CN103497717B - 一种led导热固晶胶粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于LED封装材料技术领域，提供了一种LED导热固晶胶粘结剂及其制备方法。该LED导热固晶胶粘结剂包括如下重量百分比的下述组分：环氧树脂5%～35%、铝粉60%～90%、稀释剂0.2%～1%、分散剂1%～2.5%、偶联剂0.5%～1%、固化剂0.3%～7%、催化剂0.3%～1%。其制备方法包括：称取配方组分、制备混合物料并真空去泡、固化处理等步骤。本发明LED导热固晶胶粘结剂以铝粉作为固晶胶粘结剂的填充材料，导热性能好、电气连接性能好、成本低。本发明LED导热固晶胶粘结剂的制备方法，工艺简单、条件易控、成本低。

Description

一种LED导热固晶胶粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明属于LED封装材料技术领域，尤其涉及一种LED导热固晶胶粘结剂及其制备方法。

背景技术

LED作为一种特殊的光电子半导体器件，由于具有抗震耐压冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，汽车，背光源等方面；随功率型LED的发展，具备节能环保特征的LED照明成为世界各国的重点发展产业之一。然而当前大功率LED制造产业的共性问题是散热管理，开发高导热性能的LED固晶封装材料成为解决LED制造产业瓶颈问题的关键技术之一。

目前市场上所用的固晶胶大部分均是银胶，银胶多采用微米级的片状银粉，比重大，长时间放置会出现偏析、沉淀和团聚现象，放置的银胶在解冻后，即使经长时间搅拌也很难恢复银粉在胶水中的分散性，因此银胶的导电性能差；其次，由于银胶中的银粉易形成银离子，从而产生离子迁移，导致使用银胶的电子器件产生短路、甚至失效，从而降低了其电气连接性能；再次，经调研发现，要保证银胶的高导热性，需要银粉的填充含量较高，质量百分比均在90%以上，从而导致了银胶的价格昂贵，限制其在LED电子器件产品的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED导热固晶胶粘结剂，旨在解决使用银粉作为LED固晶胶粘结剂导热性能和电气连接性能差、膨胀系数高以及成本昂贵的问题。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、条件易控、生产成本低的LED导热固晶胶粘结剂制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种LED导热固晶胶粘结剂，包括如下质量百分比的配方组分：

以及，一种LED导热固晶胶粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

按照上述LED导热固晶胶粘结剂配方分别称取各组分；

将铝粉置于有机溶液中混合均匀后，依次进行过滤、纯化、干燥、粉碎处理，得到经预处理后的铝粉；

将上述经预处理后的铝粉与环氧树脂进行混合处理后，添加其它成分混合形成混合物料，并对该混合物料进行真空脱泡处理。

本发明提供的LED导热固晶胶粘结剂，采用铝粉作为固晶胶粘结剂的填充材料，在环氧树脂的协同作用下，该铝粉在固晶胶粘结剂中不会出现沉淀、团聚或偏析现象，因此，能有效地保证了固晶胶粘结剂在使用前、使用时、甚至长时间放置后使用时能分散均匀，从而提高了LED导热固晶胶粘结剂的导热性能；另一方面，由于铝粉在LED导热固晶胶粘结剂中稳定性强，不易形成铝离子，从而避免了使用该LED导热固晶胶粘结剂的电子器件由于离子迁移造成的电子器件短路或失效，提高了其电气连接性能。此外，铝粉价格比银粉便宜，用铝粉代替银粉制备LED导热固晶胶粘结剂，在能有效地保证导热性能和电气连接性能的前提下，大大降低了LED导热固晶胶粘结剂的成本。本发明实施例提供的LED导热固晶胶粘结剂适用于LED固晶封装应用场合。

本发明LED导热固晶胶粘结剂的制备方法只需对铝粉进行表面清洗处理后，对物料进行混合、脱泡处理，该方法工艺简单、条件易控；且与现有技术使用银粉制备LED固晶胶粘结剂比，使用铝粉制备LED导热固晶胶粘结剂降低了生产成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例LED导热固晶胶粘结剂制备方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种LED导热固晶胶粘结剂，包括如下质量百分比的配方组分：

