LED用硅橡膠材料巨大

LED用硅橡膠材料市場(chǎng)廣大 

    在全球能源緊缺、環(huán)境堪憂(yōu)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(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED)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(zhǎng)、省電、無(wú)污染、靈活、耐沖擊等無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。研究報(bào)告稱(chēng)，美國(guó)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(shì)，必將引發(fā)人類(lèi)照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。

   近年來(lái)，伴隨LED芯片技術(shù)的飛速發(fā)展以及相關(guān)驅(qū)動(dòng)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(lái)越向家用照明邁進(jìn)。然而，LED封裝技術(shù)中存在的某些問(wèn)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(zhǎng)、省電等節(jié)能優(yōu)點(diǎn)無(wú)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(xiàn)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(lái)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(guó)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(shí)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(duì)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(guó)際各大LED照明公司還無(wú)法在他們的產(chǎn)品說(shuō)明中對(duì)LED的壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，延遲了LED產(chǎn)品的真正普及使用。

   最近，電子材料專(zhuān)家蔡登科博士(德國(guó)多特蒙德理工大學(xué))在國(guó)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(jiàn)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(dòng)是造成硅橡膠在某些可見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(duì)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(duì)LED產(chǎn)品中硅橡膠老化問(wèn)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(wèn)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(huì)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(guó)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(duì)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(wèn)題提出了解決方案。他通過(guò)對(duì)硅橡膠聚合反應(yīng)的研究，分析出加入何種分子會(huì)對(duì)硅橡膠聚合反應(yīng)有顯著性的影響。同時(shí)，通過(guò)力學(xué)測(cè)試和電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)老化測(cè)試的證實(shí)，蔡博士總結(jié)并開(kāi)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(guò)簡(jiǎn)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(huì)影響到硅橡膠的光學(xué)特征，因此非常適合于LED封裝。