LED光学封装材料开发及应用

李寒宇

(黑龙江省化工研究院)

中国是LED封装大国，据估计全世界80%数量的LED器件封装集中在中国，分布在各类美资、台资、港资、内资封装企业。在过去的五年里，外资LED封装企业不断内迁大陆，内资封装企业不断成长发展，技术不断成熟和创新。在中低端LED器件封装领域，中国LED封装企业的市场占有率较高，在高端LED器件封装领域，中国部分企业有较大突破。中国已逐渐成为世界LED封装器件的制造中心，其中包括台资、港资、美资等企业在中国的制造基地。

据估算，中国的封装产能(含外资在大陆的工厂)占全世界封装产能的60%，并且随着LED产业的聚集度在中国的增加，此比例还在上升。大陆LED封装企业的封装产能扩充较快，随着更多资本进入大陆封装产业，LED封装产能将会快速扩张。

目前国内LED生产厂家越来越多，主要以中档位的产品占近50%的市场，40%左右的高档位市场仍为外商企业所占据，其中又以港商和台商为主。由此可见，LED的市场前景仍非常可观。这同时给国内配套材料的生产厂家提供了发展的机遇，如芯片、环氧树脂封装料、模条(模粒)、支架等等。

发光二极管灌封料市场以珠江三角洲为主，沿海一带包括福建、浙江、上海、江苏市场都很大。这些年内地市场发展很快，如湖南、湖北、江西、天津都聚集了很多LED的生产厂家。如中山木林森月用材料在30 t左右，肇庆立德月用在20 t左右，东莞李洲月用量在15 t左右，估计整个发光管的市场国内月用量在500 t上下。综上所述，国内环氧树脂加工企业要完成取代进口的市场仍存在很大的差距，它一方面取决于国内相关原材料的配套供应问题，另方面如何从技术上提高产品档次，适用在高档产品场合的应用。

LED的生产需要采用综合性能优良的绝缘封装材料与之与之配套，同一般半导体封装用树脂不同的是，除要求优良的电气特性、耐热性、机械性能和操作特性外，还要求优良的光学透明性这一光学特性。封装LED所采用的树脂，在目前世界范围内主要还是环氧树脂型的体系，封装方式有浇铸法和低压传递模塑法，但以浇铸为主流，国内几乎全部采用浇铸法封装工艺。

LED封装材料成分是环氧树脂和酸酐类固化剂，它们在亲核试剂(叔胺)催化下交联固化，形成全部以酯键连接的三元网状结构固化物，反应历程为叔胺分子进攻酸酐环形成开环离子对，环氧树脂的环氧基插入离子对时，羧基阴离子打开环氧基生成酯键，同时产生一个新的阴离子，这个阴离子又可与酸酐生成一个新的离子对，或者使环氧基开环进一步发生酯化反应。这样，酸酐基与环氧基交互反应。加成聚合便逐步进行下去，形成三元网状结构固化物。

由黑龙江省化工研究院研制的LED环氧树脂封装料是以航天、舰船、水声元件用封装材料的研究基础上进行优化研究设计，技术来源先进、可靠，样品已经通过哈尔滨海格集团试用，确已达到了使用要求，可以替代进口。我院研制封装材料，除像一般半导体要求的优良操作特性、耐热性和电气绝缘性外，而且对光学透明性也有严格要求。具有耐湿性、绝缘性、机械强度，对LED发出光的折射率和透射率高。其玻璃化转变温度120～130℃，透光率在90%以上。尤其是在促进剂方面，更有独到的和国际接轨的先进性。国内LED的产品性能与进口LED产品的最大差距就在于促进剂的选择，国内很多厂家在这方面浪费了很多时间，到目前为止基本上国内99%以上企业采用季胺盐作为酸酐体系的促进剂。比如四丁基溴化胺或四已基溴化胺。这些促进剂在一定程度上耐高温黄变还有一定差距，而且出口欧洲的产品禁止使用四丁基溴化胺之类的产品。所以国内企业还需要去寻找新的促进剂。我们公司采用一种不含溴的促进剂，在高温耐黄变上表现不错，完全可以替代高端进口的LED灌封胶。

(1)关键技术:①环氧树脂固化物的无色透明化;②耐温＞130℃老化;③符合欧盟规定的环保要求。

(2)关键工艺:LED光学封装材料和特种电气封装材料均为环氧树脂聚合物，其生产工艺流程大致相同。

(3)市场分析:中国是LED封装大国，据估计全世界80%数量的LED器件封装集中在中国，分布在各类美资、台资、港资、内资封装企业。在过去的五年里，外资LED封装企业不断内迁大陆，内资封装企业不断成长发展，技术不断成熟和创新。在中低端LED器件封装领域，中国LED封装企业的市场占有率较高，在高端LED器件封装领域，部分中国企业有较大突破。中国已逐渐成为世界LED封装器件的制造中心，其中包括台资、港资、美资等企业在中国的制造基地。

据估算，中国的封装产能(含外资在大陆的工厂)占全世界封装产能的60%，并且随着LED产业的聚集度在中国的增加，此比例还将上升。大陆LED封装企业的封装产能扩充较快，随着更多资本进入大陆封装产业，LED封装产能将会快速增长。世界主要消费环氧树脂的国家及地区，用于电子电器领域的环氧树脂占全国或地区环氧树脂总消费量的比例来看，日本为40%、西欧为24%、美国为19%。而我国只占13%。随着我国四大支柱产业之一——电子工业的发展，预计灌封料在此领域中的应用也将会有大幅度的增长，灌封料的需求量也会大大增加。