專利名稱：一種高折射率納米改性有機硅封裝材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
納米改性有機硅封裝材料的制備
背景技術(shù)：
具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)點的半導(dǎo)體白光照明(白光LED)在照明市 場的前景備受各國矚目。而隨著功率型白光LED制造技術(shù)的不斷完善，其發(fā)光 效率、亮度和功率都有了大幅度的提高。但是，在制造功率型白光LED器件的 過程中，除了芯片制造技術(shù)、熒光粉制造技術(shù)和散熱技術(shù)外，LED封裝材料的 性能對其發(fā)光效率、亮度以及使用壽命也將產(chǎn)生顯著的影響。使用高折光指數(shù)、 高耐紫外能力和耐熱老化能力、低應(yīng)力的封裝材料，可明顯提高照明器件的光 輸出功率和使用壽命。
傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂封裝材料在可靠性以及耐紫外和熱老化性能方面遠遠不能 滿足封裝的要求。而有機硅材料由于上述性能上的優(yōu)勢，被認(rèn)為是用于大功率 LED封裝的最佳材料。但是，由于國內(nèi)到目前為止很少進行過相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā) 工作，導(dǎo)致高折光指數(shù)的有機硅材料目前在國內(nèi)還未見報道，而其在LED封裝 上的應(yīng)用也只能依賴于進口。因此，研制具有高透明度、高折光率、優(yōu)良耐紫 外老化和熱老化能力的有機硅封裝材料并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對功率型LED器件的研 制和規(guī)?；a(chǎn)具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前功率型LED封裝材料的各種技術(shù)問題，本項目提出制備一類 LED封裝材料(填充或粘接材料)的新的技術(shù)途徑。該技術(shù)采用具有高折射率 的納米無機氧化物溶膠與有機硅聚合物復(fù)合，通過有機硅橡膠和有機硅樹脂雙 層封裝的工藝，不僅能實現(xiàn)封裝材料的高透明度、高折光率、優(yōu)良的耐紫外老 化和熱老化能力，而且具有良好的界面相容性，能對內(nèi)部芯片起到很好的保護 作用。
本發(fā)明的方法利用了有機硅高聚物和無機納米溶膠的優(yōu)勢性能。采用多種含特殊功能基團的有機硅預(yù)聚體，與無機納米氧化物溶膠通過一定的工藝手段 獲得粘稠的納米改性有機高聚物封裝溶膠，在固化前通過簡單易行的方法制得 芯片上的厚涂層，經(jīng)過一定的溫度處理獲得所需性能封裝涂層。有機硅部分增 加成膜性能和涂層的柔軟性；無機氧化物溶膠與有機硅復(fù)合，提高膜層的硬度 和附著力；由于納米氧化物在結(jié)構(gòu)中的交雜，使得膜層的結(jié)構(gòu)充實，耐熱性和 抗紫外能力得到進一歩的提高；具有高折射率的無機氧化物和具有特殊功能基 團的有機聚硅高聚物的復(fù)合，可實現(xiàn)高折射率，并在一定范圍內(nèi)可控；溫度的 處理可增加成分之間的作用以及成分與基材的作用，提高膜層的硬度和附著力。 本發(fā)明提供一種高折射率納米改性有機硅封裝材料的制備方法，其中包括 有機硅預(yù)聚體的制備方法、高折射率納米無機氧化物溶膠的制備方法和納米改 性有機硅封裝材料的制備方法。
有機硅預(yù)聚體的制備方法為以苯基三氯硅垸、乙烯基甲基二氯硅烷和二 甲基二氯硅垸等多種有機硅單體通過溶膠凝膠技術(shù)進行水解縮聚，得到一定成 分的有機硅預(yù)聚體。有機硅預(yù)聚體的合成原料采用苯基三氛硅烷、乙烯基甲基 二氯硅烷和二甲基二氯硅烷等多種有機硅單體。其中苯基三氯硅烷的重量比例 為5% 80%，乙烯基甲基二氯硅烷的重量比例為1% 50%, 二甲基二氯硅烷 的重量比例為3% 90%。有機硅預(yù)聚體中苯基的重量比例為為2% 50%,乙 烯基的重量比例為0.1% 30%。溶劑采用甲苯和水，甲苯的重量比例為20% 80%，水的重量比例為10% 70%。反應(yīng)溫度為110 160°C，反應(yīng)時間為0.5 5h。加熱過程可以釆用油浴或在反應(yīng)釜中進行。反應(yīng)完全后進行減壓蒸餾，除 去甲苯和有機硅小分子，壓力為0.05個大氣壓，溫度為110 16(TC。
高折射率納米無機氧化物溶膠的制備方法為以一種以上金屬或非金屬醇鹽 在一定條件下經(jīng)過水解縮合，得到納米無機氧化物溶膠。原料釆用正硅酸乙酯、 四丁醇鋯等多種醇鹽。其中正硅酸乙酯的重量比例為1% 40%，四丁醇鋯的重 量比例為1% 95%，鈦酸丁酯的重量比例為0.5% 10%。水的重量相對于金屬 和非金屬醇鹽總量的2% 70%。采用無水乙醇為溶劑，無水乙醇的重量比例為 20% 99%。添加無機酸為催化劑，添加的無機酸為下列的任一種鹽酸、磷 酸或醋酸，其用量為0.001% 3%。 pH值范圍控制在4 8。
