传导的声子载体， 同时由于其特殊的平面结构以及较大的横纵比， 降低了声子散射效应， 表现出优异的导热特性， 研究表明其热导率已超越石墨、碳纳米管等碳同素异形体的极限。导热填料在基体中能否相互搭接， 形成有效导热网络是表征复合材料导热性能的重要依据， 石墨烯优异的导热特性以及大片层结构， 能够很好地在填充基材中形成热流网络，获得整体导热性能优异的高导热体系。   3、石墨烯导热硅胶导热性能的影响因素 石墨烯导热硅胶体系的热导率不仅与各相组成的热导率有关， 而且还与各相的相对含量、形态、分布以及相互作用有关， 制备过程中石墨烯层数、尺寸、分布等， 填料的含量、配方、添加顺序等， 填料在基体材料中分散的温度、压强、时间等， 均可改变填料在基体中的分散性、界面作用力以及空间支撑结构， 进一步影响复合材料导热、黏度、硬度和延展性等性能。 3.1 石墨烯层数 石墨烯导热硅胶的导热性与石墨烯填料的导热性相关， 石墨烯的层数是其导热性的决定性因素之一。石墨烯的定义中， 认为只有层数在10层以下的石墨才可以看作是二维结构， 具有石墨烯的特性。随着石墨烯的层数增加， 其热导率存在明显降低的趋势， 这是由于热量传输过程中， 石墨烯片层间的范德华力会强烈限制垂直于石墨烯平面方向的 热流，引起传热声子载体的消散。 ghosh等研究发现当石墨烯层数从2层增加到4层时， 其热导率从3000 w /（m·k）左右降低到1500 w /（ m·k）。因此， 采用石墨烯作为导热填料添加到基体材料中时， 需要保证石墨烯有良好的分散状态。 3.2 石墨烯用量 采用石墨烯填充导热硅胶， 当石墨烯含量较少时， 填料被聚合物基体分散， 造成石墨烯片层之间难以接触， 无法形成导热网络结构， 因此热导率在低填充量时较小；随着石墨烯填充量的增加， 体系内逐渐形成了贯穿整个聚合物基体的导热网络， 可使复合材料的热导率大大提高；但是，当填充量增加到一定程度，由于石墨烯比表面积较大，其片层间吸附作用力也相应增大，发生不可逆团聚，石墨烯片层的搭接、叠加可在基体材料中形成空洞， 而空气的热导率仅为0.0257w /（m·k），导致体系的接触热阻的极大提升，严重阻碍了热量的传导。 此外， 导热填料填充量过大，会损害基体材料的力学性能及加工性能， 同时降低导热硅胶的流动性、稳定性及分离性。石墨烯是一种典型的零带隙半金属材料， 具有良好的导电性， 对于绝缘性要求较高的导热硅胶， 石墨烯填充量过多时， 无法保证体系的绝缘性能。   3.3 石墨烯导热复合填料 石墨烯作为一种二维平面结构材料，具有很高的长径比和热导率，与零维导热材料及一维导热材料作为填料复配使用，可产生协同效应，显著强化体系的热导效果（ 如图1所示）。导热硅胶可以结合各种填料的优点来提高其性能， 例如， 采用石墨烯与零维球形导热材料制备复合填料， 一方面，球形填料形成紧凑堆积结构可阻碍石墨烯团聚；另一方面， 石墨烯的二维平面结构可以很大程度提高体系中声子传输的速度和效率， 降低球形填料对声子载体的散射作用。 大片层石墨烯填充导热硅胶达到最佳改善效果时，存在较多空隙，并且适当调配不同粒径的导热材料，体系的黏度小于单一导热填料体系，elliott等研究发现使用3种以上不同粒径的导热填料，则体系的导热填料掺量超过90 %。因此，通过采用不同粒径大小或不同形貌的填料组合使用，能够很好地填充剩下的空隙且保证体系的流动性， 与石墨烯形成宽泛的导热网络，缩短传热距离。 3.4 表面处理 单层石墨烯是由苯六元环组成的纯相晶体，表面呈惰性状态， 且石墨烯片层间较强的范德华力， 容易发生团聚， 与其他介质（ 如水、部分有机溶剂等） 混合时， 两相间作用力较弱， 容易发生不相容的现象。采用石墨烯填充导热硅胶， 填料与基体界面之间存在一定的空隙， 内部热量传输过程中，界面作用会引起界面热阻， 直接影响体系的热导率。因此，通过对石墨烯表面进行改性处理， 提高石墨烯与基体间的相容性， 不仅能够改善石墨烯在基体中的分散效果， 提高最大填充量及热导率， 同时能够改善导热体系的物理力学性能。 h u n g等研究发现， 石墨烯片层与聚合物之间存在较强的热界面阻力， 严重影响纳米复合物之间的热量传输；通过采用硝酸对石墨烯表面进行预处理， 提高两相界面的粘接作用力，可改善复合材料的导热性能。   4、制备工艺 不同的制备工艺使得石墨烯片层在基体中的分散程度不同， 导致热流方向上填料的密度不一致， 从而影响复合材料的热导率。按照石墨烯与高分子高聚物复合时的状态，可将共混方法分为：溶液共混法、粉末共混法、熔融共混法。 （1）溶液共混法：利用溶剂溶解高聚物后， 将导热填料均匀分散于混合溶液中， 蒸发溶剂后， 将混合物熔融浇铸或模压成型或挤出成型。溶液共混法只能应用于可溶解的高聚物， 同时耗费大量的有机溶剂， 难以实现工业化生产。 （2）粉末共混法：采用高速搅拌法，将高聚物粉末与导热填料粉末按比例混合均匀， 熔融浇铸成型。粉末共混法能够很好地实现基体对填料的包裹， 且该方法受复合材料的加工性能影响较小， 可制备填料含量较高的复合材料， 与其他共混方法相比， 该方法得到的材料体系热导率最高。 （3）熔融共混法：将导热填料粉末直接加入到熔融态高聚物中， 借助混炼设备的剪切力混合均匀， 然后加工成型。熔融共混法成本较低， 可进行大规模生产， 但是对材料及设备的加工性能要求较高， 与其他共混方法相比， 该方法得到的材料体系热导率最低。   5、展望 随着半导体材料的集成化、微型化和大功率化的高速发展，现代电子设备和l e d等半导体设施对导热材料提出了更高的要求。石墨烯高导热硅胶凭借其良好的热导率以及优异的热稳定性，在l e d半导体领域拥有广阔的应用前景。目前， 针对石墨烯导热硅胶的研究还在起步阶段， 在今后的工作中， 还可以对以下方面进行进一步研究： （1）进一步考查石墨烯填充高导热硅胶导热性能的影响因素， 对影响因素形成体系研究， 以便在制备过程中规避不良因素， 制备出具有优异性能的导热硅胶。 （2）对石墨烯导热复合填料各组成部分之间的协同作用机制进行深入探究， 实现复合导热填料体系的可控调配。 （3）探究石墨烯最佳的可控表面功能化处理方法， 解决石墨烯材料在聚合物基体中的分散性。 （4）实现高品质石墨烯的批量化生产，解决石墨烯导热硅胶的成本问题， 扩大石墨烯导热硅胶市场化应用范围。    

