摘要：介绍了发光二极管( LED)用加成型双组分液体硅树脂的制备方法，并将自制的液体硅树脂用于功率型LED 3528的封装。经常温点亮试验、高温点亮试验、回流焊试验、-40~100 ℃冷热冲击试验和墨水渗透试验，各项指标均合格;其性能可与国外同类产品相媲美。

　　关键词： LED，硅树脂，加成型，双组分

　　作为全球照明工具的先驱，白炽灯逐渐被新一代照明工具发光二极管(LED)取代，正逐步淡出人们的生活。过去几年来，LED的颜色种类、亮度和功率都发生了极大变化。作为新型高效固体光源，LED具有体积小、节能、环保等显著优点，因此被广泛用于指示灯、显示屏和背光源等方面，发挥着传统光源无可比拟的作用;然而到目前为止，它们还未能在家庭和公共照明领域充分发挥作用。有机硅材料凭借其优异的性能正在为LED照明工具走进千家万户奠定基础。

　　LED是一种发光半导体材料，是能直接将电能转变成光能的发光显示器件。LED的心脏是一个半导体晶片，通电即可发光。光源可以通过聚光透镜或发散光透镜来控制，透镜通常由硅橡胶/硅树脂、塑料、玻璃等材料制成。LED由于具有容易控制、低压直流驱动、耗能少、稳定性高、响应时间短、多色发光等优点，因此被广泛应用于屏幕显示系统、指示灯，手机或数码产品背光源等领域，在景观照明、室内装饰灯、汽车车灯、地矿灯等方面的应用也得到了积极的发展;但LED在功率性照明领域的使用还不成熟。目前，LED的封装材料主要是环氧树脂;但其耐热、耐光性不足，受热容易变黄，不能满足高亮度发光二极管(大功率LED)的封装要求。有机硅材料的光学性能好、透光率在90%以上，耐候、耐热、高温环境下不发黄，能吸引冲击，粘接性好，柔软，环保，因此正在逐渐取代环氧树脂成为LED的主要粘接、封装、涂层和光学材料。有机硅材料应用于LED生产领域，无疑成为推动LED照明发展的重要因素。

　　本实验制备了加成型双组分液体硅树脂，并适用于功率型LED的封装和表面贴装元件(SMD)的填充，本实验主要测试了液体硅橡胶封装后的功率型LED常温墨水渗透、高温墨水渗透、回流焊、压力测试、常温老化、高温老化、高温高湿、冷热冲击等性能，根据测试的信赖度评估液体硅橡胶样品是否适合LED产品的制程。

　　1 实验

　　1.1 主要原料及仪器

　　四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙烯基环体：宁波市恒昌新材料有限公司;八甲基环四硅氧烷(D4): KF-994，信越化学工业株式会社;含氢硅油：KF-99，信越化学工业株式会社;四甲基氢氧化铵：北京朝福试验化工厂;四甲基二氢基二硅氧烷：嘉兴联合化学有限公司;六甲基二硅氧烷(MM):浙江新安化工集团股份有限公司;水玻璃：SiO2质量分数为17.8%，SiO2/Na2O的质量比为3.37，佛山市南海区大沥中发水玻璃厂;乙烯基硅油：500 mPa.s, 乙烯基摩尔分数0.9%;抑制剂乙炔环己醇：安徽裕虹有机硅材料有限公司;铂金络合物：自制[1];对比实验用光电封装用硅橡胶 ：KER-2500、OE-6636、IVS4542，分别为信越化学工业株式会社、道康宁公司、迈图公司;功率型LED：3528型，香港真明丽集团公司。

　　强力电动搅拌器：JBD-90型，上海标本模具厂; 旋转式黏度计：NDJ-79型，同济大学机电厂; 转子黏度计：NDJ-1型，上海金科仪器设备厂;电光分析天平：TG-380B，上海试验仪器厂;三辊研磨机：SY-150，常州八方机械厂;拉力试验机：GT-7010-AE，高铁(东莞)检测仪器有限公司; 冲片机：GT-7016-A，高铁(东莞)检测仪器有限公司;硬度计：LX-A，上海橡胶试验厂;晶片：CB10G02隆达6G，台湾隆达电子有限公司;支架：半镀，真明丽公司;荧光粉：优彩UC460-B，上海跃龙新材料股份有限公司。

　　电热锅：2 L，江苏建湖实验仪器设备厂;水浴槽：型号GH-10，广州化玻仪器供应站;行星搅拌机：2 L，佛山市金银河机械设备有限公司：显微镜：型号 XHC-SE，东莞迈特光学仪器仪表有限公司; 大功率点亮器：TC-CSP06深圳众和鑫科技有限公司; 恒温恒湿机: MHU-408CASA，深圳众和鑫科技有限公司;冷热冲击机：TS-T2CATT，东莞市宏展仪器有限公司;推拉力实验机：AEF-10, 深圳市伟创科仪精密仪器有限公司;LED光电综合测试仪：型号ZW-900，杭州中为光电技术有限公司;大功率老化设备：HP600，杭州中创电子有限公司;SMT贴片机：XHF-5100，沃特世科技(上海)有限公司;全自动点胶机：SEC-3030A，深圳世椿自动化设备有限公司。

