一種LED封裝用有機矽灌封膠的製備方法與流程
2023-06-29 11:09:41
本發明公開了一種led封裝用有機矽灌封膠的製備方法，屬於電子灌封材料製備技術領域。
背景技術：
隨著led照明技術的發展，功率型led製造技術在不斷提升和完善，其發光效率、亮度和功率都有了大幅提高。在製造功率型led器件的過程中，除了晶片、螢光粉和散熱技術外，led封裝材料對led器件的性能存在著重要的影響。
隨著led封裝材料的性能要求的不斷提高，led封裝材料已逐步從環氧樹脂、有機矽改性環氧樹脂，發展到現在的有機矽灌封膠。有機矽灌封膠具有耐冷熱衝擊、耐紫外線輻射、無色透明等優點，是功率型led的理想封裝材料。從交聯機理角度可把有機矽封裝材料分為縮合型和加成型兩種。縮合型有機矽灌封膠是通過分子間發生縮合反應而實現交聯反應，固化過程中常有水、甲醇、乙醇等小分子化合物放出，容易產生氣泡和孔隙，往往達不到高標準的封裝性能要求。加成型有機矽灌封膠目前主要通過矽氫加成反應實現，以鉑化合物為催化劑，在固化過程中無小分子產生，收縮率小，工藝適應性好，生產效率高。因此，在led封裝材料市場上，矽氫加成型有機矽灌封膠發展較快，已逐步取代縮合型有機矽灌封膠。
由於灌封膠要在固化後才能發揮它的使用價值，因而要求固化前的液體狀灌封膠具有粘度小、流動性好的特點，以便於使用過程中方便排泡，同時要求其具有良好的防水性，使led電子器件在潮溼、雨水、灰塵或輻射等環境條件下正常運行，此外，作為灌封膠，還必須保證其與灌封元器件或灌封腔體具有很好的粘接性，以更好的發揮防水防潮、防塵、絕緣、保密、防腐蝕和防震等作用。
專利號cn104513644a公開了一種透明灌封膠及其用途，透明灌封膠由a劑和b劑組成，a劑包括端乙烯基聚矽氧烷、支鏈型乙烯基聚矽氧烷和鉑金催化劑；b劑包括：35～40wt%的端乙烯基聚矽氧烷、40～50wt%的支鏈型乙烯基聚矽氧烷、15～20wt%的含氫聚矽氧烷，以及0～0.5wt%的抑制劑。其使用方法為將透明灌封膠的a劑和b劑按質量比1:1混合攪拌均勻，在真空下排完泡後使用。雖然這種透明灌裝膠具有較低的粘度、良好的透明度及較好的柔韌性，但是其粘接性能沒有得到改善和提升，不能滿足實際使用需求。
專利號cn102675882a公開了一種加成型導熱防沉降矽橡膠及其製備方法，採用的矽橡膠原料包括a組份和b組份，其中a組份含有基料、含氫矽油、抑制劑、稀釋劑和防沉降劑；b組份含有基料、鉑催化劑、稀釋劑和防沉降劑，其中基料為乙烯基矽油與導熱填料。取a組份原料，攪拌獲得a組份，取b組份原料，攪拌獲得b組份，再取a組份和b組份共混均勻，脫泡，得到加成型導熱防沉降矽橡膠。雖然製得的矽橡膠具有較高的導熱係數，可廣泛用於電子電器領域中需要散熱和傳熱的部件，但是其粘接性能仍不理想。因此，亟待開發一種兼具固化前有良好的流動性和固化後具有優良粘接性的灌封膠產品。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題，針對現有的有機矽灌封膠不能兼具固化前良好流動性和固化後優良粘接性的缺陷，提供了一種led封裝用有機矽灌封膠的製備方法。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）取乙烯基矽油、矽微粉、球形氧化鋁和矽烷偶聯劑a-171裝入捏合機內，加熱至120～160℃混合1～2h，再加熱至160～180℃處理1～2h，出料得基料；（2）取羥基矽油、矽烷偶聯劑kh-560、四甲基四乙烯基環四矽氧烷裝入反應釜中混合均勻後再加入二月桂酸二丁基錫，加熱至60～65℃攪拌並抽真空至100～1000pa，反應1～8h後出料，得增粘劑；
（3）取基料、乙烯基矽油、增粘劑、鉑催化劑裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散20～30min，得a組份；
（4）取基料、乙烯基矽油、含氫矽油、甲基丁炔醇，裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散20～30min，得b組份；
（5）將a、b組份按質量比1：1混合均勻後，在真空下減壓排泡，然後在室溫下灌在粘接基材上，室溫下固化1～2h後再加熱至60～80℃固化1～2h，得led封裝用有機矽灌封膠。
步驟（1）中各原料的重量份為100～120份乙烯基矽油，350～420份矽微粉，10～50份球形氧化鋁，5～6份矽烷偶聯劑a-171。
步驟（2）中各原料的重量份為360～400份羥基矽油，200～240份矽烷偶聯劑kh-560，70～80份四甲基四乙烯基環四矽氧烷，0.15～0.20份二月桂酸二丁基錫。
步驟（3）中各原料的重量份為200～250份基料，50～60份乙烯基矽油，20～30份增粘劑，0.1～0.3份鉑催化劑。
步驟（4）中各原料的重量份為200～250份基料，20～30份乙烯基矽油，20～30份含氫矽油，0.01～0.03份甲基丁炔醇。
本發明的有益效果是：
（1）本發明採用球形氧化鋁作為導熱補強填料，因表面的活性基團較少，與聚矽氧烷分子鏈之間存在物理吸附和化學鍵合作用小，灌封膠流動時受到的阻力較小，形成具有良好流動性的有機矽灌封膠；
（2）本發明通過矽烷偶聯劑a-171改性矽微粉，在粉體表面形成含乙烯基的單分子層，該單分子層與基膠乙烯基矽油相容性好，且降低了粉體表面極性，減弱了與增粘劑分子間作用力，大大降低了增粘劑遷移阻力，使增粘劑更容易遷移到基材表面，形成良好粘接效果，同時增粘劑分子結構外圍還含有大量烷氧基等極性基團，可顯著改善加成型矽膠體系低表面能，從而提高其粘接效果。