什么是“氯”？在led封装中有那些影响

2020-09-03

什么是“氯”？在led封装中有那些影响

  在led行业中经常会有同学问到关于“氯”在led光源中的危害，那么是什么“氯”？我们先来八卦下。        氯其实就是一种非金属元素，属于卤族之一。氯气常温常压下为黄绿色气体，化学性质十分活泼，具有毒性。氯以化合态的形式广泛存在于自然界当中，对人体的生理活动也有重要意义。氯气为黄绿色气体，密度比空气大(3.214g/l)，熔点−101.0℃，沸点−34.4℃，有强烈的刺激性气味。 从以上元素解析可以看出“氯”在各种环境中的常态。       今天我们仅以led光源为例，从led光源的五大原物料（金线、芯片、支架、荧光粉、固晶胶和封装胶）的入手，介绍部分可能导致死灯的原因。  很多led厂商试图开发诸如铜合金、金包银合金线、银合金线材来代替昂贵的金线。虽然这些替代方案在某些特性上优于金线，但是在化学稳定性方面却差很多，比如银线和金包银合金线容易受到硫/氯/溴化腐蚀，在这种环境中有很容易产生“氯”。       1、电极加工是制作led芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨，会接触到很多化学清洗剂，如果芯片清洗不够干净，会使有害化学物残余。这些有害化学物会在led通电时，与电极发生电化学反应，导致死灯、光衰、暗亮、发黑等现象出现。       2、led芯片电极中有一层铝，其作用为在电极中形成一层反射镜以提高芯片出光效率，其次可在一定程度上减少蒸镀电极时黄金的使用量从而降低成本。但铝是一种比较活泼的金属，一旦封装厂来料管控不严，使用含氯超标的胶水，金电极中的铝反射层就会与胶水中的氯发生反应，从而发生腐蚀现象。       3、led固晶中有用到有机硅的固化剂含有白金（铂）络合物，而这种白金络合物非常容易中毒，毒化剂是任意一种含氮（n）、磷（p）、硫（s）的化合物，一旦固化剂中毒，则有机硅固化不完全，则会造成线膨胀系数偏高，应力增大。       4、封装硅胶环氧树脂中的氯不仅对支架镀银层、合金线或其他活泼金属及芯片电极（铝反射层）造成氯化腐蚀，而且也能与胺类固化剂起络合作用而影响树脂的固化。氯含量是环氧树脂的一个重要物性指标，它是指环氧树脂中所含氯的质量分数，包括有机氯和无机氯。无机氯会影响固化树脂的电性能。有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量，它含量应尽可能地降低，否则也要影响树脂的固化及固化物的性能。       5、倒装中所用固晶锡膏，目前市面上分两种：一种是无卤锡膏。二种是含卤锡膏，从前面就有指出氯是一种非金属元素，属于卤族之一。那么问题来了使用无卤锡膏是否就不会产生氯了呢？错！首先我们要搞明白市场上的无卤锡膏其实是含卤的，1992年ibm在半导体使用锡膏就规定了使用锡膏中含卤标准不能高于多少ppm值。这个可以参考下欧盟rohs和无卤的标准如下：   rohs标准： cd<100ppm; pb<1000ppm; hg<1000ppm; cr6 <1000ppm; pbbs<1000ppm; pbdes<1000ppm; 无卤： br总含量<900ppm cl总含量<900pm br cl总含量<1500   所以低于以上ppm值的卤素锡膏就是所谓的无卤锡膏。  