　　1.2 加成型双组分液体硅树脂的制备

　　1.2.1 乙烯基硅油的合成[2

　　将D4、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙烯基环体按100:0.43:0.12的质量比加入三口烧瓶中，升温至60～70 ℃，抽真空脱水1 h;去掉真空，加入四甲基氢氧化铵催化剂，升温至110～115 ℃，搅拌聚合2 h;当物料黏度基本不变时迅速将物料升温到190～200 ℃，恒温破媒1 h后，抽真空脱除低分子，得到外观无色透明、黏度为5000 mPa.s，乙烯基摩尔分数0.4%的乙烯基硅油。

　　1.2.2 端含氢硅油的制取

　　将D4、四甲基二氢基二硅氧烷、KF-99、酸性阳离子树脂按100:2:100:3的质量比投入三口烧瓶中，控制温度在65～70 ℃，搅拌回流2 h;而后升温至115～120℃，继续搅拌聚合3 h;反应结束后过滤，将滤液再投入三口烧瓶中，120 ℃减压脱除低分子，得到分子通式为H(CH3)2SiO〔(CH3)2Si0〕m〔H(CH3)si0〕nSi(CH3)2H、黏度25 mPa•s、活性氢含质量分数为0.8%的含氢硅油。

　　1.2.3 乙烯基MQ树脂的合成

　　先将1 220 mL浓度为35%～38%的盐酸加入反应器中，再将1 800 g水玻璃用1 900 g水稀释;在快速搅拌下将水玻璃稀释液注入反应器中，再加入由126 g四甲基二乙烯基二硅氧烷、148 g MM和1980 g乙醇组成的混合溶液，在50～60 ℃搅拌反应30 min;加入3 000 g MM作稀释剂，继续反应1 h;静置分层，除去下层的稀盐酸乙醇溶液。上层树脂溶液在搅拌下加入300 g浓硫酸，在室温下搅拌反应2 h;然后分出硫酸，用水洗至中性，再经无水氯化钙干燥后，蒸出MM，制得化学通式为[(CH3)3SiO0.5]a[(CH2=CH)(CH3)2SiO0.5]b[SiO2]c(式中，a+b/c=0.7)、乙烯基摩尔分数为2.5%～3.0%、无色透明的乙烯基MQ硅树脂。

　　1.2.4 含氢MQ树脂的合成

　　先将1 220 mL浓度为35%～38%的盐酸加入反应器中，再将1 800 g水玻璃用1 900 g水稀释;然后在快速搅拌下将水玻璃稀释液注入反应器中，再加入由120 g四甲基二氢基二硅氧烷、148 g MM和1980 g乙醇组成的混合溶液，在50～60 ℃搅拌反应30 min;加入3 000 g MM作稀释剂，继续反应1h;静置分层，除去下层的稀盐酸乙醇溶液。上层树脂溶液在搅拌下加入300 g浓硫酸，在室温下搅拌反应2 h;然后分出硫酸，用水洗至中性，再经无水氯化钙干燥后，蒸出MM，制得化学通式为(Me3SiO0.5)a(HMe2SiO0.5)b(SiO2)c、无色透明的含氢MQ硅树脂。

　　1.2.5加成型双组分液体硅树脂的配制

　　胶料的制备工艺见图1。

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　　1.2.6 液体硅树脂的应用工艺

　　首先称取加成型双组分液体硅树脂A、B组分各50 g，混合搅拌均匀，抽真空30 min排除汽泡;通过自动点胶机点胶于LED 3528支架，放置80 ℃烤箱烘烤1 h，再于150 ℃烘烤2 h;烘烤结束后冷却1 h，用于信赖度测试。

　　1.3 LED信赖度的测试

　　常温点亮试验：参考《美国能源之星标准》JESD22—A108C，设定测试温度(Ta)=25 ℃±5 ℃、正向电流(IF)=20 mA±2 mA，采用电烤箱分别测试LED白光3528样品常温点亮168～1 000 h前后的正向电压(VF)、发光强度(IV)、X、Y值(1931CIE-XYZ标准色度系统测试坐标值)，按式1～式4计算发光亮度IV保持率、正向电压VF值变异、X值变异、Y值变异。每组数据取10个样品的平均值。

　　IV保持率= 100%×点亮后IV/点亮前IV (1)

　　VF值变异=点亮前VF-点亮后VF (2)

　　X值变异=点亮后X点亮前X (3)

　　Y值变异=点亮后Y-点亮前Y (4)

　　高温点亮试验：参考《美国能源之星标准》JESD22—A108C，设定Ta=55 ℃±5 ℃、IF=20mA±2mA，采用电烤箱分别测试LED白光3528样品高温点亮168～1 000 h前后的VF、IV、X、Y值，按式1～式4计算IV保持率、VF值变异、X值变异、Y值变异。每组数据取5个样品的平均值。

