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硅胶来料检验发布时间:2016-03-07 15:17:56


随着功率型白光LED制造技术的不断完善,其发光效率、亮度和功率都有了大幅度的提高。同时,LED封装材料也面临着巨大的挑战,使用高折光指数、高耐紫外能力和耐热老化能力、低应力的封装材料,可明显提高照明器件的光输出功率和使用寿命。


硅胶是一种具有内应力小,柔韧性好,耐冲击性强,耐热耐侯性好、透过率高、电绝缘性能好等特性的高分子封装材料。硅胶的组成成分包括基础聚合物、固化剂、催化剂、补强剂及助剂等。基础聚合物作为硅胶的主体物质,按分子链基团的种类分:可分为甲基系有机硅胶与苯基系有机硅胶,不同基团系列的硅胶加工工艺和使用条件也各不相同。固化剂、催化剂及补强剂等材料的选择和添加量的确定对硅胶的性能影响重大。


硅胶的物理、化学特性和灌胶工艺都对芯片以及键合线的机械保护、灯珠的散热效果发挥着重要的作用,同时作为一种光导结构,处于芯片和空气之间,能有效地减少光子在出射界面的损失,提高光取出效率,封装胶的性能优劣直接影响LED光源的可靠性能。为此金鉴实验室推出LED封装硅胶来料检验的业务,帮助LED封装和灯具厂加强品质管控因而提高LED可靠性能。


服务客户:LED封装厂、灯具厂


检测内容:

1. TMA/TGA/DSC热性能测试

热性能测试是在程序控制温度下,测量物质的物理性能随温度变化的技术。“程序控制温度”一般指线性升温或线性降温,也包括恒温、循环或非线性升温、降温。“物质”指试样本身和(或)试样的反应产物,包括中间产物 。


1.1 TMA测试(热机械分析)可以得到硅胶的平均线性热膨胀系数--在一定的温度间隔内,试样的长度变化与温度间隔及试样初始长度之比。在冷热冲击的使用环境中,灯珠胶体会因为温度的变化而膨胀或收缩,若胶体与支架塑胶的线性热膨胀系数相差过大,就会导致在升温或降温过程中膨胀或收缩不一致,就会导致胶体与塑胶产生相对位移,造成两者结合性能低下,温度变化剧烈的环境中效应将更为加剧,极易出现胶体与支架剥离的现象。灯珠的气密性会因此迅速变差,外界水汽、氧气以及其他有害物质会从剥离处入侵灯珠内部,对支架镀银层造成氧化,降低灯珠的散热性能,加速了灯珠的光衰进程。因此为了避免胶体剥离的现象,对硅胶的线性热膨胀系数的来料检验尤为重要。


1.2 TGA测试(热重分析)可以得到硅胶的热裂解温度--聚合物受热后,高分子链开始断裂分解时的温度,为硅胶耐热性的表征。硅胶的使用环境大多是在高温空气下,由于热和氧两种因素的共同作用使其发生热氧老化。在热氧老化过程中,热促进了硅橡胶的氧化,而氧促进了硅胶的热降解。


根据硅胶的结构变化,热氧老化可分为两类:一是以分子链降解为主的热氧老化反应;二是以分子链直接交联为主的热氧老化反应。以分子链断裂为主的橡胶老化后变软发粘;以交联为主的橡胶老化后变硬发脆,两者均会使橡胶机械性能下降或丧失,失去利用价值。


在裂解过程中,因为硅胶分子主链上不同位置不同基团的分解温度和顺序都不一样,相对应于反应区间内每一平台分解的物质不一样,从每个台阶的质量损失可以得知硅胶里各种物质的质量百分比,例如催化剂、补强剂及助剂等。在回流焊或波峰焊加工过程中,若灯珠的加工温度高于硅胶的热裂解温度,就会导致硅胶内某些成分出现分解现象,不仅会造成胶体的硬度、拉伸强度和抗冲击性能等物理特性的变化,同时也使得内部分子链的断裂,还有可能挥发出对灯珠有害的气体。因此,对硅胶热裂解温度的测试,可以更好地设计灯珠的散热系统以及对灯珠加工温度的管控。


1.3 DSC测试(差示扫描量热分析法是在程序温度(升/降/恒温及其组合)过程中,测量样品与参考物之间的热流差,以表征所有与热效应有关的物理变化和化学变化。


LED硅胶固化的本质就是高分子聚合物从链状交联成网状结构,由液相变为固相的过程。固化的过程中伴随着热量的释放。固化剂和催化剂的含量会直接影响到硅胶的固化速率和固化效果,若比例不匹配就会出现胶体一次固化不完全,就会在第二次升温过程中发生再次聚合的现象,并伴随着热量的放出。不完全固化最直观的表象就是表面不干,会使灯珠的抗冲击性能下降、硬度降低、粘度过高,对灯珠的可靠性有很大的影响。


2. 折射率测试

硅胶折射率的高低会影响LED灯珠的出光效率,其他物料一致的情况下硅胶折射率越高灯珠的出光量越大。高折射率的硅胶会相应减少部分光线在胶体内部全反射和出射界面的光损失,同时可以吸收封装内部由于高温循环引起的应力,而保护芯片及键合线。但是高折硅胶的价格比低折的昂贵,而且高折的耐候性和耐老化性能往往不如低折的,低折一般是甲基类硅胶,高折的主要是苯基类硅胶。因此,要根据自身产品的功率类型和适用环境来选取相对应的硅胶产品。



3. 透光率测试

对于LED灯珠,透光率一般是以2mm厚的制品的可见光透光率为标准,是透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。简而言之,硅胶的透光率越高,透过硅胶出射到空气中的光线越多,同时硅胶本身的温升就越小,硅胶的寿命就越长。

硅胶来料检验-金鉴检测


一般情况下,硅胶的透光率与添加的改性剂及其他助剂密切相关。例如,某些企业会添加有机硅复合树脂来增加硅胶的硬度,添加硅树脂的量越大,封装材料体系的硬度就越大。从上图可看出,复合树脂含量越高,透过率却越低。透光率在90%以上的样品所添加的硅树脂含量在20%以下,所以,为了得到透过率较高的有机硅封装材料,而又保持一定的硬度的前提下,硅树脂含量应在1 %~20 %为佳。因此,硅胶的组成成分及含量对硅胶的透光率有直接的对应关系,进而对灯珠的光取出效果有明显影响,硅胶透过率的测试不容忽视。


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