TW201540779A

TW201540779A - Ｌｅｄ紫外光固化有機矽封裝膠及其製備方法

Info

Publication number: TW201540779A
Application number: TW103114849A
Authority: TW
Inventors: Song Ke
Original assignee: Jiangsu Jianatai Organosilicon Co Ltd
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2015-11-01

Abstract

本發明公開一種LED紫外光固化有機矽封裝膠及其製備方法，製得的LED紫外光固化有機矽封裝膠為透明封裝材料，可以根據不同封裝工藝與要求製得各種不同韌性、硬度或強度以及折射率在1.4~1.5之間的LED紫外光固化有機矽封裝膠產品，可應用於多種類型LED的封裝或其他光學用途的灌封。本發明封裝膠在紫外光照射下20~30秒內快速固化，工藝簡單、高效，同時環保、節能，光固化後的製品具有較強的耐濕熱老化、耐紫外光老化、耐交變溫度老化性能，變色性和透光率不受影響。

Description

LED紫外光固化有機矽封裝膠及其製備方法

本發明屬於發光二極體(LED)封裝材料領域，具體涉及一種LED紫外光固化有機矽封裝膠及其製備方法。

目前全球面臨能源，材料等危機，對能源、材料的需要卻不斷增大，因此節能減碳已經成為全世界的環境主題以及我國此後可持續發展的一個主題。在能源消耗方面，照明系統的能源消耗佔有很大的比重，因此在照明系統的節能節電的努力，勢必可以對能源危機起到很大的緩解作用。

目前，還被廣泛應用的光源是白熾燈泡，其已經被應用有近130年歷史，雖然有所改進和變化，但發光原理依然未變；然後到日光燈的問世，再發展到當下的節能燈，這般發展光源的效率雖有很大的提高，卻很難從根本上解決高效節電的難題。隨著發光材料及其製備技術的進步，以發光二極體(light emitting diode，LED)為代表的固態照明，有可能成為最有效的通用照明節能的技術途徑，成為下一代照明技術。我國的LED封裝產品已在背光光源、指示光源、顯示光源以及照明等方向得到了廣泛的應用，其應用的領域和行業包括了消費類的電子業、交通業、廣告業、建築業、體育業、汽車業、娛樂業等領域。

在LED產業的產業鏈中，由上、中、下游三部分連接，其分別為晶片技術、LED的封裝以及LED的應用。LED的封裝在LED產業鏈中，作為中間環節，在其中起著很大的作用。LED的封裝的主要目的包括對晶片的機械支撐，散熱，晶片保護，信號傳遞、降低LED晶片與空氣之間折射率的差距以增加光輸等功能，而封裝材料又對LED的出光壽命影響很大。因此封裝材料對LED的推廣和應用非常重要。從LED發光體的結構上可知：LED晶片是黏結在基質材料上，通過引線與外部電極相連接。然後採用灌封膠，將基材、電極、引線、殼體等聯結成整體。由於其體積小、功率大、亮度高、使用時間長，對所灌封的材料提出了更為嚴格的光學性能和物理、化學性能要求。高透明、抗色變、耐高溫，使用壽命長，是LED封裝膠首選的必要條件。

目前普通的大功率LED封裝膠是以透明環氧樹脂為主構成的，由於環氧樹脂的固化速度、耐熱性、高溫黃變性、透光穩定性，散熱性等多方面的均不能滿足現有的大功率LED封裝所必須的性能指標，因此必須有更優越的材料來滿足封裝物理、化學性能要求。

本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種LED紫外光固化有機矽封裝膠，採用兩種不同乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物為原料，協同光敏劑與助劑製得的封裝膠固化後的封裝膠光學性能高，同時化學性能與物理機械性能優良、使用方便等優點，此外封裝膠的固化速度快，可以顯著提高LED光源的封裝速度。

本發明的另一個目的是提供所述LED紫外光固化有機矽封裝膠的製備方法。

本發明的上述目的通過如下技術方案予以實現：一種LED紫外光固化有機矽封裝膠，由如下重量百分數組分組成：低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物20~95、高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物5~80、光敏劑0.03~0.5%、助劑0.1~2；所述低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物中的丙烯酸酯基為CH₂CHCOOROCOCH₂CH₂-，R為烷基或含羥基的烷基，其官能度大於2，分子量為500~1000000；所述高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物中的丙烯酸酯基為(CH₂CHCOO)_bROCOCH₂CH₂-，R為烷基或含羥基的烷基，b不小於2，其官能度大於2，分子量為500~1000000。