led显示屏为什么死灯？怎么去预防？

2020-09-09

led显示屏为什么死灯？怎么去预防？

近年来led显示屏死灯频频，前不久又开始了大量死灯潮流，芯片,金线，支架、工艺还是胶水到底哪个环节造成了死灯呢？显示之家带大家看看！ 数据显示，led死灯的原因可能过百种，限于时间，今天我们仅以led光源为例，从led光源的五大原物料（金线、芯片、支架、荧光粉、固晶胶和封装胶）的入手，介绍部分可能导致死灯的原因。 金线 1、铜线、铜合金、金包银合金线、银合金线材代替金线 金线具有电导率大、导热性好、耐腐蚀、韧性好、化学稳定性极好等优点，但金线的价格昂贵，导致封装成本过高。在元素周期表中，过渡族金属元素中金、银、铜和铝四种金属元素具有较高的导电性能。很多led厂商试图开发诸如铜合金、金包银合金线、银合金线材来代替昂贵的金线。虽然这些替代方案在某些特性上优于金线，但是在化学稳定性方面却差很多，比如银线和金包银合金线容易受到硫/氯/溴化腐蚀，铜线容易氧化。在类似于吸水透气海绵的封装硅胶来说，这些替代方案使键合丝易受到化学腐蚀，光源的可靠性降低，使用时间长了，led灯珠容易断线死灯。 2、直径偏差   1克金，可以拉制出长度26.37m、直径50μm（2 mil）的金线，也可以拉制长度105.49m、直径25μm（1 mil）的金线。如果打金线长度都是固定的，如果来料金线的直径为原来的一半，那么对打的金线所测电阻为正常的四分之一。 对于供应商来说，金线直径越细，成本越低，在售价不变的情况下，利润越高。而对于使用金线的led客户来说，采购直径上偷工减料的金线，会存在金线电阻升高，熔断电流降低的风险，会大大降低led光源的寿命。如1.0 mil的金线寿命，必然比1.2 mil的金线要短。 3、表面缺陷   （1）丝材表面应无超过线径5%的刻痕、凹坑、划伤、裂纹、凸起、打折和其他降低器件使用寿命的缺陷。金线在拉制过程，丝材表面出现的表面缺陷，会导致电流密度加大，使损伤部位易被烧毁，同时抗机械应力的能力降低，造成内引线损伤处断裂。　　 （2）金线表面应无油污、锈蚀、尘埃及其他粘附物，这些会降低金线与led芯片之间、金线与支架之间的键合强度。 4、拉断负荷和延伸率过低   能承受树脂封装时所产生的冲击的良好金线必须具有规定的拉断负荷和延伸率。同时，金线的破断力和延伸率对引线键合的质量起关键作用，具有高的破断率和延伸率的键合丝更利于键合。太软的金丝会导致以下不良： （1）拱丝下垂； （2）球形不稳定； （3）球颈部容易收缩； （4）金线易断裂。 太硬的金丝会导致以下不良： （1）将芯片电极或外延打出坑洞； （2）金球颈部断裂； （3）形成合金困难； （4）拱丝弧线控制困难。 芯片 1、芯片抗静电能力差 led灯珠的抗静电指标高低取决于led发光芯片本身，与封装材料预计封装工艺基本无关，或者说影响因素很小，很细微；led灯更容易遭受静电损伤，这与两个引脚间距有关系，led芯片裸晶的两个电极间距非常小，一般是一百微米以内吧，而led引脚则是两毫米左右，当静电电荷要转移时，间距越大，越容易形成大的电位差，也就是高的电压。所以，封成led灯后往往更容易出现静电损伤事故。 2、芯片外延缺陷 led外延片在高温长晶过程中，衬底、mocvd反应腔内残留的沉积物、外围气体和mo源都会引入杂质，这些杂质会渗入磊晶层，阻止氮化镓晶体成核，形成各种各样的外延缺陷，最终在外延层表面形成微小坑洞，这些也会严重影响外延片薄膜材料的晶体质量和性能。 3、芯片化学物残余   电极加工是制作led芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨，会接触到很多化学清洗剂，如果芯片清洗不够干净，会使有害化学物残余。这些有害化学物会在led通电时，与电极发生电化学反应，导致死灯、光衰、暗亮、发黑等现象出现。因此，鉴定芯片化学物残留对led封装厂来说至关重要。 4、芯片的受损     led显示屏芯片的受损会直接导致led失效，因此提高led芯片的可靠性至关重要。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片，因此会产生夹痕。黄光作业若显影不完全及光罩有破洞会使发光区有残余多出的金属。晶粒在前段制程中，各项制程如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有晶粒电极刮伤的情况发生。 芯片电极对焊点的影响：芯片电极本身蒸镀不牢靠，导致焊线后电极脱落或损伤；芯片电极本身可焊性差，会导致焊球虚焊；芯片存储不当会导致电极表面氧化，表面玷污等等，键合表面的轻微污染都可能影响两者间的金属原子扩散，造成失效或虚焊。 5、新结构工艺的芯片与光源物料的不兼容 新结构的led芯片电极中有一层铝，其作用为在电极中形成一层反射镜以提高芯片出光效率，其次可在一定程度上减少蒸镀电极时黄金的使用量从而降低成本。但铝是一种比较活泼的金属，一旦封装厂来料管控不严，使用含氯超标的胶水，金电极中的铝反射层就会与胶水中的氯发生反应，从而发生腐蚀现象。 led支架 1、镀银层过薄 市场上现有的led光源选择铜作为引线框架的基体材料。为防止铜发生氧化，一般支架表面都要电镀上一层银。如果镀银层过薄，在高温条件下，支架易黄变。镀银层的发黄不是镀银层本身引起的，而是受银层下的铜层影响。在高温下，铜原子会扩散、渗透到银层表面，使得银层发黄。铜的可氧化性是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，导热和散热性能都会大大的下降。所以镀银层的厚度至关重要。同时，铜和银都易受空气中各种挥发性的硫化物和卤化物等污染物的腐蚀，使其表面发暗变色。有研究表明，变色使其表面电阻增加约20～80%，电能损耗增大，从而使led的稳定性、可靠性大为降低，甚至导致严重事故。 