具体地，上述环氧树脂作为LED导热固晶胶粘结剂的基本组分，其具有很多优异的综合性能，比如具有优良的粘结性能、耐热性能、耐化学腐蚀性、机械强度，且由于环氧树脂分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物，因此，环氧树脂被广泛用于制备LED导热固晶胶粘结剂。为了使得填充材料在环氧树脂中能更好地分散、且分散均匀，从而提高LED固晶胶粘结剂的导热性能，本发明优选实施例中，该环氧树脂选用低粘度的环氧树脂。在具体实施例中，所述环氧树脂为双酚F型、双酚A型、脂环族环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚类环氧树脂、JH-8672H型环氧树脂、E型环氧树脂中的一种或两种以上的共混物，其中，所述双酚E型环氧树脂为E-51型热固性环氧树脂等。当选用两种或两种以上的上述环氧树脂时，其各成分的重量百分比不受限制。在具体实施例中，上述环氧树脂的含量可以是5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%等具体重量百分比例。

上述铝粉作为LED导热固晶胶粘结剂的填充材料，对LED导热固晶胶粘结剂的导热性能和和电气连接性能影响较大。一方面，由于铝粉的密度较小，与本发明实施例中环氧树脂基体的密度相差较小，因此，铝粉在LED导热固晶胶粘结剂中分散性能好，即便长期保存也不会出现沉淀、团聚或偏析等现象，从而提高了LED导热固晶胶粘结剂的导电性能；另一方面，由于铝粉在LED导热固晶胶粘结剂中不易产生铝离子，因此不会产生离子迁移效应，从而避免了使用含铝粉的LED导热固晶胶粘结剂的电子器件出现短路或失效的现象，增加了LED导热固晶胶粘结剂的电气连接性能。此外，与银胶相比，由于铝材料的价格相对比较便宜，因此，使用含铝的LED导热固晶胶粘结剂成本更低。

在优选实施例中，所述铝粉为片状铝粉、球形铝粉或针枝形铝粉中的至少一种，进一步的，所述铝粉优选为片状铝粉。当铝粉为上述三种的混合材料时，各种铝粉的含量不受限制。在具体实施例中，所述铝粉的含量可以是60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%等具体重量百分比例。

为了降低所述环氧树脂的粘性，促进铝粉在环氧树脂体系中更好的分散均匀，从而进一步提高LED导热固晶胶粘结剂的导热性能，本发明实施例LED导热固晶胶粘结剂中添加一定量的稀释剂。在优选实施例中，所述稀释剂为K-100、K-77、XR-86、XR-87中的至少一种。另外，在具体实施例中，所述稀释剂的含量可以是0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%等具体重量百分比例。

本发明实施例中，为了增加有机环氧树脂和无机铝粉之间的相容性，同时防止铝粉的沉降和凝聚，所述LED导热固晶胶粘结剂中添加有一定量的分散剂，分散剂的选用不受限制，常用的工业分散剂，如脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类、石蜡类、金属皂类、低分子蜡类等，均可用于本发明实施例LED导热固晶胶粘结剂的制备。在具体实施例中，所述分散剂的含量可以是1.0%、1.3%、1.5%、1.8%、2.0%、2.2%、2.5%等具体重量百分比例。

为了增加铝粉与环氧树脂之间的相容性与亲和力，在环氧树脂中添加少量的偶联剂。加入偶联剂的LED导热固晶胶粘结剂，能增加固晶胶粘结剂与埋入电子元件间的接着力、减少吸水性、提高挠曲强度，同时降低环氧树脂的粘度、改善固晶胶粘结剂的流动性等。在优选实施例中，所述偶连剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570或钛酸酯类偶联剂中的至少一种。当偶联剂选有两种或两种以上时，各种偶联剂的含量不受限制。在具体实施例中，所述偶联剂的含量可以是0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%等具体重量百分比例。

本发明实施例中，所述固化剂是与环氧树脂发生化学反应、使环氧树脂变成坚韧的固体的添加剂。作为优选实施例，所述固化剂为双氰胺、酸酐类或咪唑类固化剂中的至少一种。其中，酸酐类固化剂的固化温度较高，具有较好的耐热性能。在具体实施例中，所述固化剂的含量可以是0.3%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%等具体重量百分比例。

本发明实施例LED导热固晶胶粘结剂中，加入催化剂可对所述环氧树脂的固化起引发作用，在优选实施例中，所述催化剂为2-甲基-4-乙基咪唑、苯酚甲醛己二胺中的至少一种。当催化剂选有两种时，两种催化剂的含量不受限制。作为具体实施例，所述催化剂的含量可以是0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%等具体重量百分比例。