本發明所述LED紫外光固化有機矽封裝膠由低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物(組分A)、高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物(組分B)、光敏劑、助劑混合配製而成，發明人通過大量實驗發現組分A在配方中主要起調節產品柔韌性的作用，組分B在配方中主要起調節產品硬度的作用，通過調節組分A與組分B的用量比例可以製得各種不同韌性、硬度或強度的封裝膠產品。

優選地，所述組分A具體分子結構式如下：

線型A-II

其中m：n=0~3000：5~15000，R₁為組分A中的丙烯酸酯基，R₂為甲基或苯基，M₁=0.01~2，M₂=1.4~5，Q=1，M與Q的比值為1.41~5。

優選地，所述組分B的分子結構式如下：

其中m：n=0~3000：5~15000，R₁為組分B中的丙烯酸酯基，R₂為甲基或苯基，M₁=0.01~2，M₂=1.4~5，Q=1，M與Q的比值為1.41~5。

本發明所述組分A或組分B可以採用現有技術直接合成製得，作為一種實施方式，所述組分A或組分B為通過相應不同含氫量含甲基或苯基的聚矽氧烷與相應雙官能度的丙烯酸酯加成製得的低聚物，所述低聚物為線性或者體型，同時含有兩個以上丙烯酸酯基團，其折射率為1.40~1.58。

本發明選用組分A與組分B複配製備產品時，所述組分A與所述組分B的折射率差值小於0.05。

本發明所述光敏劑為本領域中常用的能吸收紫外光並產生自由基的光敏劑，從成本及獲取途徑等方面考慮，優選地，所述光敏劑選自2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮-1(Ciba1173)、1-羥基-環己基苯酮(Irgacure184)2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基-1-丙酮，安息香雙甲醚、2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化膦、異丙基硫雜蒽酮、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯、二苯甲酮、4-氯二苯甲酮、鄰苯甲醯苯甲酸甲酯、二苯基碘鎓鹽六氟磷酸鹽、對位N,N-二甲氨基苯甲酸異辛酯、4-甲基二苯甲酮、鄰苯甲醯基苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯等。

本發明所述助劑為本領域常規的功能助劑，如增粘劑、導熱助劑、阻燃助劑，觸變劑等，優選地，所述助劑具體選自丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、三甲氧基異氰脲酸酯矽烷、環氧基丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、氧化鋁粉、鋁粉、矽土粉、氫氧化鎂粉、銅粉、石墨、石英粉、銀粉、碳化矽粉、氮化鋁粉、氣相二氧化矽、氫氧化鋁粉、紅磷母粒、納米二氧化鈦、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、膨潤土、聚乙烯蠟中的一種或多種複配。

本發明所述LED紫外光固化有機矽封裝膠的製備方法，包括如下步驟：將組分A、組分B、光敏劑及助劑在25~40℃且避光的條件下混合、攪拌均勻，包裝即得產品。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：(1)本發明製得的LED紫外光固化有機矽封裝膠具有較強的耐濕熱老化、耐紫外光老化、耐交變溫度老化性能。(2)本發明製得的LED紫外光固化有機矽封裝膠為透明封裝材料，可以根據實際應用要求製得不同折射率產品，與傳統的LED封裝膠相比透光率顯著提高，LED製品的取光率也明顯增大。(3)本發明製得的LED紫外光固化有機矽封裝膠可以在紫外光照射下20~30秒內快速固化，工藝簡單、高效，同時環保、節能。(4)本發明可以根據不同封裝工藝與要求製得各種不同韌性、硬度或強度的LED紫外光固化有機矽封裝膠產品。

下面結合具體實施例對本發明作進一步的解釋說明，但具體實施例並不對本發明作任何限定。除非特別說明，實施例中所涉及的試劑、方法均為本領域常用的試劑和方法。

組分A的合成如下；

一、線型A-I

合成原料：α,ω-二氫基聚二甲基矽氧烷，含氫量為0.005%(wt)，無色透明，分子結構為；丙烯酸酯單體：三羥甲基丙烷二丙烯酸酯(TMPDA)，粘度110~130cps，純度：大於98%；阻聚劑：對羥基苯甲醚；催化劑：鉑碳催化劑，鉑含量3%；溶劑：環己烷。

反應步驟：將乾燥處理的環己烷200g，三羥甲基丙烷二丙烯酸酯3g，鉑碳催化劑0.01g，對羥基苯甲醚1.5g添加到裝有攪拌裝置，冷凝裝置，恒壓滴液漏斗及充有氮氣的四口燒瓶中，將150g含氫聚矽氧烷置於恒壓滴液漏斗中，升溫至60℃時旋開恒壓滴液漏斗的閥門緩慢將聚矽氧烷滴加到燒瓶中，滴加時間控制在40min，滴完後60℃保溫30min升溫至75℃，反應12h後結束反應，然後進行過濾，減壓蒸餾，80℃/0.05mmhg真空乾燥12h，得產物無色透明液體，折射率為1.43，產品分子結構式為(A-I-I)：，其中聚合度n=500~600。