2、镀银层硫化 led光源怕硫，这是因为含硫的气体会通过其多孔性结构的硅胶或支架缝隙，与光源镀银层发生硫化反应。led光源出现硫化反应后，产品功能区会黑化，光通量会逐渐下降，色温出现明显漂移；硫化后的硫化银随温度升高导电率增加，在使用过程中，极易出现漏电现象；更严重的状况是银层完全被腐蚀，铜层暴露。由于金线二焊点附着在银层表面，当支架功能区银层被完全硫化腐蚀后，金球出现脱落，从而出现死灯。 3、镀银层氧化 在led发黑初步诊断的案例中发现硫/氯/溴元素越难越难找了，然而led光源镀银层发黑迹象明显，这可能与银氧化有关。但eds能谱分析等纯元素分析检测手段都不易判定氧化，因为存在于空气环境、样品表面吸附以及封装胶等有机物中的氧元素都会干扰检测结果的判定，因此判定氧化发黑的结论需要使用sem、eds、显微红外光谱、xps等专业检测以及光、电、化学、环境老化等一系列可靠性对比实验，结合专业的检测知识及电镀知识进行综合分析。 4、电镀质量不佳 镀层质量的优劣主要决定于金属沉积层的结晶组织，一般来说，结晶组织愈细小，镀层也愈致密、平滑、防护性能也愈高。这种结晶细小的镀层称为“微晶沉积层”。好的电镀层应该镀层结晶细致、平滑、均匀、连续，不允许有污染物、化学物残留、斑点、黑点、烧焦、粗糙、针孔、麻点、裂纹、分层、起泡、起皮起皱、镀层剥落、发黄、晶状镀层、局部无镀层等缺陷。 在电镀生产实践中，金属镀层的厚度及镀层的均匀性和完整性是检查镀层质量的重要指标之一，因为镀层的防护性能、孔隙率等都与镀层厚度有直接关系。特变是阴极镀层，随着厚度的增加，镀层的防护性能也随之提高。如果镀层的厚度不均匀，往往其最薄的地方首先被破坏，其余部位镀层再厚也会失去保护作用。 镀层的孔隙率较多，氧气等腐蚀性的气体会通过孔隙进入腐蚀铜基体 5、有机物污染 因为电镀过程中会用到各种含有机物的药水，镀银层如果清洗不干净或者选用质量较差以及变质的药水，这些残留的有机物一旦在光源点亮的环境中，在光、热和电的作用下，有机物则可能发生氧化还原等化学反应导致镀银层表面变色。 6、水口料 塑料的材质是led封装支架导热的关键，如果ppa支架是水口料，会使ppa的塑料性能降低，从而产生以下问题：高温承受能力差，易变形，黄变，反射率变低；吸水率高，支架会因吸水造成尺寸变化及机械强度下降；与金属和硅胶结合性差，比较挑胶，与很多硅胶都不匹配。这些潜在问题，使得灯珠很难使用在稍大的功率上，一旦超出了使用功率范围，初始亮度很高，但衰减很快，没用几个月灯就暗了。 荧光粉 1、荧光粉水解 氮化物的荧光粉容易水解，失效。 2、荧光粉自发热的机制 荧光粉自发热的机制，使得荧光粉层的温度往往高于 led 芯片 p-n 结。其原因是荧光粉的转换效率并不能达到 100%，因此荧光粉吸收的一部分蓝光转化成黄光，在高光能量密度 led 封装中荧光粉吸收的另一部分光能量则变成了热量。由于荧光粉通常和硅胶掺在一起，而硅胶的热导率非常低，只有 0.16 w/mk，因此荧光粉产生的热量会在较小的局部区域累积，造成局部高温，led 的光密度越大则荧光粉的发热量越大。当荧光粉的温度达到 450 摄氏度以上是，会使荧光粉颗粒附近的硅胶出现碳化。一旦有某个地方的硅胶出现碳化发黑，其光转化效率更低，该区域将吸收更多 led 发出的光能量并转化更多的热量，温度继续增加，使得碳化的面积越来越大。 固晶胶 1、银胶剥离 导电银胶的基体是环氧树脂类材料，热膨胀系数比芯片和支架都大很多，在灯珠的冷热冲击使用环境中，会因为热的问题产生应力，温度变化剧烈的环境中效应将更为加剧，胶体本身有拉伸断裂强度和延展率，当拉力超过时，那么胶体就裂开了。固晶胶的在界面处剥离，散热急剧变差，芯片产生的热不能导出，结温迅速升高，大大加速了光衰的进程。 2、银胶分层 银粉颗粒以悬浮状态分散在浆料体系中，银粉和基体之间由于受到密度差、电荷 、凝聚力 、作用力和分散体系的结构等诸多因素的影响，常出现银粉沉降分层现象，如果沉降过快会使产品在挂浆时产生流挂 ,涂层厚薄不均匀 ,乃至影响到涂膜的物化性能，分层也会影响器件的散热、粘接强度和导电性能 。 3、银离子迁移 某客户用硅胶封装，导电银胶粘结的垂直倒装光源出现漏电现象，通过对不良灯珠分析。在芯片侧面检测出异常银元素，并可观察到银颗粒从底部正极银胶区域以枝晶状延伸形貌逐渐扩散到芯片上部p-n结侧面附近，因此判定不良灯珠漏电失效极有可能为来自固晶银胶的银离子在芯片侧面发生离子迁移所造成。银离子迁移现象是在在产品使用过程中逐渐形成的，随着迁移现象的加重，最终银离子会导通芯片p-n结，造成芯片侧面存在低电阻通路，导致芯片出现漏电流异常，严重情况下甚至造成芯片短路。银迁移的原因是多方面的，但主要原因是银基材料受潮，银胶受潮后，侵入的水分子使银离子化，并在由下到上垂直方向电场作用下沿芯片侧面发生迁移。因此建议客户慎用硅胶封装、银胶粘结垂直倒装芯片的灯珠，选用金锡共晶的焊接方式将芯片固定在支架上，并加强灯具防水特性检测。 4、固晶胶不干 led封装用有机硅的固化剂含有白金（铂）络合物，而这种白金络合物非常容易中毒，毒化剂是任意一种含氮（n）、磷（p）、硫（s）的化合物，一旦固化剂中毒，则有机硅固化不完全，则会造成线膨胀系数偏高，应力增大。 封装胶 1、胶水耐热性差 据我们的检测表明，纯硅胶到400度才开始裂解，但是添加了环氧树脂的改性硅胶的耐热性被拉低到环氧树脂的水平，当这种改性硅胶运用到大功率led或者高温环境中，会出现胶体发黄发黑开裂死灯等现象。 2、胶水不干 led封装用有机硅的固化剂含有白金（铂）络合物，而这种白金络合物非常容易中毒，毒化剂是任意一种含氮（n）、磷（p）、硫（s）的化合物，一旦固化剂中毒，则有机硅固化不完全，则会造成线膨胀系数偏高，应力增大。 易发生硅胶“中毒”的物质有：含n，p，s等有机化合物；sn，pb、hg、sb、bi、as等重金属离子化合物；含有乙炔基等不饱和基的有机化合物。要注意下面这些物料： 1 有机橡胶：硫磺硫化橡胶例如手套 2

