LED用硅橡膠材料巨大

LED用硅橡膠材料市場廣大 

    在全球能源緊缺、環(huán)境堪憂的21世紀(jì)，LED以其高效節(jié)能環(huán)保的特性，在照明領(lǐng)域獲得了前所未有的機(jī)遇。LED發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡寫為LED)是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。與傳統(tǒng)的白熾燈等相比，LED光源具有亮度高、壽命長、省電、無污染、靈活、耐沖擊等無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。研究報(bào)告稱，美國如果55%的白熾燈和日光燈被LED取代，每年可節(jié)省350億美元電費(fèi)和減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100%的白熾燈換成LED，可減少1～2座核電站發(fā)電量，每年可節(jié)省10億公升以上原油消耗。LED燈憑著顯著優(yōu)勢，必將引發(fā)人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。

   近年來，伴隨LED芯片技術(shù)的飛速發(fā)展以及相關(guān)驅(qū)動電路的成熟，大功率白光LED不僅逐漸成為建筑照明的寵兒，也越來越向家用照明邁進(jìn)。然而，LED封裝技術(shù)中存在的某些問題制約了LED在照明領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，它的亮度高、壽命長、省電等節(jié)能優(yōu)點(diǎn)無法真正體現(xiàn)。封裝的基本任務(wù)是，在保護(hù)LED芯片不受外界環(huán)境干擾的前提下，將外引線連接到LED芯片的電極上，并且提高發(fā)光率�，F(xiàn)今封裝技術(shù)的首要難點(diǎn)是封裝材料散熱不好和發(fā)光率差等。封裝材料的溫度來自LED芯片工作產(chǎn)生的熱量累加熒光粉輻射發(fā)光后所釋放的熱量，而提高發(fā)光率的關(guān)鍵正是在于封裝材料和熒光粉的選擇與應(yīng)用。由于硅橡膠具有良好的熱穩(wěn)定性和光學(xué)特征，當(dāng)今國際各大LED制造商主要選用雙組分透明硅橡膠作為封裝材料。但是，硅橡膠熱穩(wěn)定性雖好，導(dǎo)熱性卻差，LED工作一段時間后，大部分熱量積聚在硅橡膠材料中難以散發(fā)，導(dǎo)致材料快速老化。目前為止，很多關(guān)于LED照明產(chǎn)品失效的報(bào)告都與硅橡膠材料老化有關(guān)。正是由于對硅橡膠的老化機(jī)理，分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)特征之間的關(guān)系了解得不夠透徹，國際各大LED照明公司還無法在他們的產(chǎn)品說明中對LED的壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，延遲了LED產(chǎn)品的真正普及使用。

   最近，電子材料專家蔡登科博士(德國多特蒙德理工大學(xué))在國際著名光譜學(xué)雜志《分子結(jié)構(gòu)》(Journal of Molecular Structure)中發(fā)表了一篇詳細(xì)介紹和分析硅橡膠理化特性的論文《拉曼、中紅外、近紅外與紫外可見光譜中硅橡膠聚合光波導(dǎo)材料的表征》“Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet–visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials”。蔡博士發(fā)現(xiàn)碳?xì)滏I(C-H)的分子振動是造成硅橡膠在某些可見光波段內(nèi)吸收熱量的主要原因。他重點(diǎn)闡述了從紫外到紅外光譜中硅橡膠分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)吸收之間的關(guān)系，詳細(xì)定義了可見光范圍內(nèi)硅橡膠的吸收光譜，并準(zhǔn)確地分析與總結(jié)了可見光范圍內(nèi)的各吸收峰的吸收強(qiáng)度。因?yàn)槟壳坝袡C(jī)物老化分析普遍采用光譜學(xué)分析方法，所以研究人員可以依據(jù)蔡博士總結(jié)的光譜數(shù)據(jù)，從分子結(jié)構(gòu)上準(zhǔn)確地判斷出導(dǎo)致硅橡膠失效的原因，并反饋給硅橡膠材料公司或LED研究機(jī)構(gòu)，對相應(yīng)的硅橡膠分子進(jìn)行改進(jìn)以提高材料的可靠性和在LED產(chǎn)品中的應(yīng)用性。文中總結(jié)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果將對LED產(chǎn)品中硅橡膠老化問題的解決起著至關(guān)重要的作用和突破性的貢獻(xiàn)。

   硅橡膠用作LED封裝材料的另一問題是，由于硅橡膠與LED芯片在力學(xué)特征上存在顯著不同，內(nèi)部高溫會導(dǎo)致它從LED芯片上自行剝離并最終影響到發(fā)光率。蔡博士在國際著名微流體雜志《 微流體和納流體》( Microfluidic and Nanofluidic)上刊登的論文《針對硅橡膠組成的各種基底的微流體裝置的成本控制及可靠的粘連方法》“Cost-effective and reliable sealing method for PDMS (PolyDiMethylSiloxane) based microfluidic devices with various substrates”就這一問題提出了解決方案。他通過對硅橡膠聚合反應(yīng)的研究，分析出加入何種分子會對硅橡膠聚合反應(yīng)有顯著性的影響。同時，通過力學(xué)測試和電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)老化測試的證實(shí)，蔡博士總結(jié)并開發(fā)出一種以硅氧烷基材料為主，可廣泛應(yīng)用于各種基底的可耐高溫、酸、堿等惡劣條件的粘連劑配方。這種粘連劑只需通過簡單的噴涂或者旋涂即可粘連在各種基底上，10～20納米的厚度就能保證硅橡膠與芯片基底形成非常牢固的化學(xué)粘連。由于粘連劑本身也是硅氧烷材料，不會影響到硅橡膠的光學(xué)特征，因此非常適合于LED封裝。