如果選用苯基含量15%~20%的α，ω-二氫基聚甲基苯基矽氧烷，可製得折射率1.51的產物。其結構式如下(A-I-II)：

二、線型A-II

合成原料：α,ω-二氫基聚二甲基矽氧烷，含氫量為0.005%(wt)，無色透明，分子結構為，其中m=1000~1200，n=4；丙烯酸酯單體：三羥甲基丙烷二丙烯酸酯(TMPDA)，粘度110~130cps，純度：大於98%；阻聚劑：對羥基苯甲醚；催化劑：鉑碳催化劑，鉑含量3%；溶劑：環己烷。

反應步驟：改變含氫聚矽氧烷原料，其他與製備線型A-I的反應步驟相同，製得產物無色透明液體，折射率為1.43，產品分子結構式為(A-II-I)：其中n₁=1000~1200，n₂=4。

如果選用苯基含量15%~20%的含氫聚甲基苯基矽氧烷，可製得折射率1.52的產物。其結構式如下(A-II-II)：其中m=1~100，D2=1~30

三、線型A-III

合成原料：含氫MQ樹脂，含氫量為0.005%(wt)，無色透明，分子結構為，其中M₁=0.005~0.015，M₂=1.2~1.5，Q=1；丙烯酸酯單體：三羥甲基丙烷二丙烯酸酯(TMPDA)，粘度110~130cps，純度：大於98%；阻聚劑：對羥基苯甲醚；催化劑：鉑碳催化劑，鉑含量3%；溶劑：環己烷。

反應步驟：將含氫聚矽氧烷原料替換為含氫MQ樹脂，其他與製備線型A-I的反應步驟相同，製得產物無色透明液體，折射率為1.44，產品分子結構式為(A-III-I)：，其中M₁=0.005~0.015，M₂=1.2~1.5，Q=1。

如果選用苯基含量大於20%的含氫MQ樹脂，可製得折射率1.51的產物。其結構式如下(A-III-II)：，其中M₁=0.005~0.015，M₂=1.2~1.5，Q=1。

組分B的合成如下；

一、線型B-I

合成原料： α,ω-二氫基聚二甲基矽氧烷，含氫量為0.5%(wt)，無色透明，分子結構為，其中聚合度n=2~10；丙烯酸酯單體：季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，純度：大於98%；阻聚劑：對羥基苯甲醚；催化劑：鉑碳催化劑，鉑含量3%；溶劑：環己烷。

反應步驟：將乾燥處理的環己烷500g，季戊四醇三丙烯酸酯300g，鉑碳催化劑0.03g，對羥基苯甲醚4.5g添加到裝有攪拌裝置，冷凝裝置，恆壓滴液漏斗及充有氮氣的四口燒瓶中，將150g含氫聚矽氧烷置於恒壓滴液漏斗中，升溫至60℃時旋開恒壓滴液漏斗的閥門緩慢將含聚矽氧滴加到燒瓶中，滴加時間控制在40min，滴完後60℃保溫30min升溫至75℃，反應12h後結束反應，然後進行過濾，減壓蒸餾，80℃/0.05mmhg真空乾燥12h，得產物無色透明液體，折射率為1.45，產品分子結構式為(B-I-I)：，其中聚合度n=2~10。

如果選用苯基含量15%~20%的含氫聚甲基苯基矽氧烷，可製得折射率1.53的產物。其結構式如下(B-I-II)：，其中m=1~2，n=2~3。

二、線型B-II

合成原料：含氫聚二甲基矽氧烷，含氫量為0.5%(wt)，無色透明，分子結構為，其中聚合度m=8~12，n=8；丙烯酸酯單體：季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，純度：大於98%；阻聚劑：對羥基苯甲醚；催化劑：鉑碳催化劑，鉑含量3%；溶劑：環己烷。

反應步驟：改變含氫聚矽氧烷原料，其他與製備線型B-I的反應步驟相同，製得產物無色透明液體，折射率為1.45，產品分子結構式為(B-II-I)：其中聚合度m=8~12，n=8。

如果選用苯基含量15%~25%的含氫聚甲基苯基矽氧烷，可製得折射率1.52的產物。其結構式如下(B-II-II)：其中m=6~30，n=5~10。

三、線型B-III

合成原料：含氫MQ樹脂，含氫量為0.5%(wt)，無色透明，分子結構為，其中聚合度M₁=0.6~0.9，M₂=0.3~0.6，Q=1；丙烯酸酯單體：季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，純度：大於98%；阻聚劑：對羥基苯甲醚；催化劑：鉑碳催化劑，鉑含量3%；溶劑：環己烷。

