CN101434748B - 纳米氧化锌改性的有机硅封装胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米氧化锌改性的有机硅封装胶的制备方法，属于光电器件的封装材料技术领域。本发明方法的要点是：首先配制一定浓度的表面处理剂即硅烷偶联剂溶液，用硅烷偶联剂改性纳米氧化锌，然后将经过改性的纳米氧化锌填加入有机硅胶中，即制得有机硅封装胶。本发明中纳米氧化锌的加入量与有机硅胶两者的质量比为(0.01～0.15)∶100。搅拌混合后，再加入少量固化剂和催化剂，继续搅拌混合均匀，最终制得纳米氧化锌改性的有机硅封装胶。本发明方法制得的有机硅封装胶，其导热率可提高6～38％，折光率可以提高0.1～4.5％，光学透明度大于95％。

Description

纳米氧化锌改性的有机硅封装胶的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种纳米氧化锌改性的有机硅封装胶的制备方法，属于光电器件的封装材料技术领域。

背景技术：

随着发光二极管(LED)发光效率的不断增大，特别是白光发光二极管的研制成功，使半导体照明部分地取代白炽灯和日光灯已经成为现实。LED的封装以前普遍采用环氧树脂，但随着LED功率的增大，环氧树脂的缺点逐渐暴露出来，主要表现为吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波辐射下易变色、易开裂等，影响了LED器件的寿命。因此，在大功率LED的封装中必须寻求其他的替代封装材料。其中有机硅材料是最受关注的一种。有机硅材料具有较高的耐热性、工作温度宽(-50～300℃)、耐候性、耐酸碱性、耐紫外线辐射，同时也具有很好的电绝缘性和密封性。所以，在大功率LED的封装中环氧树脂已逐渐被有机硅所取代。现有的有机硅封装胶虽有其优点，但也存在一些缺陷，比如其导热率较低，折光率不如环氧树脂高。为了弥补这些缺陷，可以在有机硅基体中填入具有较高导热率和折光率的填料。

目前多采用在聚合物基体中填充金属氧化物(氧化镁、氧化铝)和金属氮化物(氮化铝、氮化硼)来改进聚合物封装材料的导热性，但存在填充量大、封装胶透明性较低的缺点。本发明采用硅烷偶联剂改性的纳米氧化锌改进有机硅胶的性能，可以在较低的填充量下实现导热率的提高并且不影响封装胶的透明性，其独特之处在于纳米级的氧化锌不仅能够实现有机硅胶导热性的改进而且能够实现折光率的调控，经过偶联剂处理后有利于纳米氧化锌在有机硅胶中的均匀分散。

发明内容：

本发明的目的是提供一种改进的有机硅封装胶的制备方法。本发明的另一目的是制备出一种改性的有机硅封装胶，以改善目前有机硅封装胶较低的导热性能，同时实现有机硅封装胶折光率的可调控性。

本发明一种纳米氧化锌改性的有机硅封装胶的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.表面处理剂的配制：首先配制氧化锌的表面处理剂溶液，将一定量的表面处理剂溶解于适量的有机溶剂中；表面处理剂为硅烷偶联剂，它为γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任一种；溶剂为甲苯、苯、乙醇中的任一种；

b.纳米氧化锌的表面处理：将一定量的纳米氧化锌与上述的表面处理剂混合；纳米氧化锌与表面处理剂即硅烷偶联剂的质量配比为：100∶(0.01～0.05)；在不断搅拌下于110～120℃温度下加热回流3～5小时；然后冷却，并在烘箱中干燥，以挥发掉剩下的有机小分子物质；

c.改性有机硅胶的制备：将上述的一定量的经改性处理的纳米氧化锌填加入一定量的有机硅胶中；纳米氧化锌的加入量与所述有机硅胶两者间的质量比为(0.01～0.15)∶100；有机硅胶为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、α，ω-二羟基聚二甲基二苯硅氧烷中的任一种；将上述两种物质充分搅拌混合，然后加入一定量的固化剂正硅酸乙酯和一定量的催化剂二月硅酸二丁基锡；所述固化剂和催化剂的加入量按有机硅胶的质量为基准；固化剂与有机硅胶的质量比为5∶100；催化剂与有机硅胶的质量比为0.5∶100；经充分搅拌混合均匀后，减压排气泡，排泡完后，将其存放于容器或浇入模具，待其固化，最终制得纳米氧化锌改性的有机硅封装胶。