本发明实施例提供的LED导热固晶胶粘结剂，采用铝粉作为固晶胶粘结剂的填充材料，在环氧树脂的协同作用下，该铝粉在固晶胶粘结剂中不会出现沉淀、团聚或偏析现象，因此，能有效地保证了固晶胶粘结剂在使用前、使用时、甚至长时间放置后使用时能分散均匀，从而提高了LED导热固晶胶粘结剂的导热性能；另一方面，由于铝粉在LED导热固晶胶粘结剂中稳定性强，不易形成铝离子，从而避免了使用该LED导热固晶胶粘结剂的电子器件由于离子迁移造成的电子器件短路或失效，提高了其电气连接性能。此外，铝粉价格比银粉便宜，用铝粉代替银粉制备LED导热固晶胶粘结剂，在能有效地保证导热性能和电气连接性能的前提下，大大降低了LED导热固晶胶粘结剂的成本。本发明实施例提供的LED导热固晶胶粘结剂适用于LED固晶封装应用场合。

本发明实施例所述LED导热固晶胶粘结剂，可按照下述方法制备获得，当然，也可按照其他能获得该LED导热固晶胶粘结剂的方法制备得到。

相应地，本发明实施例还提供了一种LED导热固晶胶粘结剂的制备方法，包括以下步骤，如附图1所示：

S01.称取配方组分：按照上述LED导热固晶胶粘结剂配方分别称取各组分；

S02.铝粉预处理：将铝粉置于有机溶液中混合均匀后，依次进行过滤、纯化、干燥、粉碎处理，得到经预处理后的铝粉；

S03.制备混合物料：将上述经预处理后的铝粉与环氧树脂进行混合处理后，添加其它成分混合形成混合物料，并对该混合物料进行真空脱泡处理。

具体地，上述步骤S01中，LED导热固晶胶粘结剂的配方以及配方中的各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中，为了所述铝粉在所述环氧树脂体系中分散均匀，本发明实施例对铝粉进行预处理，具体方法如下：将片状铝粉置于有机溶液中充分混合，然后依次对其进行滤除有机溶剂、纯化处理，所述有机溶剂可选用与铝不发生化学反应的有机溶剂，如丙酮等；所述混合处理的方式不受限制，只要能达到铝粉与有机溶剂的充分混合即可；本发明实施例中，为了提高铝粉与有机溶剂的混合效果，选用在超声波中振荡搅拌处理2～3h；所述过滤处理的目的是为了得到纯度较高的铝粉单体，过滤的方式可通过离心机离心处理沉淀铝粉后，过滤出铝粉；所述纯化处理采用合适的有机溶剂和去离子水对其进行多次清洗，用于纯化的有机溶剂选用不与铝发生反应、且能有效去除其他可能还有的杂质的有机溶剂，具体的，本发明实施例优选采用无水乙醇和去离子水对过滤后的铝粉清洗三次；纯化处理后，需对铝粉进行干燥处理，干燥方法可在30～90℃下真空干燥0.5～24h后；将干燥后的铝粉在碾钵中碾磨分散，得到表面清洗、粒径均匀的铝粉。由于上述铝粉的粒径或尺寸对固晶胶粘结剂的性能有一定影响。当所述经预处理后的铝粉粒径或尺寸较大时，用于粘结电子器件的LED导热固晶胶粘结剂的胶层容易涂抹过厚，从而导致粘附的电子器件牢固力不够；当所述铝粉的粒径过小时，涂抹的胶层往往容易因为太薄而粘附力不够。经过发明人反复实验发现，当所述经预处理后的铝粉粒径或尺寸为5～20μm时，能有效的解决上述问题。

上述步骤S03中，为了铝粉和环氧树脂实现充分混合，本发明实施例采用先对铝粉和环氧树脂进行混合处理的方式，为了增加混合效果，可在混合前在环氧树脂中添加一定稀释剂或有机溶剂如丙酮对其进行溶解或稀释，形成均匀的液态或混悬状环氧树脂。混匀后再添加LED导热固晶胶粘结剂中的其他剩余组分，对该混合物料进行混合处理。本发明实施例中，混合设备不受限制，优选采用重力混凝搅拌或高速剪切匀浆机进行搅拌混匀。同时，对上述混合物料进行真空脱泡处理，以避免在点胶时出现空点或其它不良导致的LED导热固晶胶粘结剂的性能降低。采用真空脱泡处理，可精确达到脱泡效果，且脱泡过程无污染，脱泡时间短，效果明显。