　　回流焊试验：参考JEITA ED-4701 300 301，设定LED封装样品在10 m长回流炉运行的速度为75～85 cm/min，Ta=270 ℃±5 ℃、回流焊2次，采用回流炉分别测试LED白光3528样品回流焊前后的VF、IV、X、Y值，按式1～式4计算IV保持率、VF值变异、X值变异、Y值变异。每组数据取10个样品的平均值。

　　冷热冲击试验：参考JEITA ED-4701 100 105，设定 -40℃30 min 、100℃30 min为一次循环，循环50次后，采用冷热冲击机分别测试LED白光3528样品冷热冲击前后的VF、IV、X、Y值，按式1～式4计算IV保持率、VF值变异、X值变异、Y值变异。每组数据取10个样品的平均值。

　　墨水渗透试验：参考GJB 150.14A-2009标准，25℃±5℃浸泡24 h，墨水不能渗透到支架的底部。每组数据取10个样品的平均值。。‖

　　2 结果与讨论

　　2.1常温点亮试验结果

　　表1是10个LED白光3528样品常温点亮168～1 000 h试验结果的平均值。

　　根据《美国能源之星标准》JESD22—A108C标准，LED3528白光产品常温点亮试验是否合格的判定标准是：应用级产品点亮168 h后发光强度IV衰减率小于5%,即发光强度IV保持率大于95%为合格，反之判定不合格;应用级产品点亮1000 h后IV衰减率小于10%,即IV保持率大于90%为合格，反之判定不合格;应用级产品VF变异小于±0.2V为合格,反之判定不合格;X、Y变异分别小于±0.02为合格,反之判定不合格。由表1、表2可见，样品常温点亮168 h后，IV保持率为99%;常温点亮1000 h后，IV保持率为95%;VF变异小于±0.2;X、Y变异均小于±0.02，所以判定样品常温点亮试验结果为合格。

　　2.2 高温点亮试验结果

　　表2是LED3528白光样品的高温点亮168～1 000 h试验结果的平均值。

　　根据《美国能源之星标准》JESD22—A108C标准，LED白光3528样品高温点亮试验是否合格的判定标准是：应用级产品点亮168 h后，IV衰减率小于10%即IV保持率大于90%为合格，反之判定不合格;应用级产品点亮1000 h后IV衰减率小于20%，即IV保持率大于80%为合格，反之判定不合格;应用级产品VF变异小于±0.2V为合格,反之判定不合格; X、Y值变异小于±0.02为合格,反之判定不合格。由表2可见，高温点亮168 h后，IV保持率为93%;高温点亮1000 h后，IV保持率为93%;VF变异小于±0.2;X、Y变异均小于±0.02，所以判定样品高温点亮试验结果为合格。

　　2.3 回流焊及冷热冲击试验结果

　　表3是10个LED白光3528样品的回流焊试及冷热冲击验结果的平均值。

　　由表3可见，回流焊后,VF变异小于±0.2 V;X、Y变异小于±0.02; IV保持率为98%,判定样品回流焊试验结果为合格。‖

　　根据JEITA ED-4701 300 301标准，LED3528白光样品冷热冲击试验是否合格的判定标准是：应用级产品φV衰减率小于10%,即IV保持率大于90%为合格，反之判定不合格;应用级产品VF变异小于±0.2V为合格,反之判定不合格; X、Y值变异小于±0.02为合格,反之判定不合格。由表3可见，冷热冲击试验后, VF变异小于±0.2;X、Y变异小于±0.02;IV保持率为98%,由此判定样品冷热冲击试验结果为合格。

　　2.5 自制加成型液体硅树脂与进口同类产品的性能对比

　　分别用不同厂家的硅树脂按照功率LED的制程生产3528产品，取出4组(每组45个样品)进行下面各项信赖度测试评估。

　　表4是自制液体硅橡胶SC-8202与进口同类产品的性能对比。A、B组分的配比均为1:1，每组数据取45个样品的平均值。

　　由表4可见，采用4种有机硅材料封装的功率型LED 3528样品均通过了墨水渗透试验、回流焊试验、常温老化试验和冷热冲击试验，产品通过了信赖度测试。说明自制加成型双组分液体硅橡胶符合高功率LED的封装要求，其性能与进口同类产品相近。

　　3 结论

　　采用自制的加成型双组分液体硅树脂封装的功率型LED 3528，经常温点亮168～1000 h试验、高温点亮168～1000 h的试验、回流焊试验、-40~100 ℃冷热冲击试验和墨水渗透试验，各项指标均合格;其性能可与国外同类产品相媲美。

　　参考文献

　　[1]黄文润.液体硅橡胶[M]. 成都：四川科学技术出版社，2009：255-256.

　　[2] 许永现，陈石刚，袁喜良. 高压电力电气用液体注射成型硅橡胶的制备[J]. 有机硅材料, 2007,21(5): 279-283.