CN103131190A - 一种led封装用的双组份自成型透镜硅胶及其封装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED封装用双组份自成型透镜硅胶及其封装工艺，本发明LED封装用双组份自成型透镜硅胶，由A、B组份按4∶1（质量比）组成，其中，A组份各成分及其质量百分数为：乙烯基硅油99-99.9％，铂催化剂1-30ppm；B组份各成分及其质量百分数为：含氢硅油65-80％，乙烯基MQ树脂10-20％，稳定剂1-5％，触变材料1-10％。本发明改变LED透镜封装中使用模具的传统工艺，实现了全新的无模具LED透镜封装，其工艺简单、易于操作、投资少、成本低、生产效率高，适合大规模工业生产。

Description

一种LED封装用的双组份自成型透镜硅胶及其封装工艺

技术领域

本发明涉及LED封装用硅胶领域，特别是一种LED封装用的双组份自成型透镜硅胶及其封装工艺。

背景技术

LED即发光二极管，由于具有节能、环保、亮度高、寿命长等特点，被广泛应用于光源、显示装置、背光源等，并不断扩大在照明领域中的应用。有机硅橡胶由于透光率高、热稳定性好、耐紫外光性强、内应力小、吸湿性低等特点，已成为LED封装材料的理想选择。其主要用途是对芯片进行机械保护，应力释放，并作为一种光导结构，提高LED性能以及提高有效发光效率。

目前采用硅胶对LED封装有平面封装和模顶封装两种方式。平面封装主要包括贴片平面封装（附图1）、集成平面封装（附图2）。平面封装方式操作简单普及率较高，但在有效发光效率和光通量方面不如硅胶透镜封装方式。模顶封装是传统的硅胶透镜封装工艺，方法是将硅胶加注在半球形透镜模具内，硅胶加热固化后再脱模形成半球形透镜，该工艺操作繁杂、运作时间长、设备投资大、生产成本高、一般封装企业无法承受。

因此，迫切需要工艺简单、成本低廉、适合大规模生产的新型LED透镜封装方式出现，应用硅胶对LED进行透镜封装的研究已经在中国专利申请公开CN101308885，CN102064241，CN102321371，CN102514134中做了报导。如在CN102514134中公开了一种LED封装灌胶模具，包括透镜模具，透镜模具连接陶瓷支架，陶瓷支架上具有通孔，通孔的数量不小于2，把陶瓷支架固定在透镜的模具上，从陶瓷支架底部的一个孔注入硅胶，空气就从上面的孔排出，这样就使LED里不留气泡。然而上述研究基本上都是透镜封装模具的改进和处理方法的改变，透镜封装过程依然没能摆脱使用模具，也没有对LED封装用的透镜硅胶做深入的研究。

发明内容

有鉴于此，针对上述问题，本发明提供一种LED封装用的双组份自成型透镜硅胶。

一种LED封装用双组份自成型透镜硅胶，由A、B组份按4∶1（质量比）组成，其中，

A组份各成分及其质量百分数为：乙烯基硅油99-99.9％，铂催化剂1-30ppm；

B组份各成分及其质量百分数为：含氢硅油65-80％，乙烯基MQ树脂10-20％，稳定剂1-5％，触变材料1-10％。

所述A组份中乙烯基硅油的粘度为10000-60000mPa·s，乙烯基含量为0.8-2.4％；所述A组份中铂催化剂为氯铂酸异丙醇溶液或各种铂络合物中的一种，铂金含量为10-22％。

所述A组份中乙烯基硅油的粘度为10000-30000mPa·s。

所述A组份中铂催化剂为乙烯基硅氧烷铂络合物。

所述B组份中含氢硅油粘度为100-5000mPa·s；所述B组份中乙烯基MQ树脂的乙烯基含量为0.1-1％；所述稳定剂为乙炔基环己醇或甲基丁炔醇中的一种；所述触变材料为烟雾状二氧化硅或有机膨润土。

所述B组份中含氢硅油粘度为1000-5000mPa·s，氢含量为0.7-2.5％。

所述稳定剂为乙炔环己醇。

所述触变材料为烟雾状二氧化硅，粒径30nm。

一种应用本发明LED封装用双组份自成型透镜硅胶的封装工艺，所述透镜封装工艺为无模具透镜封装，直接将LED封装用双组份自成型透镜硅胶在平封的支架上或COB上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体，加热固化也不出现坍塌变形。