本发明实施例提供的LED导热固晶胶粘结剂制备方法，首先对铝粉进行预处理，然后将预处理后的铝粉加入到含有一定稀释剂或有机溶剂溶解的环氧树脂基体中进行充分搅拌，进而添加分散剂、偶连剂、固化剂和促进剂及催化剂等组分混匀，制备出高导热高韧性的固晶胶。该方法工艺简单、可控性强，制备出来的LED导热固晶胶粘结剂性能好。

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种LED导热固晶胶粘结剂，其包括的配方组份和相应组份的含量见下表1中实施例1。其中，环氧树脂为E-51型环氧树脂，铝粉为片状铝粉，稀释剂为K-100，偶联剂为硅烷偶联剂KH-570，固化剂为双氰胺，催化剂为2-甲基-4-乙基咪唑。

LED导热固晶胶粘结剂的制备方法：

（1）按表1中实施例1配方称取各组分；

（2）将15g的片状铝粉置于50ml的丙酮中，在100W超声波中振荡并且搅拌2.5h，利用离心机过滤出片状铝粉，并用无水乙醇和去离子水清洗，在80℃下真空干燥24h后，再在碾钵中碾磨分散，得到表面清洗后的片状铝粉；

（3）将稀释剂K-100和E-51型环氧树脂混合，将上述清洗处理的粒径为5～8μm的片状铝粉加入到混合后的E-51型环氧树脂基体中，利用重力混凝搅拌机进行充分搅拌均匀。继续依次添加其他各组分分散剂、偶连剂KH-570、双氰胺固化剂、二甲基四乙基咪唑，在高速剪切匀浆机中充分搅拌均匀并真空脱泡。

实施例2

一种LED导热固晶胶粘结剂，其包括的配方组份和相应组份的含量见下表1中实施例2。其中，环氧树脂为E-51型环氧树脂，铝粉为片状铝粉，稀释剂为K-100，偶联剂为硅烷偶联剂KH-570，固化剂为双氰胺，催化剂为2-甲基-4-乙基咪唑。

LED导热固晶胶粘结剂的制备方法：

（1）按表1中实施例2配方称取各组分；

（2）将25g的片状铝粉置于50ml的丙酮中，在100W超声波中振荡并且搅拌2.5h，利用离心机过滤出片状铝粉，并用无水乙醇和去离子水清洗，在80℃下真空干燥24h后，再在碾钵中碾磨分散，得到表面清洗后的片状铝粉；

（3）将稀释剂K-100和E-51型环氧树脂混合，将上述清洗处理的粒径为5～8μm的片状铝粉加入到混合后的E-51型环氧树脂基体中，利用重力混凝搅拌机进行充分搅拌均匀。继续依次添加其他各组分分散剂、偶连剂KH-550、双氰胺固化剂、二甲基四乙基咪唑，在高速剪切匀浆机中充分搅拌均匀并真空脱泡。

实施例3

一种LED导热固晶胶粘结剂，其包括的配方组份和相应组份的含量见下表1中实施例3。其中，环氧树脂为JH-8672H型环氧树脂，铝粉为片状铝粉，稀释剂为K-100，偶联剂为硅烷偶联剂KH-570，固化剂为甲基四氢苯酐，催化剂为2-甲基-4-乙基咪唑。

LED导热固晶胶粘结剂的制备方法：

（1）按表1中实施例3配方称取各组分；

（2）将25g的片状铝粉置于50ml的丙酮中，在100W超声波中振荡并且搅拌2.5h，利用离心机过滤出片状铝粉，并用无水乙醇和去离子水清洗，在80℃下真空干燥24h后，再在碾钵中碾磨分散，得到表面清洗后的片状铝粉；

（3）将稀释剂K-100和JH-8672H型环氧树脂混合，将上述清洗处理的粒径为5～8μm的片状铝粉加入到混合后的JH-8672H型环氧树脂基体中，利用重力混凝搅拌机进行充分搅拌均匀。继续依次添加其他各组分分散剂、偶连剂KH-560、甲基四氢苯酐固化剂、二甲基四乙基咪唑，在高速剪切匀浆机中充分搅拌均匀并真空脱泡。

实施例4

一种LED导热固晶胶粘结剂，其包括的配方组份和相应组份的含量见下表1中实施例4。其中，环氧树脂为JH-8672H型环氧树脂，铝粉为片状铝粉，稀释剂为K-100，偶联剂为硅烷偶联剂KH-570，固化剂为甲基四氢苯酐，催化剂为2-甲基-4-乙基咪唑。

