高性能LED顯示器件封裝材料的制備及性能研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED)是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，因其具有發(fā)光效率高、環(huán)保、不易破損、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種顯示技術(shù)、例如通用照明、背光源、指示信號、光通信光源等方面。但隨著LED芯片性能和可靠性的不斷提高，封裝材料已成為制約其快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了制備長壽命、高光效的LED器件，就要求封裝材料具有高亮度和高可靠性，包括高折射率、高透光率、耐熱氧老化和紫外老化、低的熱膨脹系數(shù)(CTE)、低應(yīng)力、低吸濕性等特點(diǎn)。

2、
　　在本論文中，我們通過向環(huán)氧樹脂型封裝材料中加入硅微粉的方式以提高LED器件的可靠性。通過降低封裝材料的熱膨脹系數(shù)以及吸水性，從而避免在回流焊過程中“爆米花”現(xiàn)象的發(fā)生，減少體系由于吸水膨脹而產(chǎn)生的濕應(yīng)力以及CTE不匹配而產(chǎn)生的熱應(yīng)力對封裝材料的影響，提高LED在使用過程中的可靠性。分別研究了填料的含量和種類對LED性能及可靠性的影響，并利用差示掃描量熱儀(DSC)，動態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)，稱重法，熱機(jī)械分析儀(TMA)，熱

3、重分析儀(TGA)，可變真空掃描式電子顯微鏡(SEM)，紫外可見分光光度計(jì)(UV-Vis)，掃描式聲波顯微鏡(SAM)等分析測試手段對LED的性能及可靠性進(jìn)行表征。
　　論文首先對比了填料用量對封裝材料各方面性能的影響。通過加入10wt％到60wt％的球形硅微粉到環(huán)氧樹脂型封裝材料中，表明體系的熱膨脹系數(shù)隨著填料的加入而降低，且加入量越多，效果越明顯。體系的平衡吸水率、平衡吸濕率以及相應(yīng)的水分子擴(kuò)散系數(shù)也隨著填料含量的增加出現(xiàn)了明

4、顯的降低。TGA測試結(jié)果表明體系的熱穩(wěn)定性隨著填料的加入有所提高。各體系的固化反應(yīng)活化能則隨著填料含量的增加出現(xiàn)了下降的趨勢。填料的加入對封裝料體系的玻璃化溫度影響不大。體系的模量則隨著填料的加入而增大。紫外-可見光區(qū)的透光性在紫外老化和熱氧老化過程中則隨著填料的含量的增加而降低。邵氏硬度測試則表明各體系的硬度隨著填料的加入有所升高，但上升幅度不大。
　　進(jìn)而對比了不同種類填料對封裝材料的影響。分別采用四種無機(jī)硅微粉和一種有機(jī)填料

5、，包括:結(jié)晶石英粉、方石英粉、熔融硅微粉、球型硅微粉以及球形有機(jī)硅微粉，加入到環(huán)氧封裝材料中，同時(shí)封裝LED器件，進(jìn)行相應(yīng)的可靠性測試。通過建立LED可靠性評價(jià)體系用以評估各封裝材料的可靠性。測試結(jié)果表明封裝器件在經(jīng)歷過吸濕、高溫回流焊以及冷熱沖擊后，在封裝材料和支架之間并未出現(xiàn)離層或是裂紋。性能測試表明:除了加有球形有機(jī)硅微粉的體系，其他加有填料體系在吸水和吸濕實(shí)驗(yàn)中均顯示出降低的平衡吸水率和擴(kuò)散系數(shù)。填料的加入可以降低體系的熱膨脹系

6、數(shù)，其中加有結(jié)晶石英粉、熔融硅微粉和球形硅微粉的體系表現(xiàn)最好，無論在玻璃化溫度以上還是以下熱膨脹系數(shù)均出現(xiàn)了下降。TGA測試則表明這5種加有填料體系的熱穩(wěn)定性相差不大。除了加有球形有機(jī)硅微粉的體系，其他體系的玻璃化溫度非常接近，未受到填料加入以及填料種類的影響。封裝料體系的固化反應(yīng)活化能則隨著填料的加入略有下降，但不同填料體系間差別不大。各體系的模量隨著填料的加入出現(xiàn)了不同程度的上升，紫外-可見光區(qū)的透光性在紫外老化和熱氧老化過程中則出