本发明应用LED封装用双组份自成型透镜硅胶的封装工艺，包括以下步骤：

1）在常温下将A、B两组份在搅拌釜中分别混合均匀；

2）按质量比A∶B=4∶1的配比将A、B两组份混合，混匀后的硅胶进行真空脱泡直至无气泡产生；

3）用点胶机将脱泡后的LED封装用双组份自成型透镜硅胶在平封的支架上或COB上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体；

4)将半球形胶体分两段加热固化，首段温度80℃～120℃固化1～2小时，二段温度120℃～150℃固化2～3小时，加热固化过程中半球形胶体不随温度变化而变形，胶体固化后即得到半球形硅胶透镜。

与现有技术相比，本发明LED封装用双组份自成型透镜硅胶改变了目前LED透镜封装中使用透镜模具的模顶封装工艺，真正实现了无模具透镜封装。由于本发明LED封装用双组份自成型透镜硅胶不需要使用模具，简化了在模顶封装工艺中的模具处理、安装，注胶、固化成型、再剥离脱模等步骤，不仅工艺简单、易于操作，而且投资少、成本低、生产效率高，因而更适合大规模生产。

附图说明

图1为传统贴片平面封装LED和用本发明硅胶对贴片做透镜封装的LED示意图；图1A为传统贴片平面封装LED侧视图；图1B为用本发明硅胶对贴片做透镜封装的LED侧视图。

图2为传统平面封装COB和用本发明硅胶做透镜封装COB的示意图；图2A为传统平面封装COB的侧视图；图2B为用本发明硅胶做透镜封装COB的侧视图；图2C为传统平面封装COB的俯视图；图2B为用本发明硅胶做透镜封装COB的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步描述，但发明不局限于下列的实施例。

本发明LED封装用双组份自成型透镜硅胶是由A、B两组份配制而成的硅氢加成型硅橡胶，使用本硅胶做透镜封装不需要外加模具，直接在平封的支架上或COB上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体，胶体经加热固化即成为半球形硅胶透镜，真正实现了无模具透镜封装。因而，本发明LED封装用双组份自成型透镜硅胶是一种自成型的透镜硅胶。

实施例1

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为10000mPa·s，乙烯基含量为1.1％的乙烯基硅油1000克、铂含量为21％的乙烯基铂络合物20ppm，在常温下搅拌混合2小时配制成硅胶A组份。

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为5000mPa·s，含氢量为0.9％的含氢硅油800克、乙烯基含量为0.1％的MQ树脂150克，乙炔环己醇30克，粒径为30nm的烟雾状二氧化硅20克，在常温下搅拌混合2小时配制成硅胶B组份。

将硅胶A、B两组份按照4∶1质量比混合，混合均匀后进行真空脱泡直至无气泡产生。用点胶机将脱泡后的硅胶在已用低折光硅胶平封的5050贴片上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体。然后按照100℃1小时，150℃2小时次序连续加热固化，加热固化过程中半球形胶体不随温度变化而变形，胶体固化后即形成半球形硅胶透镜，直径为4.000mm，高度为1.680mm。

实施例2

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为60000mPa·s，乙烯基含量为2.0％的乙烯基硅油1000克、铂含量为21％的乙烯基铂络合物10ppm，在常温下搅拌混合3小时配制成硅胶A组份。

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为100mPa·s，含氢量为1.8％的含氢硅油650克、乙烯基含量为0.3％的MQ树脂200克，乙炔环己醇50克，粒径为30nm的烟雾状二氧化硅100克，在常温下搅拌混合3小时配制成硅胶B组份。

将硅胶A、B两组份按照4∶1质量比混合，混合均匀后进行真空脱泡直至无气泡产生。用点胶机将脱泡后的硅胶在已用低折光硅胶平封的5050贴片上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体。然后依照100℃1小时，120℃3小时次序连续加热固化，加热固化过程中半球形胶体不随温度变化而变形，胶体固化后即形成半球形硅胶透镜，直径为3.700mm，高度为1.550mm。

实施例3

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为60000mPa·s，乙烯基含量为1.5％的乙烯基硅油1000克、铂含量为21％的乙烯基铂络合物30ppm，在常温下搅拌混合2小时配制成硅胶A组份。

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为5000mPa·s，含氢量为1.4％的含氢硅油750克、乙烯基含量为0.1％的MQ树脂150克，甲基丁炔醇30克，粒径为30nm的烟雾状二氧化硅70克，在常温下搅拌混合2小时配制成硅胶B组份。