LED导热固晶胶粘结剂的制备方法：

（1）按表1中实施例4配方称取各组分；

（2）将25g的片状铝粉置于50ml的丙酮中，在100W超声波中振荡并且搅拌2.5h，利用离心机过滤出片状铝粉，并用无水乙醇和去离子水清洗，在80℃下真空干燥24h后，再在碾钵中碾磨分散，得到表面清洗后的片状铝粉；

（3）将稀释剂K-100和JH-8672H型环氧树脂混合，将上述清洗处理的粒径为5～8μm的片状铝粉加入到混合后的JH-8672H型环氧树脂中，利用重力混凝搅拌机进行充分搅拌均匀。继续依次添加其他各组分分散剂、偶连剂KH-570、甲基四氢苯酐固化剂、二甲基四乙基咪唑，在高速剪切匀浆机中充分搅拌均匀并真空脱泡。

对比例1

一种银粉固晶胶粘结剂，其包括的配方组份和相应组份的含量见下表1中对比例1。其中，环氧树脂为JH-8672H型环氧树脂，银粉为片状银粉，稀释剂为K-100，偶联剂为KH-560，固化剂为甲基四氢苯酐，催化剂为2-甲基-4-乙基咪唑。

银粉固晶胶粘结剂的制备方法：

（1）按表1中对比例1配方称取各组分；

（2）将25g的片状银粉置于50ml的丙酮中，在100W超声波中振荡并且搅拌2.5h，利用离心机过滤出片状银粉，并用无水乙醇和去离子水清洗，在80℃下真空干燥24h后，再在碾钵中碾磨分散，得到表面清洗后的片状银粉；

（3）将稀释剂K-100和JH-8672H型环氧树脂混合，将上述清洗处理的粒径为5～8μm的片状银粉加入到混合后的JH-8672H型环氧树脂中，利用重力混凝搅拌机进行充分搅拌均匀。继续依次添加其他各组分分散剂、偶连剂KH-560、甲基四氢苯酐固化剂、二甲基四乙基咪唑，在高速剪切匀浆机中充分搅拌均匀并真空脱泡。

性能测试：

将上述实施例1至实施例4制备的LED导热固晶胶粘结剂及对比例1制备的LED导热固晶胶粘结剂在150℃下固化处理2h后，分别进行性能测试。

相关性能测试方法如下：

（1）剪切拉伸强度：剪切拉伸强度按ATM-0052标准测试测试；

（2）导热系数：导热系数按ASTMD5470标准测试；

测定结果见下述表2。

表1

表2

由表2中测试数据可知，上述实施例1-4制备的LED导热固晶胶粘结剂，剪切拉伸强度强，达到16.78Mpa；导热性能好，导热系数大于5W/m℃，适用于LED电子器件的封装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LED导热固晶胶粘结剂，其特征在于，包括如下质量百分比的配方组分：

对所述铝粉的预处理方法如下：将所述铝粉置于与所述铝粉不发生化学反应的有机溶剂中，在超声波中振荡搅拌2～3h，利用离心机过滤出铝粉，并用无水乙醇和去离子水清洗后，在30～90℃下真空干燥0.5～24h；

经预处理后的所述铝粉为片状铝粉、球形铝粉或针枝形铝粉中的至少一种，所述片状铝粉或针枝形铝粉的尺寸为5～20μm，所述球形铝粉粒径为5～20μm。

2.如权利要求1所述的一种LED导热固晶胶粘结剂，其特征在于，所述环氧树脂为双酚F型、双酚A型、脂环族环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚类环氧树脂中的一种或共混物。

3.如权利要求1所述的一种LED导热固晶胶粘结剂，其特征在于，所述稀释剂为K-100、K-77、XR-86、XR-87中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种LED导热固晶胶粘结剂，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、钛酸酯类偶联剂的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种LED导热固晶胶粘结剂，其特征在于，所述固化剂为双氰胺、酸酐类、咪唑类固化剂的至少一种。

6.如权利要求1或2所述的一种LED导热固晶胶粘结剂，其特征在于，所述的催化剂为2-甲基-4-乙基咪唑、苯酚甲醛己二胺缩合物中的至少一种。

7.一种LED导热固晶胶粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

按照权利要求1～6任一项所述的LED导热固晶胶粘结剂配方分别称取各组分；

将铝粉置于有机溶剂中混合均匀后，依次进行过滤、纯化、干燥、粉碎处理，得到经预处理后的铝粉；

将上述经预处理后的铝粉与环氧树脂进行混合处理后，添加其它成分混合形成混合物料，并对该混合物料进行真空脱泡处理。