本发明方法的机理和特点如下所述：

本发明利用纳米氧化锌的高导热率和高折光率来改进有机硅封装胶的性能。经过硅烷偶联剂表面处理后的纳米氧化锌表面覆盖了一层有机物，使得纳米氧化锌与有机硅胶的具有更好的相容性，且有利于纳米氧化锌在有机硅胶基体中的分散。纳米氧化锌均匀分散在有机硅胶基体中后形成的导热网络，可以提高有机硅胶的导热性能。同时，通过改变纳米氧化锌用量可以在一定范围内实现有机硅胶折光率的调控。本发明采用硅烷偶联剂改性的纳米氧化锌填充有机硅胶的方法，克服了普通氧化锌虽能改善封装材料的导热性，但填充量大、封装胶透明性较低的缺点，难以实现导热率和折光率双重调控的不足。本发明采用的有机硅固化温度较低，在25℃～100℃之间。本发明设备较简单，成本较低，操作条件易控制。本发明的原理与技术不同于普通的氧化锌直接填充有机硅胶的方法。

采用本发明方法制备的纳米氧化锌改性的有机硅透镜胶经导热率测试仪和阿贝折光仪分别对其导热率和折光率进行表征，其导热率可以提高6～38％，折光率可以提高0.1～4.5％，光学透明度大于95％。

本发明的优点为：不仅可以实现有机硅透镜胶导热率的改进，还可以实现有机硅透镜胶折光率的调控。

具体实施方式：

现将本发明的具体实施例详述于后。

实施例一：

常温下取γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.01g溶解于一定量的甲苯中，加入纳米氧化锌100g，在搅拌下110℃回流4h，冷却后置于烘箱中挥发掉剩余的有机小分子，得到改性的纳米氧化锌。

取经过改性的纳米氧化锌0.02g，α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100g，将二者充分搅拌混合后加入固化剂正硅酸乙酯5g，催化剂二月桂酸二丁基锡0.5g，混合均匀后将样品浇入模具中室温固化。

本实施例制备的有机硅透镜胶的导热系数比不填充纳米氧化锌直接固化的有机硅透镜胶提高6.1％，其折光率比不填充纳米氧化锌的有机硅透镜胶提高0.1％。

实施例二：

常温下取γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.01g溶解于一定量的甲苯中，加入纳米氧化锌100g，在搅拌下110℃回流4h，冷却后置于烘箱中挥发掉剩余的有机小分子，得到改性的纳米氧化锌。

取经过改性的纳米氧化锌0.07g，α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100g，将二者充分搅拌混合后加入固化剂正硅酸乙酯5g，催化剂二月桂酸二丁基锡0.5g，混合均匀后将样品浇入模具中室温固化。

本实施例制备的有机硅透镜胶导热系数为0.205W/(mK)，比不填充纳米氧化锌直接固化的有机硅透镜胶提高24.2％，其折光率比不填充纳米氧化锌的有机硅透镜胶提高3.5％。

实施例三：

常温下取γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.01g溶解于一定量的甲苯中，加入纳米氧化锌100g，在搅拌下110℃回流4h，冷却后置于烘箱中挥发掉剩余的有机小分子，得到改性的纳米氧化锌。

取经过改性的纳米氧化锌0.15g，α，ω-二羟基聚二甲基二苯硅氧烷100g，将二者充分搅拌混合后加入固化剂正硅酸乙酯5g，催化剂二月桂酸二丁基锡0.5g，混合均匀后浇入模具中室温固化。

本实施例制备的有机硅透镜胶的导热系数比不填充纳米氧化锌直接固化的有机硅透镜胶提高38.2％，其折光率比不填充纳米氧化锌的有机硅透镜胶提高4.5％。

Claims (1)

1.一种纳米氧化锌改性的有机硅封装胶的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.表面处理剂的配制：首先配制氧化锌的表面处理剂溶液，将一定量的表面处理剂溶解于适量的有机溶剂中；表面处理剂为硅烷偶联剂，它为γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任一种；溶剂为甲苯、苯、乙醇中的任一种；

b.纳米氧化锌的表面处理：将一定量的纳米氧化锌与上述表面处理剂混合；纳米氧化锌与表面处理剂即硅烷偶联剂的质量配比为：100∶(0.01～0.05)；在不断搅拌下于110～120℃温度下加热回流3～5小时；然后冷却，并在烘箱中干燥，以挥发掉剩下的有机小分子物质；

c.改性有机硅胶的制备：将上述的一定量的经改性处理的纳米氧化锌填加入一定量的有机硅胶中；纳米氧化锌的加入量与所述有机硅胶两者间的质量比为(0.01～0.15)∶100；有机硅胶为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、α，ω-二羟基聚二甲基二苯硅氧烷中的任一种；将上述两种物质充分搅拌混合，然后加入一定量的固化剂正硅酸乙酯和一定量的催化剂二月桂酸二丁基锡；所述固化剂和催化剂的加入量按有机硅胶的质量为基准；固化剂与有机硅胶的质量比为5∶100；催化剂与有机硅胶的质量比为0.5∶100；经充分搅拌混合均匀后，减压排气泡，排泡完后，将其存放于容器或浇入模具，待其固化，最终制得纳米氧化锌改性的有机硅封装胶。