将硅胶A、B两组份按照4∶1质量比混合，混合均匀后进行真空脱泡直至无气泡产生。用点胶机将脱泡后的硅胶在COB上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体。然后依照100℃1小时，120℃3小时次序连续加热固化，加热固化过程中半球形胶体不随温度变化而变形，胶体固化后即形成半球形硅胶透镜，直径为4.000mm，高度为1.690mm。

实施例4

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为60000mPa·s，乙烯基含量为0.8％的乙烯基硅油1000克、铂含量为21％的乙烯基铂络合物20ppm，在常温下搅拌混合1小时配制成硅胶A组份。

在2升行星搅拌釜中，依次加入粘度为5000mPa·s，含氢量为0.7％的含氢硅油750克、乙烯基含量为0.1％的MQ树脂150克，甲基丁炔醇40克，粒径为300nm的有机膨润土60克，在常温下搅拌混合1小时配制成硅胶B组份。

将硅胶A、B两组份按照4∶1质量比混合，混合均匀后进行真空脱泡直至无气泡产生。用点胶机将脱泡后的硅胶在底部已用高折光硅胶点粉和用低折光硅胶平封的大功率支架上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体。然后依照100℃1小时，120℃3小时次序连续加热固化，加热固化过程中半球形胶体不随温度变化而变形，胶体固化后即形成半球形硅胶透镜，直径为5.200mm，高度为2.340mm。

实施例5

为了对比传统模顶封装LED和用本发明硅胶做无模具透镜封装LED的封装工艺，在实验室条件下，按下述方法制备模顶封装LED样品：

1、将高折光硅胶H-532的A、B组分和荧光粉、扩散粉按下述质量比调配，A∶B∶荧光粉：扩散粉=0.485∶1.455∶0.1∶0.025，混合均匀并真空脱泡。

2、取0.5w大功率支架置于烘箱中150℃烘烤1小时除湿，冷却至室温。

3、用点胶机将脱泡后的硅胶H-532点在除湿后的0.5w大功率支架上，调整色温为2850K，并在150℃烘烤半小时。

4、取一次性透镜模具置于烘箱中100℃烘烤1小时除湿处理，冷却至室温，然后将模具压紧在上述已点粉的0.5w大功率支架上，并用夹具固定。

5、将低折光硅胶EH-102的A、B两组分按质量比A∶B=1∶1调配，混合均匀并真空脱泡。

6、用一次性注射器将脱泡后的硅胶EH-102从透镜模具底部边缘的一个小孔中注入支架中，注射时调整支架方向，使气泡从透镜模具底部边缘的另一个小孔中排出，让硅胶EH-102平缓地充满支架内部空间，最后让少量的胶水从排泡孔排出，确保胶体中没有气泡。

7、将上述封装的胶体置于烘箱中80℃烘烤1小时，然后除去夹具、小心脱掉透镜模具，露出硅胶透镜。

8、将脱模后的硅胶透镜在150℃烘烤4小时，得到模顶封装LED样品。

对比上述传统模顶封装LED的制作过程和用本发明硅胶进行无模具透镜封装LED的制作过程（实施例4）不难发现，传统模顶封装工艺比本发明的无模具透镜封装工艺要复杂，不仅工序繁杂、操控难度大、运作时间长、而且设备投资大、生产成本高。与其相比，应用本发明硅胶进行无模具透镜封装，其工艺简单、容易操控、设备投资小、生产效率高。

实施例6

为了对比传统贴片平面封装LED和使用本发明硅胶对贴片做透镜封装LED的发光效果，现以实施例1制备的两种封装LED为样品，在可比的色温范围内进行了发光性能检测，结果见表1。

表1传统贴片平面封装LED和使用本发明硅胶对贴片做透镜封装LED的发光性能检测

如图1所示，传统贴片平面封装的LED呈平面状（图1A），使用本发明硅胶对贴片做透镜封装的LED呈半球形透镜状（图1B）。从表1数据中看出，传统贴片平面封装LED的光通量为12.10lm，光效为63.10lm/W；使用本发明硅胶对贴片做透镜封装的LED，其光通量为13.66lm，光效为71.96lm/W。对比结果表明，两种封装LED在可比色温范围内，使用本发明硅胶对贴片做透镜封装的LED比传统贴片平封LED发光效果好。