反應步驟：將含氫聚矽氧烷原料替換為含氫MQ樹脂，其他與製備線型B-I的反應步驟相同，製得產物無色透明液體，折射率為1.44，產品分子結構式為(B-III-I)：，其中M₁=0.6~0.9，M₂=0.3~0.6，Q=1。

如果選用苯基含量大於20%的含氫MQ樹脂，可製得折射率1.53的產物。其結構式如下(B-II-II)：，其中M₁=1.1~1.4，M₂=0.6~0.9，Q=1。

實施例1~4

實施例1~4製備LED紫外光固化有機矽封裝膠的配方(重量份)及檢測結果如下表所示：

從表中的測試結果可以看出本發明封裝膠在紫外光照射下固化速度快，工藝簡單、高效，同時環保、節能，光固化後的製品具有較強的耐濕熱老化、耐紫外光老化、耐交變溫度老化性能，老化後變色性和透光率不受影響。

在本發明中所述之連接指的是一個或多個物體或構件之間的直接連接或者是間接連接，例如可在一個或多個物體或構件之間存在有一個或多個中間連接物。

說明書之系統中所描述之也許、必須及變化等字眼並非本發明之限制。說明書所使用的專業術語主要用以進行特定實施例的描述，並不為本發明的限制。說明書所使用的單數量詞(如一個及該個)亦可為複數個，除非在說明書的內容有明確的說明。例如說明書所提及之一個裝置可包括有兩個或兩個以上之裝置的結合，而說明書所提之一物質則可包括有多種物質的混合。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims

一種LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，包括以下重量份的原料：組分A為低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物20~95份、組分B為高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物5~80份、組分C為光敏劑0.03~0.5份、組分D為助劑0.1~2份；所述低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物中的丙烯酸酯基為CH₂CHCOOROCOCH₂CH₂-，R為烷基或含羥基的烷基，其官能度大於2，分子量為500~1000000；及所述高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物中的丙烯酸酯基為(CH₂CHCOO)_bROCOCH₂CH₂-，R為烷基或羥烷基，b不小於2，其官能度大於2，分子量為500~1000000。
根據權利要求1所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物的分子結構式如下：其中m：n=0~3000：5~15000，R₁為低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物中的丙烯酸酯基，R₂為甲基或苯基，M₁=0.01~2，M₂=1.4~5，Q=1，M與Q的比值為1.41~5。
根據權利要求2所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物的折射率為1.40~1.58。
根據權利要求1所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物的分子結構式如下：其中m：n=0~3000：5~15000，R₁為高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物中的丙烯酸酯基，R₂為甲基或苯基，M₁=0.01~2，M₂=1.4~5，Q=1，M與Q的比值為1.41~5。
根據權利要求4所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物的折射率為 1.40~1.58。
根據權利要求1所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述組分A與組分B複配製備產品時，所述組分A與所述組分B的折射率差值小於0.05。
根據權利要求1所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述組分C選自2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮-1(Ciba1173)、1-羥基-環己基苯酮(Irgacure184)2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基-1-丙酮，安息香雙甲醚、2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化膦、異丙基硫雜蒽酮、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯、二苯甲酮、4-氯二苯甲酮、鄰苯甲醯苯甲酸甲酯、二苯基碘鎓鹽六氟磷酸鹽、對位N,N-二甲氨基苯甲酸異辛酯、4-甲基二苯甲酮、鄰苯甲醯基苯甲酸甲酯、4-苯基二苯甲酮、2,4,6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦或2,4,6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯。
根據權利要求1所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述功能助劑為增黏劑、導熱助劑、阻燃助劑或觸變劑。
根據權利要求1所述LED紫外光固化有機矽封裝膠，其特徵在於，所述組分D選自丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、三甲氧基異氰脲酸酯矽烷、環氧基丙基三甲氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、氧化鋁粉、鋁粉、矽土粉、氫氧化鎂粉、銅粉、石墨、石英粉、銀粉、碳化矽粉、氮化鋁粉、氣相二氧化矽、氫氧化鋁粉、紅磷母粒、納米二氧化鈦、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、膨潤土、聚乙烯蠟中的一種或多種複配。
一種適用於權利要求1~9之任一項所述之LED紫外光固化有機矽封裝膠的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：將低乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物、高乙烯基含量的丙烯酸酯基聚矽氧烷類預聚物、光敏劑及助劑在25~40℃且避光的條件下混合、攪拌均勻，包裝即得產品。