具體實施方式
取100～120g乙烯基矽油，350～420g矽微粉，10～50g球形氧化鋁和5～6g矽烷偶聯劑a-171裝入捏合機內，加熱至120～160℃混合1～2h，再加熱至160～180℃處理1～2h，冷卻至室溫後出料，得基料，取360～400g羥基矽油，200～240g矽烷偶聯劑kh-560，70～80g四甲基四乙烯基環四矽氧烷裝入反應釜中，加熱至50～55℃，並以200～300r/min攪拌20～30min，再加入0.15～0.20g二月桂酸二丁基錫，繼續攪拌加熱至60～65℃，保溫反應3～4h後抽真空至100～1000pa，持續30～40min，再保溫反應1～2h，冷卻至室溫後出料，得增粘劑，按重量份數計，取200～250份基料，50～60份乙烯基矽油，20～30份增粘劑，0.1～0.3份鉑催化劑裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散20～30min，得a組份，再按重量份數計，取200～250份基料，20～30份乙烯基矽油，20～30份含氫矽油，0.01～0.03份甲基丁炔醇，裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散20～30min，得b組份，將a、b組份按質量比1：1混合均勻後，在真空下減壓排泡，然後在室溫下灌在粘接基材上，室溫下固化1～2h後再加熱至60～80℃固化1～2h，得led封裝用有機矽灌封膠。
實例1
取100g乙烯基矽油，350g矽微粉，10g球形氧化鋁和5g矽烷偶聯劑a-171裝入捏合機內，加熱至120℃混合1h，再加熱至160℃處理1h，冷卻至室溫後出料，得基料，取360g羥基矽油，200g矽烷偶聯劑kh-560，70g四甲基四乙烯基環四矽氧烷裝入反應釜中，加熱至50℃，並以200r/min攪拌20min，再加入0.15g二月桂酸二丁基錫，繼續攪拌加熱至60℃，保溫反應3h後抽真空至100pa，持續30min，再保溫反應1h，冷卻至室溫後出料，得增粘劑，按重量份數計，取200份基料，50份乙烯基矽油，20份增粘劑，0.1份鉑催化劑裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散20min，得a組份，再按重量份數計，取200份基料，20份乙烯基矽油，20份含氫矽油，0.01份甲基丁炔醇，裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散20min，得b組份，將a、b組份按質量比1：1混合均勻後，在真空下減壓排泡，然後在室溫下灌在粘接基材上，室溫下固化1h後再加熱至60℃固化1h，得led封裝用有機矽灌封膠。
實例2
取110g乙烯基矽油，385g矽微粉，30g球形氧化鋁和5g矽烷偶聯劑a-171裝入捏合機內，加熱至140℃混合1h，再加熱至170℃處理1h，冷卻至室溫後出料，得基料，取380g羥基矽油，220g矽烷偶聯劑kh-560，75g四甲基四乙烯基環四矽氧烷裝入反應釜中，加熱至53℃，並以250r/min攪拌25min，再加入0.18g二月桂酸二丁基錫，繼續攪拌加熱至63℃，保溫反應3h後抽真空至550pa，持續35min，再保溫反應1h，冷卻至室溫後出料，得增粘劑，按重量份數計，取225份基料，55份乙烯基矽油，25份增粘劑，0.2份鉑催化劑裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散25min，得a組份，再按重量份數計，取225份基料，25份乙烯基矽油，25份含氫矽油，0.02份甲基丁炔醇，裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散25min，得b組份，將a、b組份按質量比1：1混合均勻後，在真空下減壓排泡，然後在室溫下灌在粘接基材上，室溫下固化1h後再加熱至70℃固化1h，得led封裝用有機矽灌封膠。
實例3
取120g乙烯基矽油，420g矽微粉，50g球形氧化鋁和6g矽烷偶聯劑a-171裝入捏合機內，加熱至160℃混合2h，再加熱至180℃處理2h，冷卻至室溫後出料，得基料，取400g羥基矽油，240g矽烷偶聯劑kh-560，80g四甲基四乙烯基環四矽氧烷裝入反應釜中，加熱至55℃，並以300r/min攪拌30min，再加入0.20g二月桂酸二丁基錫，繼續攪拌加熱至65℃，保溫反應4h後抽真空至1000pa，持續40min，再保溫反應2h，冷卻至室溫後出料，得增粘劑，按重量份數計，取250份基料，60份乙烯基矽油，30份增粘劑，0.3份鉑催化劑裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散30min，得a組份，再按重量份數計，取250份基料，30份乙烯基矽油，30份含氫矽油，0.03份甲基丁炔醇，裝入捏合機中混合均勻，再用三輥研磨機研磨分散30min，得b組份，將a、b組份按質量比1：1混合均勻後，在真空下減壓排泡，然後在室溫下灌在粘接基材上，室溫下固化2h後再加熱至80℃固化2h，得led封裝用有機矽灌封膠。
對比例：北京某生產的雙組份橡膠型led封裝用有機矽灌封膠。
表1各led封裝用有機矽灌封膠的性能對比表
從上表可以看出，本發明製得的led封裝用有機矽灌封膠兼具良好的流動性、粘接性及導熱性能，其流動性和粘結性均優於市售led封裝用有機矽灌封膠產品，在led封裝領域具有廣闊的應用前景。