led封装材料的应用现状和发展趋势（上）

2020-09-15

led封装材料的应用现状和发展趋势（上）

  一、led封装技术与材料综述   led是半导体发光二极管，现已广泛应用于照明、显示、信息和传感器等诸多领域。led器件按功率及用途要求，采用相应的封装材料，主要包括环氧树脂、有机硅树脂和无机封装材料等。    封装材料和封装工艺、封装设备需要互相匹配，他们基本是一一对应的关系。led封装的主流方式有以下几种: 1)基于液态胶水的点胶灌封;  2)基于固态 emc 的transfer molding转进注射成型;  3)基于半固化胶膜的真空压合成型;  4)其他特殊封装方式，如基于液态树脂的模具注射成型、基于触变胶水的刷涂或印刷、喷涂等封装工艺。  1.1 点胶灌封技术   点胶灌封技术是led封装常用的标准工艺，点胶工艺的核心设备包括点胶机(有气压、柱塞泵、齿轮泵等供料方式)、一体成型的带围坝或反射杯的金属支架，封装材料为双组分或单组份胶水。无论液态环氧树脂还是液态有机硅胶水，基本采用双组分包装方式，这是因为双组分有利于材料的长期存储，但点胶灌封前，他们需经过充分混合达到均一才能使用。为了将胶水与无机材料(例如荧光粉)充分混合，就必须借助于高速双行星分散机，这样才能确保无机材料在有机树脂内的均一分散。混合后的材料需按供应商的推荐操作方法进行led的封装，并且在规定时间内用毕，否则，无机材料无法在液态胶水中长期稳定分散，会发生团聚和沉降现象。此外，a、b组分混合后，即使在室温储存，也会发生化学交联或吸湿，从而影响材料的黏度稳定。环氧树脂主要以酸酐作为固化剂，配置成加成反应型封装材料，这种环氧树脂是a、b双组分配方。此外，环氧树脂还可以基于阳离子反应机理配置成单组份胶水。这种阳离子反应配方材料更具耐热性和耐高温黄变能力，但碍于催化体系成本高，无法普遍使用，仅仅限定在触变性要求较高的封装领域。用 于led封装应用的有机硅胶水主要是采用金属铂催化含双键的有机硅氧烷与含硅氢的有机硅氧烷的加成反应体系。该反应体系通常配制成a、b双组分封装材料，它们稳定性好，便于储存。led封装胶水大部分是热固化的材料，也有部分封装材料为了特殊应用而采用uv光固化体系。对于热固化材料，点胶后，胶水需要经过150度约2-5小时的高温烘烤，实现完全固化封装。当树脂固化时，树脂会发生一定的体积收缩，产生收缩应力，这会对树脂与芯片、芯片与银胶的粘结、金线焊点部位、树脂与支架的结合界面等产生一定影响。因此，封装材料和封装工艺对led器件的系统稳定性有直接关联，封装工程师需要系统细致研究分析，以确定最佳封装工艺和封装材料。  1.2 基于热固性树脂封装材料的转进塑封(transfer molding)技术   transfer molding 就是转进塑封技术，由塑封机、芯片及其支撑材料、emc(epoxy molding compound) 封装树脂三大要素构成。主要塑封机设备的分类和生成经济性总结在表1中。  芯片的支撑有金属支架(leadframe)和基板(pcb substrate)两种。正装芯片由导电或非导电固晶胶粘结在支架或基板上(die bonding)，再经过金线(部分产品用铝线或铜线)连接芯片和支撑的接点。倒装芯片则通过锡膏或共晶焊接固定到支撑上，免去金线连接(wire bonding)。    led封装用环氧树脂塑封料emc是由环氧树脂、固化剂、特种添加剂组成的半固化、常温为固态的树脂材料，呈圆柱状“饼料”。行业通常以直径35mm、46mm、48mm称为“大饼料”，适用于传统塑封机；而直径13mm、14mm、16mm为“小饼料”，适用于mgp模或全自动模机。emc在封装温度，通常是150°c下开始融化，在塑封机的传输杆推动下，经过流道，注射入含有芯片的模腔中。emc在高温下会发生固化反应，而失去流动性，塑封机完成转进注射后，经过几分钟的保压，即可确保emc固化完全，完成led封装过程。  1.3 基于半固化有机硅荧光胶膜的热压合封装技术   胶膜压合技术是近五年新兴的一种中大功率led的csp(chip scale package)封装方法。led csp结构具有光色均一、散热结构优良、贴装尺寸小等优势，在电视背光、手机背光、车灯、闪光灯、商业照明及智慧照明领域，与传统正装 led封装形式相比，胶膜压合技术有无法替代的技术优势，将推动led领域的快速发展。led行业的csp概念参考了ic行业的概念，即封装后器件尺寸不超过未封装前裸芯片的1.14倍。led行业的csp概念与ic略有不同的是其和倒装芯片技术是紧密结合的，即免除金线连接(wire bonding)，可直接供灯具厂表贴smt使用。  封装led csp的核心技术是在芯片的五个出光面形成厚度可控、且均匀一致的荧光胶层。在胶膜法技术成熟之前，多采用喷涂荧光胶水的方式在芯片表面形成荧光层。喷涂工艺根据led色温设计，需要反复喷涂 7-15次才能达到设计要求，因此生产效率不佳。荧光胶膜压合法，借助于精密的压合设备和压合治具、以及半固化荧光胶膜的稳定和均一性，能够以较高精度和效率制作csp，大幅度地提高生产效率。 荧光胶膜压合法工艺的核心步骤是：倒装芯片在耐热胶膜上阵列置晶、与预制的荧光胶膜在真空压合治具内结合、5-10分钟的真空保压及胶膜固化、硬化胶膜及芯片阵列的切割。真空压合设备需具备上、下模板高精度控温、快速抽真空、软合模行程控制等工艺基本能力。以35mil*35mil的倒装芯片为例，一块标准 100mm*100mm的压合治具可以容纳6000颗芯片阵列；已成熟量产的压合机操作台面，一次性可放置4片标准压合治具，由此可以得出单机台的csp的生产能力(以压合周期10分钟计)为144k/hr。因此，荧光胶膜压合法是高效率、低成本、易掌控的csp制造方法。  