LED光學封裝材料開發及應用

李寒宇

(黑龍江省化工研究院)

中國是LED封裝大國，據估計全世界80%數量的LED器件封裝集中在中國，分布在各類美資、臺資、港資、內資封裝企業。在過去的五年里，外資LED封裝企業不斷內遷大陸，內資封裝企業不斷成長發展，技術不斷成熟和創新。在中低端LED器件封裝領域，中國LED封裝企業的市場占有率較高，在高端LED器件封裝領域，中國部分企業有較大突破。中國已逐漸成為世界LED封裝器件的制造中心，其中包括臺資、港資、美資等企業在中國的制造基地。

據估算，中國的封裝產能(含外資在大陸的工廠)占全世界封裝產能的60%，并且隨著LED產業的聚集度在中國的增加，此比例還在上升。大陸LED封裝企業的封裝產能擴充較快，隨著更多資本進入大陸封裝產業，LED封裝產能將會快速擴張。

目前國內LED生產廠家越來越多，主要以中檔位的產品占近50%的市場，40%左右的高檔位市場仍為外商企業所占據，其中又以港商和臺商為主。由此可見，LED的市場前景仍非常可觀。這同時給國內配套材料的生產廠家提供了發展的機遇，如芯片、環氧樹脂封裝料、模條(模粒)、支架等等。

發光二極管灌封料市場以珠江三角洲為主，沿海一帶包括福建、浙江、上海、江蘇市場都很大。這些年內地市場發展很快，如湖南、湖北、江西、天津都聚集了很多LED的生產廠家。如中山木林森月用材料在30 t左右，肇慶立德月用在20 t左右，東莞李洲月用量在15 t左右，估計整個發光管的市場國內月用量在500 t上下。綜上所述，國內環氧樹脂加工企業要完成取代進口的市場仍存在很大的差距，它一方面取決于國內相關原材料的配套供應問題，另方面如何從技術上提高產品檔次，適用在高檔產品場合的應用。

LED的生產需要采用綜合性能優良的絕緣封裝材料與之與之配套，同一般半導體封裝用樹脂不同的是，除要求優良的電氣特性、耐熱性、機械性能和操作特性外，還要求優良的光學透明性這一光學特性。封裝LED所采用的樹脂，在目前世界范圍內主要還是環氧樹脂型的體系，封裝方式有澆鑄法和低壓傳遞模塑法，但以澆鑄為主流，國內幾乎全部采用澆鑄法封裝工藝。

LED封裝材料成分是環氧樹脂和酸酐類固化劑，它們在親核試劑(叔胺)催化下交聯固化，形成全部以酯鍵連接的三元網狀結構固化物，反應歷程為叔胺分子進攻酸酐環形成開環離子對，環氧樹脂的環氧基插入離子對時，羧基陰離子打開環氧基生成酯鍵，同時產生一個新的陰離子，這個陰離子又可與酸酐生成一個新的離子對，或者使環氧基開環進一步發生酯化反應。這樣，酸酐基與環氧基交互反應。加成聚合便逐步進行下去，形成三元網狀結構固化物。

由黑龍江省化工研究院研制的LED環氧樹脂封裝料是以航天、艦船、水聲元件用封裝材料的研究基礎上進行優化研究設計，技術來源先進、可靠，樣品已經通過哈爾濱海格集團試用，確已達到了使用要求，可以替代進口。我院研制封裝材料，除像一般半導體要求的優良操作特性、耐熱性和電氣絕緣性外，而且對光學透明性也有嚴格要求。具有耐濕性、絕緣性、機械強度，對LED發出光的折射率和透射率高。其玻璃化轉變溫度120～130℃，透光率在90%以上。尤其是在促進劑方面，更有獨到的和國際接軌的先進性。國內LED的產品性能與進口LED產品的最大差距就在于促進劑的選擇，國內很多廠家在這方面浪費了很多時間，到目前為止基本上國內99%以上企業采用季胺鹽作為酸酐體系的促進劑。比如四丁基溴化胺或四已基溴化胺。這些促進劑在一定程度上耐高溫黃變還有一定差距，而且出口歐洲的產品禁止使用四丁基溴化胺之類的產品。所以國內企業還需要去尋找新的促進劑。我們公司采用一種不含溴的促進劑，在高溫耐黃變上表現不錯，完全可以替代高端進口的LED灌封膠。

(1)關鍵技術:①環氧樹脂固化物的無色透明化;②耐溫＞130℃老化;③符合歐盟規定的環保要求。

(2)關鍵工藝:LED光學封裝材料和特種電氣封裝材料均為環氧樹脂聚合物，其生產工藝流程大致相同。

(3)市場分析:中國是LED封裝大國，據估計全世界80%數量的LED器件封裝集中在中國，分布在各類美資、臺資、港資、內資封裝企業。在過去的五年里，外資LED封裝企業不斷內遷大陸，內資封裝企業不斷成長發展，技術不斷成熟和創新。在中低端LED器件封裝領域，中國LED封裝企業的市場占有率較高，在高端LED器件封裝領域，部分中國企業有較大突破。中國已逐漸成為世界LED封裝器件的制造中心，其中包括臺資、港資、美資等企業在中國的制造基地。

據估算，中國的封裝產能(含外資在大陸的工廠)占全世界封裝產能的60%，并且隨著LED產業的聚集度在中國的增加，此比例還將上升。大陸LED封裝企業的封裝產能擴充較快，隨著更多資本進入大陸封裝產業，LED封裝產能將會快速增長。世界主要消費環氧樹脂的國家及地區，用于電子電器領域的環氧樹脂占全國或地區環氧樹脂總消費量的比例來看，日本為40%、西歐為24%、美國為19%。而我國只占13%。隨著我國四大支柱產業之一——電子工業的發展，預計灌封料在此領域中的應用也將會有大幅度的增長，灌封料的需求量也會大大增加。