实施例7

为了对比传统平面封装COB和使用本发明硅胶做透镜封装COB的发光效果，现以表2所列的两种封装COB为样品，在可比色温范围内进行发光性能检测，结果见表2。

表2传统平面封装COB和使用本发明硅胶做透镜封装COB的发光性能检测

如图2所示，传统平面封装COB是把硅胶平铺在整个基材上（图2A和图2C），不仅严重浪费硅胶而且不利于芯片散热；而使用本发明硅胶做透镜封装的COB只是在每个LED灯珠上点胶（图2B和图2D），即节省硅胶减低成本又利于芯片散热。从表2数据中看出，传统平面封装COB的光通量为407.71lm，光效为85.44lm/W；使用本发明硅胶做透镜封装的COB，其光通量为414.96lm，光效为87.10lm/W；对比结果看出，两种封装COB在可比色温范围内，使用本发明硅胶做透镜封装的COB比传统平面封装COB的发光效果好。

实施例8

为了对比传统模顶封装LED和用本发明硅胶做的无模具透镜封装LED的发光效果，以实施例5中制备的模顶封装LED和实施例4中用本发明硅胶制备的无模具透镜封装LED为测试样品，在可比色温范围内进行发光性能检测，结果见表3。

表3传统模顶封装LED和使用本发明硅胶做的无模具透镜封装LED的发光性能检测

从表3中看出，两种LED封装透镜的形状均为半球形，模顶封装透镜直径为5.120mm，高度为2.520mm；用本发明硅胶制作的无模具封装透镜的直径为5.200mm，高度为2.340mm，尺寸大小相近。两种透镜封装的LED色温也处于可比范围内。测试的发光效果表明，用模顶封装制作的LED其光通量为40.19lm，光效为59.54lm/W；用本发明硅胶制作的无模具封装LED其光通量为42.18lm，光效为62.49lm/W。后者比前者略好，但两者差别不大。由于透镜封装LED的发光效果和硅胶性质和透镜形状有关，可见两者的硅胶性质也是比较接近的。然而重要的是，即使在达到同等发光效果的前提下，用本发明透镜硅胶及其无模具自成型透镜封装工艺却是传统模顶封装工艺所远远不及的。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，由A、B组份按4∶1（质量比）组成，其中，

A组份各成分及其质量百分数为：乙烯基硅油99-99.9％，铂催化剂1-30ppm；

B组份各成分及其质量百分数为：含氢硅油65-80％，乙烯基MQ树脂10-20％，稳定剂1-5％，触变材料1-10％。

2.根据权利要求1所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，所述A组份中乙烯基硅油的粘度为10000-60000mPa·s，乙烯基含量为0.8-2.4％；所述A组份中铂催化剂为氯铂酸异丙醇溶液或各种铂络合物中的一种，铂金含量为10-22％。

3.根据权利要求2所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，所述A组份中乙烯基硅油的粘度为10000-30000mPa·s。

4.根据权利要求2所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，所述A组份中铂催化剂为乙烯基硅氧烷铂络合物。

5.根据权利要求1所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，所述B组份中含氢硅油粘度为100-5000mPa·s；所述B组份中乙烯基MQ树脂的乙烯基含量为0.1-1％；所述稳定剂为乙炔基环己醇或甲基丁炔醇中的一种；所述触变材料为烟雾状二氧化硅或有机膨润土。

6.根据权利要求5所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，所述B组份中含氢硅油粘度为1000-5000mPa·s，氢含量为0.7-2.5％。

7.根据权利要求5所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，所述稳定剂为乙炔环己醇。

8.根据权利要求3所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶，其特征在于，所述触变材料为烟雾状二氧化硅，粒径30nm。

9.一种应用权利要求1所述的LED封装用双组份自成型透镜硅胶的封装工艺，其特征在于，所述透镜封装工艺为无模具透镜封装，在平封的支架上或COB上点胶，硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体，加热固化也不出现坍塌变形。

10.根据权利要求9所述的应用LED封装用双组份自成型透镜硅胶的封装工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）在常温下将A、B两组份在搅拌釜中分别混合均匀；

2）按质量比A∶B=4∶1的配比将A、B两组份混合，混匀后的硅胶进行真空脱泡直至无气泡产生；

3）用点胶机将脱泡后的LED封装用双组份自成型透镜硅胶在平封的支架上或COB上点胶，LED封装用双组份自成型透镜硅胶凭借自身性质和重力作用自然形成半球形胶体；

4)将半球形胶体分两段加热固化，首段温度80℃～120℃固化1～2小时，二段温度120℃～150℃固化2～3小时，加热固化过程中半球形胶体不随温度变化而变形，胶体固化后即得到半球形硅胶透镜。

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