二、led封装新兴细分领域的封装材料   按照材料化学组成分类，led封装材料主要包括环氧树脂和有机硅两大类；而按照封装应用和封装工艺方式分类，封装材料又有更多细分。表2给出了封装材料形态、 封装工艺、封装产品应用及材料供方竞争态势。  2.1 细分市场一: 环氧emc封装小功率指示用chipled   小功率led用于指示灯的器件采用基板或金属支架封装的chipled，因产量大、良率和效率竞争激烈，生产厂商基本采用transfer molding方式用固态环氧树脂封装。主流产品包括红光、绿光、蓝光和黄光的chipled 0603，0805，1206 等，可以是单色、双色或rgb全彩。 这一领域因白色家电和消费电子对器件可靠性要求适中，封装材料emc主要强调： (1)对pcb基板以及镀 银金属支架的粘结； (2)树脂耐回流焊温度，不发生热应 力死灯； (3)耐返修解焊高温不变黄。这一细分领域代表材料有日东电工nt-8524、长春化工cv1002和德高化成tc-8020等。  2.2 细分市场二：小功率白光chipled   除彩色chipled外，指示灯应用还有白光器件的需求; 另外，白光chipled 还可以应用在单色lcd背光、汽车氛围灯、汽车显示屏背光等高端应用。这类 led器件，因功率较低(<0.2w)，不必采用耐受蓝光能力更高的有机硅材料，而是采用中高耐蓝光环氧树脂emc混合荧光粉，以transfer molding方式封装。这一细分市场多采用sol epoxy的op-1000、日东nt-600h、nt-814、 德高化成ct-8500、tc-8600等牌号。  封装用户混合荧光粉的最大难点在于干混法的分散均一性。由于emc厂商提供的胶饼一般呈圆柱颗粒状，封装厂需先行粉碎，再与荧光粉按比例混合，并再一次打饼成胶粒，这一过程为干混法。从分散均一性来看，树脂的粉末平均粒径越接近荧光粉粒径(一般为d50=8-16um)、且树脂粉粒径分布半峰宽越窄，荧光粉的分散均一度就越高，白光led的落bin就越集中。树脂粉碎的粒径控制是非常专业的粉体制造过程，需要专业的设备与品质管控。目前，部分国内emc厂商已经顺应市场要求，以粉体成品方式提供emc材料。  2.3 细分市场三：小间距rgb led显示屏用环氧树脂emc   近年来，市场增长最快的led细分产品是rgb显示屏。普通间距(p>3)rgb仍采用液态环氧灌封形式，应用较为集中的封装尺寸有1921、2121、3030、5050(反射杯外型尺寸)，封装树脂较流行应用稻田h2002(户内)及ik1001(户外)。  市场热点的小间距rgb屏(p<1.9)则采用transfer molding方式，由整块基版阵列固晶打线，通过over molding成型、然后切割(singulation)，制成五面发光的emc1010及emc0808。新一代基于r、g、b倒装芯片的mini-cob，向着更小间距及控制ic集成化、模块化发展，家用tv将有望从lcd的passive mode 进入led的active mode时代。    rgb显示屏因长期高温状态下工作，led器件需通过严格的pct及tct测试。封装树脂的粘结能力、耐潮气渗透、不纯离子杂质含量是影响rgb器件可靠性的关键因素。特别是沿海城市的盐雾侵蚀，是rgb屏死灯及常亮的失效主要原因。失效原理如图7所示。  此外，户外rgb屏一般需要全功率点亮，而且，需要抵抗太阳紫外线的照射，这就要求封装材料耐蓝光光衰能力36个月保持80%以上。户内屏功率开启一般在30%- 50%，对封装材料耐光衰能力的要求稍低。此外，rgb屏的返修解锡过程的高温易造成封装材料黄变，这就需要树脂有较强耐高温性能。这一细分领域可选的封装材料不多，除少数厂商使用有机硅树脂封装外，日东电工的高可靠性树脂nt-600h基本是市场垄断材料。最近，德高化成推出氯离子不纯物含量相比nt-600h降低70%的更高可靠性emc tc-8600，有望为rgb封装用户提供更多材料选择。    小间距emc五面出光灯珠的封装型号(尺寸)主要有emc1010、emc0808、emc0606。由于基板材料的热膨胀系数(cte)为4-7ppm/degc，而纯环氧树脂的热膨胀系数为60-70ppm/degc，这两种材料的热膨胀系数之差非常大，导致封装后整板材料翘曲。基板厚度越薄，则翘曲越发明显，甚至翘曲影响后道切割工序的进行。为了减小翘曲，可行的方法是降低环氧树脂封装材料的cte(热膨胀系数)，通常添加无机粉体材料得到环氧树脂-无机物复合材料，使其cte接近基板材料的cte。这一技术在ic行业封装树脂中广泛应用并且成熟，然而，普通的无机粉体或者不透明，或者离子不纯物含量超标，无法应用在rgb emc透明环氧树脂体系中。德高化成近期发表了添加特殊透明粉体的tc-8600f环氧树脂-透明填料复合体系产品，该体系添加的粉体材料与环氧树脂有一致的光学折射率，可保证光线透过率接近纯环氧树脂。    表4. 添加特殊透明粉体的tc-8600f环氧树脂-透明填料复合体系的热膨胀系数 2.4 细分市场四：光谱选择透过/吸收emc   随着智能手机、穿戴设备、物联网、大尺寸lcd白板的兴起，红外通讯、环境光传感器、接近光传感器等一系列红外器件迅速发展起来。传感器的工作原理是通过对光谱的选择性过滤，由led芯片对特定波长光线生成电信号反馈，达到开关控制目的。封装树脂通过添加某些过滤物质，可以实现对可见光(550nm特征波长)或红外光(840nm特征波长)的选择性透过，而屏蔽其他波段光线进入芯片。可见光透过的器件可以做成环境光传感器，而红外光透过的器件可以与可见光透过器件组合，做成接近光传感器。选择性强且透过率高的过滤添加物目前尚待国产化。一般的红外器件基本采用普通emc封装。某些新开发的封装形式结构复杂、出现

