谈有机硅材料在led球泡灯中的应用是什么

1前言人类自跨入21世纪以来,能源问题日益严重,我国能源形势也非常严峻。节能与开发新能源同等重要;而节能则更经济、更环保,应放在首位。当前,照明约占世界总能耗的20%.若用能耗低、寿命长、安全环保的光源取代低效率、高耗电量的传统光源,无疑将带来一场世界性的照明革命,对我国的可持续发展更具有战略意义。超高亮度的发光二极管(led)消耗的电能仅是传统光源的1/10,具有不使用严重污染环境的汞、体积小、寿命长等优点,首先进入工业设备、仪器仪表、交通信号灯、汽车、背光源等特种照明领域。随着超高亮度led性能的改进,功率型led已经基本取代白炽灯等照明光源,成为第四代照明光源[1]。有机硅材料是以硅氧键(-si-0-si-)独特结构为骨架组成的聚硅氧烷,兼备了无机和有机材料的性能,具有“科技发展催化剂”和“工业味精”的双重称号,具有耐候性好,耐高低温等基本性质,并具有电气绝缘、耐氧化稳定性、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性。经过几十年的发展,有机硅材料以其优异的性能,不仅广泛应用于航天航空、军事等特殊行业,而且也用于国民经济各行业。目前,已经广泛应用于以下行业:有机合成、建材、照明、日化、家电、纺织整理、汽车、机械制造、造纸及医药工程等,是现代工业不可缺少的化工新型材料。2led球泡灯用有机硅材料的分类led球泡灯用有机硅材料主要可以分为:①led芯片封装;②导热界面材料;③泡壳粘接密封;④电源导热灌封;⑤线路板防水披覆,图1为led球泡灯用有机硅材料解剖图。3led球泡灯用有机硅材料的应用3.1led芯片封装led封装用材料主要可分为环氧树酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、超白玻璃和有机硅材料等高透明材料。其中聚碳酸酯,聚甲基丙烯酸甲酯,超白玻璃等仅可用作为led外壳透镜;环氧树酯、改性环氧树酯、有机硅材料等主要作为led芯片封装材料,也可用来作为外壳透镜。由于有机硅材料具有其它材料难以替代的优点,如耐温、耐变色等,目前高性能有机硅材料已经成为高端led封装材料的重点研究方向,国内外著名的胶粘剂生产企业如道康宁、信越、白云化工、瓦克等都大力度在研发生产此类产品。led芯片封装对有机硅封装材料的主要要求有:具有高透光率、热稳定性好、应力小、对基材粘接性好(内聚破坏)等。甲基硅树酯25℃时折光率为1.41,而苯基类型的硅树酯折光率要高,达到到1.54以上。在固化前有适当的流动性,成形好,脱模性好,固化后高透明性、高硬度、高强度,在高温高湿环境下能保持高透明性等特点。各种常见的led芯片封装形式如图2所示。3.2导热界面材料元器件在运行过程中产生的热量如不能及时移除,温度的升高就会导致元器件运行速度变慢,可靠性下降,直接导致寿命缩短甚至快速损坏。因此,在设计空间越来越小的情况下,如何有效地将从产生热量的元器件中移走大量的热量,以确保元器件足够的工作寿命,已成为电气设计中急需解决的问题,良好的散热功能也是决定led寿命长短的最主要的因素。传统解决散热的方法是垫一层云母、聚四氟乙烯及氧化铍陶瓷等作为导热材料,这种方法有一定的效果,但存在导热率低,价格高等缺点[2]。目前,热界面材料(tim)已经广泛应用于各种需要散热的界面,如集成电路、通讯设备、汽车、led照明等。为了适应不同的使用要求,tim根据物理形式的不同,也包括有热相变材料、高散热硅膏和凝胶、软性导热绝缘垫、粘合剂和密封剂,导热有机硅橡胶材料是热界面材料中最重要的一员。由于机械加工的产品难以做到表面完全平整,在显微镜下可以明显看到表面的微细空隙,如果填充的导热材料为平整的,那难以避免得会存在比较大的接触热阻,导致热传递效率低下,器件易失效。所以目前比较好的热界面材料为导热密封胶或导热膏。导热垫片和导热硅脂接触热阻对比示意图如图3所示,led球泡灯用导热硅脂如图4所示。导热有机硅橡胶材料是一种典型的高分子聚合物材料,其导热性能主要是由导热填料分散在有机聚硅氧烷中形成的复合物。金属填料(如al、ag等)具有较高的导热率,但是大多数是导热也导电的;无机非金属材料(如aln、sic等)导热系数也较高,但价格相当昂贵;目前主要用金属氧化物(如al2o3、zno等)作为导热填料,各种材料的导热系数如下表所示。3.3泡壳粘接密封led球泡灯外壳粘接用有机硅密封胶主要是应用于铝或陶瓷散热基座与泡壳之间的粘接密封,一般是采用白色的有机硅密封胶进行粘接密封,球泡灯对外壳粘接用有机硅密封胶的主要要求有:对基材(特别是聚碳酸酯泡壳)的良好粘接性,良好的挤出性,胶内无杂物、无硫、无卤素等。图5是led球泡灯粘接密封胶的基本结构图。3.4电源导热灌封导热灌封指对pcb路板上的所有元器件进行灌胶,使pcb板的元器件上产生的热量通过导热灌封胶能够迅速扩散到外部的导热基材上(铝或导热陶瓷等),最后直接传递到外界环境中[4]。导热灌封胶供货时是一种双组分的套装材料,它由a、b两部分液体组分组成。固化前具有较好的流动性,室温固化时线性收缩应力极低,固化后具有优异的电气绝缘性能,优良的耐老化和疏水防潮密封性能,具有优良的传热性,对各种基材无腐蚀(如图6所示)。目前已经广泛应用于led灯的导热灌封及其它家用电器的导热绝缘密封。3.5线路板防水披覆由于led产品已经广泛应用于户外照明,如隧道灯、路灯等,这些产品在使用的过程中会接触到水汽、酸雨等恶劣的环境,这就要求pcb线路板和电子元器件要满足绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化等要求。线路板表面防水披覆涂层主要是用于保护线路板及其相关设备免受环境的侵蚀,从而提高并延长它们的使用寿命,确保使用的安全性和可靠性。线路板防水披覆涂层材料主要分为丙烯酸、聚氨酯、环氧树酯、有机硅等;有机硅披覆胶的优点:富有弹性、可承受剧烈温度变化、耐候性优异、粘接力强、电性能优越等;柔软的弹性涂层材料,能很好的释放压力,耐高温200℃,易修复。随着技术的不断创新和生产成本的不断下降,有机硅材料成为线路板防水披覆涂层材料的主流将越来越明显。有机硅线路板防水披覆材料的施工方式如图7所示。4总结由于有机硅材料是一种半有机半无机的复合材料,具有卓越的耐高低温性、耐氧化稳定性、耐气候性、耐腐蚀性、耐盐雾性等优异特性,起到了别的有机合成材料难以取代的作用,目前已经广泛应用于各种类型的led制造行业。参考文献1杨雄发.伍川.董红等.led封装用有机硅材料的研究进展[j]《有机硅材料》,2009;23(1):47~50.2李胜方.导热硅橡胶的性能和应用[j].《化工新型材料》,2002;30(12):11~13.3张立群.耿海萍.朱虹等.导热高分子材料的研究和开发进展[j],《合成橡胶材料》,1998;21(1):57~62.4陈元章.绝缘导热灌封硅橡胶的应用[j].《航天工艺》,1997;2:40~43.