led封装材料的应用现状和发展趋势（下）

2020-09-17

led封装材料的应用现状和发展趋势（下）

led封装材料的应用现状和发展趋势（上）回顾 2.5 细分市场五：高端照明五面出光csp   中大功率led通常采用有机硅橡胶及树脂做封装材料，有机硅材料的si-o键能比环氧树脂骨架的c-c键能高，能够保证材料抵抗蓝光衰减。按折射率划分，有机硅材料分为1.41折射率的硅橡胶材料、1.46折射率的中折橡胶树脂复合材料、1.52折射率(及以上)的硅树脂材料。折射率的提高与有机硅分子骨架侧链的苯基含量有关，苯基含量越高则折射率越高，高折射率封装材料有利于led的出光。    有机硅材料对比环氧树脂材料的劣势是其粘结力和“透氧率”。有机硅树脂分子链缺乏极性分子基团，无法达到环氧树脂的粘结强度；同时，有机硅材料分子链密度比环氧树脂疏松，氧气可以透过封装层进入芯片表层和金线焊点。 材料厂商不断通过分子设计、增粘剂设计、环氧有机硅复合等技术改善有机硅封装树脂的粘结力和降低透氧率，道康宁(现dow化学)、信越化学、康美特、德邦先进硅、慧谷等厂家的技术能力及产品市场占有率居领先地位。随着倒装芯片的兴起，基于倒装芯片的csp封装方式由于散热结构好、出光效率高、色温一致性强等优点，在电视背光、车灯、闪光灯、智能及健康照明领域得到大量开创性应用。csp的概念是封装后led灯珠的尺寸不超过裸芯片尺寸的1.14倍，因此，csp封装工艺和封装材料与普通中大功率led采用a、b双组份硅胶混合荧光粉灌封或点胶的方式有所不同。已经量产的csp封装多采用刷涂、喷粉、荧光胶膜贴合的封装方式。特别值得一提的是荧光胶膜贴合封装，预混并分散了荧光粉的荧光胶膜是基于有机硅树脂的半固化可相变性质，也称b-stage。b-stage的荧光胶膜在室温下是固态胶膜，当封装温度达到相变临界点时(通常是80-120°c)，胶膜由固态转为“粘流”状态，在此状态下进行封装贴合，最后，经高温后固化完成封装过程。荧光胶膜的材料优势具有很多优点，例如:   (1)、荧光粉在胶膜中分散均一，室温呈固态的胶膜可以保证荧光粉不沉降，实现封装led的光色均一性优良；   (2)、厚膜荧光胶膜(300-450um厚度)采用真空压合工艺，借助压合治具的精度，整版压合厚度偏差可以控制在5um，对应色温的偏差在±300k之内;薄膜荧光膜的加工厚度可实现±2um，对应csp色温偏差可控制在±200k;   (3)、薄膜荧光胶膜可以对裸芯片实施保型贴合，即紧贴芯片形成50-70um厚的涂层。这种结构使csp的出光各个方向更加均匀，并能消除传统五面出光csp结构的边角黄晕。  当前，高端照明有两个市场热点，一是欧美市场兴起的色温可调智能照明；二是发起自韩国的太阳光谱健康照明。色温可调概念是灯具可以在控制系统调控下发出暖色模式2700k-3000k、冷色模式5700k-6000k和中间模式4500k-5000k色温的光线。普通吸顶灯可以在灯条上间隔smt不同色温2835灯珠实现双色温照明，而灯泡、射灯、筒灯、商照等灯具必须在有限空间下集成更多数量灯珠， 因此，尺寸更小的csp是灯具设计的必选封装方式。应用csp的双色温封装金沙2004路线js5的解决方案比较成熟的有以下三种：   (1)2835双色温模块； (2)暖色csp 蓝光裸芯片点荧光胶水的cob点阵模块； (3)暖色csp 冷色csp点透明胶的点阵cob模块。  2835双色温模块采用焊盘改装的2835支架，在一粒灯珠中贴装两颗csp1007，其中一颗是冷色、另一颗是暖色，然后用透明有机硅胶水灌封保护。单颗csp1007有0.5w和1w两种功率选择，为适应功率不同的散热需求，2835支架反射杯材料可选用ppa材料对应0.5w功率，而使用pct材料对应1w功率。2835双色温模块的优势是不改变灯具行业最熟悉的灯珠外形尺寸，下游厂商容易接受csp及双色温新技术的渗透。另外，仅贴装两颗csp形成一个双色温模块，对于csp的smt贴装过程是相对容易控制的，良品率也较高。但是，2835双色温模块的不足之处是，对于高密度光源产品(如高端商照、舞台灯等)因模块尺寸稍大，无法充分满足设计要求。其他双色温模式都是cob光源与csp的结合产物。暖色csp 蓝光裸芯片方式，可以基本不改变传统倒装cob的基板设计，节省成本。但cob点荧光胶水需要较高的工程能力，才能保证色温的一致性。暖色csp 冷色csp方式，因相邻的csp混光设计，需要对cob基板的焊盘重新布局，初期的设计摸索和基板开版投入较大。虽然两颗csp的成本比裸芯片方式要高一些，但贴装过程及后面的灌封透明胶水过程更易提升良品率。    今年，韩国首尔半导体在法兰克福照明展发布了sunlike太阳光谱csp系列。该技术采用uv芯片激发r、g、b三种荧光粉获得近似太阳光谱的封装形式，同时，使不健康的蓝光的比例进一步减少。国内厂商开发的全光谱健康照明，基本采用蓝光芯片激发r、g、y荧光粉方式，虽然蓝光与绿光光谱之间仍有不连续的“洼地”，但相较传统白光led已改善明显。还有一些厂商开发全光谱芯片与红外芯片结合的模块，使 led冷光源有了自然光的温暖感觉。无论sunlike还是全光谱芯片，因为荧光粉配比高，且小粒径红粉大量应用，传统点胶封装led方式几乎无法满足这种封装要求。荧光胶膜法制备csp，可以针对高荧光粉比例配方，确保其良好分散及避免沉降，所以，当前健康照明的封装开发都集中在csp方式。  2.6 细分市场六：emc支架材料 emc支架是中功率led器件的能力放大器，对比传统热塑性塑料ppa和pct的支架，emc支架由耐高温环氧树脂添加反射填料及白色填料的组成。热固性环氧树脂复合物的高温尺寸稳定性比热塑性塑料强，且树脂耐黄变能力更为突出。特别是环氧树脂界面的极性基团丰富，便于和有机硅材料形成强有力的粘合界面而确保回流焊不分层。因此，1w以上的led封装倾向使用emc支架。日本日立化成、日东电工、松下电工是白色emc支架材料的垄断厂商。国内厂商虽然也不断立项攻关，但在树脂高温黄变、反射效果、点胶后爬胶等细节上尚待完善。  2.7 细分市场七：无机封装材料 无机材料一方面是应用于耐受uv、激光led的封装需求，另一方面是与荧光粉共烧制成荧光无机材料。混合荧光粉共烧制的陶瓷或玻璃荧光片的制造成本仍高居不下，且调色制样的工程周期较长，产品更适合标准化的led色温应用。  三、led 封装材料技术发展趋势 随着led在照明、信号、传感器、通讯领域的应用发展，led的封装技术方向出现“集成化”趋势：   (1)由单颗独立封装结构向集成封装结构转变。近几年成熟的cob封装方式就是代表产品。“积少成多”的大面积面阵光源使用数量巨大的小功率芯片，通过阵列方式获得大功率成品。陶瓷基板或铝基板协助芯片阵列散热，减少了对传统复杂铸铝翅片散热结构的依赖，灯具可以做得更薄。最近兴起的“mini”之风，实际上是集成封装的同义词。mini-led的出现使lcd屏与oeld在中小尺寸的竞争出现变数。mini-rgb将加速led屏向家庭tv的渗透。   (2)封装工艺向集成化转轨。传统的封装工艺以单颗灯珠形态为特征，从开始的固晶打线，到灌封，整个过程都可以看到独立的单颗灯珠。以csp引导的白光芯片革命，不只是最终led封装产品的形态变化，其封装过程更是以集成阵列芯片、统一封装、最后切割成单颗产品为特征的。这一技术正向晶圆制造的产业链上方渗透，垂直芯片wafer level制程的白光芯片已经在三安光电量产。倒装芯片csp工艺的的阵列置晶过程如果与晶圆厂庞大的分光置晶产能结合，将是led整个产业链的分工革命。   (3)照明、传感、通讯、控制的功能集成化发展。lifi技术、dob技术、mini-rgb技术等催动在基板上(包括基板背面)完成不仅包括照明的其他复合功能与控制功能。系统集成厂商的产业链定位同时向传统的灯珠封装及终端应用延伸。 (1)为提高led封装材料的综合性能，通过引入无机纳米材料或者透明材料等制备有机/无机复合材料，例如通过特殊工艺制备出含有荧光粉的有机硅荧光材料，含有与封装材料相同折射率、不影响透明透光的无机物填充的有机硅或环氧复合材料。这些复合材料不仅能有效地提高封装材料的光学性能，还能一定程度上增强材料的力学和热性能、提高led发光性能。   (2)适应集成封装工艺的固态薄膜封装材料。例如制造白光芯片csp的b-stage荧光胶膜，利用其室温为固态胶膜的特性，保证荧光粉在胶膜中分散均一，长期储存也不会发生荧光粉沉降的问题，实现封装led光色均一的目的。特别是，这种荧光胶膜通过封装工艺能够精确控制封装层厚度，从而将csp色温偏差控制在非常窄的范围，在芯片的五个出光面实现保型贴合封装，从而为csp封装技术发展提供了有力支撑。另外胶膜材料已经在mini-led、mini-rgb等领域显示出可靠并且简单的封装可行性。   (3)封装材料的功能极致化。封装材料，无论是有机硅、环氧树脂以及其二者结合的hybrid材料，仍然在追求折射率提高、致密分子结构抵抗“硫化”、耐高温高电流条件的老化、耐蓝光衰减、提升为不同封装界面的粘结力等技术制高点上做不断升级，随着基础材料和复合材料科学领域的探索研究和创新发展，广大厂商必将为led封装提供性能更加优越的封装材料。  四、led 封装材料市场现状及未来   中国大陆led灯珠封装树脂市场需求大致为液态环氧材料100ton/月、固态emc树脂50ton/月、有机硅树脂500ton/月。低端液态环氧树脂市场价格约 rmb20-50/kg、中端环氧树脂emc价格为rmb200-400/kg，高可靠性环氧树脂emc价格为rmb500-1000/kg；中低端液态有机硅树脂市场价格约为rmb100-500/kg、高端有机硅材料根据性能不同而价格在rmb500-2000/kg。led封装材料仍然呈国外品牌占据价值链高端、甚至长期细分领先的局面。随着国内厂商不断研发积累，国产替代及细分领先的材料近年不断出现，价格及技术竞争日趋白热化。各市场细分的主要供应商见表5。 封装材料的国产化一直是广大国内民族品牌厂商的追求目标，也是国家02专项及大基金引导红色半导体产业链的重要支撑点。然而半导体及led封装材料的特点决定了它的基础研发时间长、应用开发投资大、替代竞争风险高、改朝换代更依赖新技术推动的一个高技术、高风险、高竞争的产业形态。封装材料在封装后器件的总体成本上一般比例不超过10%，但器件可靠性却和封装材料紧密相关。进口替代虽事关中国半导体产业链的自主与发展，但在具体商业层面，往往封装用户缺乏动力。新技术是新材料应用的助推器，但新技术被市场认可需要相当长期的培育和试错，对材料企业的研发投入甚至经营安全提出了巨大挑战。    国产封装材料近年的发展已经取得不俗的成绩，相较10年前市场主流进口材料价格，固态环氧树脂已下降约50%、有机硅胶水价格下降得更多。国产材料已经基本满足通用器件的封装要求。相信随着国家半导体及光电产业的振兴，封装材料事业会迎来更新更快的发展。   来源 | 阿拉丁照明网

一文认识电子封装材料导电胶

2020-09-21

一文认识电子封装材料导电胶

传统使用的sn/pb焊料已被逐渐淘汰，一方面是因为焊料中的pb为重金属，毒性较大，对环境不友好；另一方面，它已无法满足高集成度元件的连接条件。于是，作为其替代品的导电胶应运而生，它可以连接各种导电材料，以在待连接的材料之间形成电通路。导电胶兼具导电性和黏结性，有加工条件温和、加工程序简单、加工成本较低、环境污染小、适用连接范围广等优点，已广泛用于印刷电路板组件、发光二极管、液晶显示器、智能卡、陶瓷电容器、集成电路芯片和其他电子元件的封装和粘接。   一、导电胶的导电机理 导电胶的导电机理主要包括：渗流理论、隧道效应理论、场致发射理论和导电团簇理论。  （1）渗流理论       在导电填料浓度较低时，导电填料没有有效的接触，被绝缘性能良好的聚合物基体包裹，不能形成导电通路，但随着导电填料浓度的增加，导电胶的体积电阻率逐渐减小，导电填料的体积分数到达一定值时，导电胶的体积电阻率大幅下降，此时填料的体积分数被称为渗流阈值(pc)。渗流阈值理论公式： 其中，σ是导电胶的电导率，σ0为导电参数，p为导电填料的体积分数，pc为渗流阈值，t为导电指数（与导电填料的本身属性有关）。 金属填料含量对导电胶体积电阻率的影响 （2）隧道效应理论 该理论指出，导电离子之间的电场以及热振动都可引起电子在导电离子之间的跃迁，完成导电胶内部导电通路的搭建。隧道效应理论很好的解释了导电离子在绝缘有机聚合物隔开的情况下，仍能导电的原因。 （3）场致发射理论 当导电填料距离足够小（小于10 nm），可以忽略导电填料之间的绝缘聚合物对导电性能的阻碍。由于导电颗粒本身所具有的强大电场能够轻易的诱发发射电场的产生，促进了导电胶内部形成导电通路。 （4）导电团簇理论 该理论认为在固化过程中，导电粒子会形成导电团簇并不断长大，形成导电网络，合理解释了体系由绝缘体变为导体的过程。   二、导电胶的组成 导电胶一般由基体和导电填料两部分组成，其中基体提供黏结和结构性能，导电填料提供导电导热性能。不同基体及导电填料对导电胶的性能有很大影响。导电胶的基体材料主要包含预聚体、固化剂、增塑剂、稀释剂等，基本功能如表所示。 预聚体是基体的主要组成部分，为导电胶提供黏结性能，主要是各类有机胶黏剂，如环氧树脂、聚氨酯、酚醛类树脂等。其中，环氧树脂的黏结性、耐腐蚀性和稳定性相对较好，是目前应用最广的基体材料。预聚体固化后，形成分子骨架结构，这是导电胶力学性能和黏结性能的来源。同时，它也形成了导电通道，为导电性提供了保障。 固化剂、增塑剂、稀释剂等助剂会影响导电胶的综合性能。固化剂，如某些有机酸、酸酐等，可以影响导电胶的固化温度、时间。一些增塑剂的加入，如邻苯二甲酸酯，可以提高材料的抗击性能。导电胶制备中，由于导电填料的大量加入，其黏度大幅增加，为了降低黏度便于使用，常会加入一些稀释剂，如丙酮、乙醚等。 导电胶的导电填料是导电性能的主要来源，一般可分为金属填料、无机填料、混合填料等。 金属填料常见的有金粉、银粉、铜粉、镍粉等，其中银粉和铜粉是目前研究较多、性能较好的材料。银粉的导电性能较好，但是成本高、强场下存在迁移现象等缺点限制了其应用。铜粉成本低，但存在易氧化问题，性能不够稳定。 无机填料一般指的是碳系材料，如碳纳米管、石墨烯等。碳系的导电胶成本较低，综合性能优良，是比较理想的材料。 混合填料则是将金属填料与无机填料综合运用，如在碳纳米管表面镀银、将微米银片和微米银球及酸化单壁碳纳米管混合等新型导电填料。   三、导电胶的分类 按树脂基体分类：热塑性导电胶和热固性导电胶。热塑性导电胶的基体树脂分子链很长，且支链少，在高温下固化时流动性较好，可重复使用。而热固性导电胶的基体材料最初是单体或预聚合物，在固化过程中发生聚合反应，高分子链连接形成交联的三维网状结构，高温下不易流动。 按导电机理分类：本征导电胶和复合导电胶。本征导电胶是指分子结构本身具有导电功能的共扼聚合物，这类材料电阻率较高，导电稳定性及重复性较差，成本也较高，故很少研究。复合导电胶是指在有机聚合物基体中添加导电填料，从而使其具有与金属相近的导电性能，目前的研究主要集中在这一块。 按照导电方向分类：导电胶可分为各向同性导电胶（iso⁃tropic conductive adhesives，icas）和各向异性导电胶（anisotropic conductive adhesives，acas）。icas在各方向的导电性能相同，而acas只允许在某一特定方向导电。通常，各向异性导电胶的导电填料的尺寸大小为 3-5 μm，而各向同性导电胶的导电填料尺寸大小为 1-10 μm。两者导电胶的主要区别在于渗流阈值的差异，各向异性导电胶（约5-20%）的导电填料体积分数低于各向同性导电胶（约20-35%）。 各向异性导电胶应用示意图 各向同性导电胶应用示意图 按照导电填料分类：常用的金属类导电填料有银（ag）、金（au）、镍（ni）、铜（cu）和铝（al）等。其中银和铜是研究最多的。 1.银系导电胶      银具有较高的导电率和导热率、价格适中、易加工等特点，在胶中几乎不被氧化，即使氧化生成的氧化银仍具有导电性，应用广泛。 银粉形状与导电胶电阻率的关系 从图中可以看出，用银纳米棒作为导电填料的导电胶渗流阈值最小，在相同添加量的情况下电阻率最小，其次是片状银粉和颗粒状银粉。但由于价格昂贵，因此限制了其应用。市售导电银胶主要使用的是微米级片状银作为导电填料。 片状银粉粒径与导电胶电阻率的关系 从图中可以看出，在微米尺寸上，片状银粉粒径越大，导电胶电阻率越低。为增加导电填料间的相互接触，提高导电胶导电性能，添加少量球状银粉和片状银粉共混制备导电胶，发现导电胶的导电性能有所提高。 此外，与传统的微米银结构相比，纳米结构具有更高的比表面积、更低的熔点，可以增加填料之间的接触，因此纳米银也被用作导电填料引入了导电胶。 银虽然具有众多优点，是应用最为广泛的导电胶导电填料，但其会在电场作用下产生电迁移现象，使得导电性能下降，进而影响其使用寿命。 2.铜系导电胶 铜的导电性和银很相近，价格比银便宜，但其化学性质比银活泼，在空气中会迅速被氧化，在其表面形成氧化物层，使其导电性能迅速降低，甚至不导电，从而限制了其应用。 3. 其他金属系导电胶 金导电性好、性能稳定、基本没有电迁移现象，但其价格较高，仅用在对可靠性要求高而芯片尺寸小的电路中。镍电阻率就比银、铜、金要高，且性质也比较活泼，易被氧化导致电阻率增加的问题。低熔点共熔合金（如 sn-pb、sn-in）固化温度下呈液态，可以流动，在导电填料间形成金属键合，减少接触电阻和隧穿电阻，提高导电胶导电性能，因此也被用作导电填料与银等混合后加入导电胶。但低熔点共熔合金种类有限，只有特定的金属组合才能在导电胶固化温度下形成合金键，这限制了其应用。 4. 碳系导电胶 炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯也被用于导电胶。虽然这些碳材料导电性能好、机械性能好、价格便宜，是比较理想的选择，但是这些材料在制备上存在或多或少的困难，也限制了其应用。碳系导电填料，尤其是碳纳米管和石墨烯，具有优异的性能，与银粉混合作为导电填料可以改善导电胶的导电性及机械性能，但其本身分散性及导电性能相对较差，因此应用也受到一定限制。 5. 复合材料系导电胶 碳材料的导电性不及金银铜，因此，将金属填料与无机填料综合运用，如在碳纳米管表面镀银、将微米银片和微米银球及酸化单壁碳纳米管混合等新型导电填料。      

银胶的用途

2020-09-22

银胶的用途

银胶的用途 粘接 adhesion 应力缓冲/释放 stress relaxation 导电 electrical connection 导热 thermal conduction 银胶的主要属性与测试方法 主要属性与测试方法 项目 特性 测试方法 操作性 粘度 粘度测试计（brookfield/e-type） 触变性 固化情况 转化率 dsc 可靠性 模量 dma cte tma 杂质离子含量 离子色谱法 挥发 tga 吸湿率 电子天平 粘接强度 剪切力测试 导电性 电阻率 毫欧表 热传导系数 导热系数测试仪 银胶使用过程与相关注意事项 贮存阶段阶段说明：需要对冰箱进行温度点检 存储温度 银粉沉淀 粘度增加 （-15℃以下 超过6个月 超过6个月 5℃ 大约5天 大约1个月 25℃ 2天 4天 30℃ 1天内 大约2天 解冻回温阶段作业说明：注意 发生分层 避免温度急剧上升，避免人手拿持不当。 建议： a. -15~-25℃ 存储  直接回温至室温 回温时间：5cc 1h 10cc 1h 30cc 2h  b.-35~-45℃ 存储 第一次回温至 0~-20℃   2h  第二次回温至室温 10cc  1h   30cc 2h 点胶/涂胶 ：实现工艺多种，不表。 固化过程： 固化存在的问题 异常 可能原因 检查项目 剪切力不足 固化条件不当 固化时支架温度 沾污 排风存在异常 烤箱排风条件 固化条件 空洞 挥发导致 固化条件（增加升温时间） 扩散 固化条件不当 固化条件 固化时支架温度说明： 实际温度与设置温度不一致，可能因素有： a. 烤箱本身能力 b. 烘烤中容纳料盒数量 c. 烤箱中料盒拜访位置与间距 d. 料盒自身的材质、壁厚、开孔 故要根据实际情况编辑烘烤程序。   ---------------------------- 内容摘自住友资料  

peco劈刀/瓷嘴参数选择

2020-09-24

peco劈刀/瓷嘴参数选择

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关于银胶价格涨幅事宜

2020-11-16

关于银胶价格涨幅事宜

                                                                                                      关于银胶涨价通知联络函 尊敬的客户：        首先感谢贵司长期以来对敝司的支持和厚爱，使双方建立了良好的合 作关系，对于过去双方业务的合作和支持，在此表示深挚谢意！        国际经济形势的变化，国内外原材料价格以及汇率波动等因素的影响， 黄金白银等贵金属行情持续高攀，银胶产品的成本也在不断提高。鉴于目 前的市场行情，敝司已无法完全吸收成本增加，决定对所有银胶产品价格 做出调整以缓解不断上涨的压力，该产品的价格在原价基础上自动上调 15%（具体价格以更新报价单为准），调整方案于 2020 年 11 月 10 日起生效。        关于此次银胶的调价，如有任何疑问，请随时致电敝司的销售部。希 望您能理解并继续支持，同时我们也将一如既往以高质量的产品和优质的 服务全力回报广大客户的厚爱和支持。

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