納米改性有機硅封裝材料的制備方法為將巳經(jīng)制備好的納米無機氧化物溶膠和有機硅預(yù)聚體進行復(fù)合反應(yīng)，得到納米改性有機硅封裝材料。其中納米無 機氧化物稀釋液的重量比例為0.1% 70%，有機硅聚合物的重量比例為30% 100%。添加含氫硅油(直鏈硅油，主鏈為甲基氫基，兩端以甲基封端，SiH的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3 3wt。/。)作為交聯(lián)劑，相對于有機硅預(yù)聚體的重量比例為1% 50%。采用鉑二乙烯基四甲基二硅氧垸絡(luò)合物作為催化劑，濃度為2000ppm 3000ppm，添加量為2ppm 40ppm。固化溫度為30 150°C，固化時間為2min 2h。
采用本發(fā)明的方法制備的納米改性有機硅封裝材料具有高透明度、高折光 率、優(yōu)良的耐紫外老化和熱老化能力。經(jīng)過實驗測試表明，納米改性有機硅封 裝材料的可見光透過率達98%，折射率達1.5以上，15(TC下熱處理1000小時 后，可見光透過率衰減小于5%。
具體實施例方式
從以下說明性實施將進一步理解本發(fā)明 (l)不同元素組分有機硅預(yù)聚體新體系的制備 實施例1
原料配比為將140g甲苯和100g水于圓底燒瓶中，機械攪拌，滴加苯基
三氯硅烷10g、乙烯基甲基二氯硅烷10g和二甲基二氯硅烷50g的混合物。140 r反應(yīng)1.5h，減壓蒸餾，除去甲苯，得到無色透明的粘稠液體。 實施例2
原料配比為將230g甲苯和210g水于圓底燒瓶中，機械攪拌，滴加苯基 三氯硅烷60g、乙烯基甲基二氯硅垸30g和二甲基二氯硅垸35g的混合物。140 'C反應(yīng)1.5h，減壓蒸餾，除去甲苯，得到無色透明的粘稠液體。
實施例3
原料配比為將320g甲苯和310g水于圓底燒瓶中，機械攪拌，滴加苯基 三氯硅烷120g、乙烯基甲基二氯硅烷30g和二甲基二氯硅垸35g的混合物。140 'C反應(yīng)1.5h，減壓蒸鎦，除去甲苯，得到無色透明的粘稠液體。 (2)納米無機氧化物溶膠的制備技術(shù) 實施例4原料配比為將200g無水乙醇、6g去離子水和0.1g鹽酸混合均勻，正硅 酸乙酯8g，四丁醇鋯30g，鈦酸丁酯lg混合均勻后滴加到上述混合溶液中。室 溫下磁力攪拌lh，緩慢加熱到8(TC回流2h。得到無色透明高度分散的納米無 機氧化物溶膠稀釋液。
實施例5
原料配比為將200g無水乙醇、5.5g去離子水和0.1g鹽酸混合均勻，正 硅酸乙酯4g，四丁醇鋯30g，鈦酸丁酯lg混合均勻后滴加到上述混合溶液中。 室溫下磁力攪拌lh，緩慢加熱到8(TC回流2h。得到無色透明高度分散的納米 無機氧化物溶膠稀釋液。 (3)納米改性有機硅封裝材料的制備
實施例6
原料配比為將上述實施例4制備的無機納米氧化物稀釋液20g、實施例2 制備的有機硅預(yù)聚體100g和含氫硅油20g加入三口燒瓶中，室溫攪拌lh， 55 。C減壓蒸餾，除去乙醇。得到無色透明的粘稠液體。往上述液體中加入lg鉑催 化劑，室溫攪拌均勻。得到待用的納米改性有機硅封裝材料。固化條件采用100 'C加熱0.5h。折射率為1.50，可見光透過率為98%。
實施例7
原料配比為將上述實施例4制備的無機納米氧化物稀釋液50g、實施例3 制備的有機硅預(yù)聚體100g和含氫硅油20g加入三口燒瓶中，室溫攪拌lh， 55 。C減壓蒸餾，除去乙醇。得到無色透明的粘稠液體。往上述液體中加入lg鉑催 化劑，室溫攪拌均勻。得到待用的納米改性有機硅封裝材料。固化條件采用100 。C加熱0.5h。折射率為1.52，可見光透過率為98%。
實施例8
原料配比為將上述實施例4制備的無機納米氧化物稀釋液80g、實施例3 制備的有機硅預(yù)聚體100g混合均勻和含氫硅油20g加入三口燒瓶中，室溫攪 拌lh， 55'C減壓蒸餾，除去乙醇。得到無色透明的粘稠液體。往上述液體中加 入lg鉑催化劑，室溫攪拌均勻。得到待用的納米改性有機硅封裝材料。固化條 件采用10(TC加熱0.5h。折射率為1.55，可見光透過率為98%。
權(quán)利要求
1. 一種制備高折射率納米改性有機硅封裝材料的方法，其特征在于將無機納米氧化物溶膠和有機硅預(yù)聚體復(fù)合，用于納米改性有機硅封裝材料，主要應(yīng)用于功率型LED照明器件的封裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備的有機硅預(yù)聚體的 合成原料采用苯基三氯硅烷、乙烯基甲基二氯硅烷和二甲基二氯硅垸等多種 有機硅單體。其中苯基三氯硅垸的重量比例為5% 80%，乙烯基甲基二氯 石卡烷的重量比例為1% 50%， 二甲基二氯硅烷的重量比例為3% 90%，
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備的有機硅預(yù)聚體含 苯基的重量比例為2% 50%，乙烯基的重量比例為0.1% 30%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備有機硅預(yù)聚體溶劑采用甲苯和水，甲苯的重量比例為20% 80%，水的重量比例為10% 70%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備有機硅預(yù)聚體反應(yīng) 溫度為U0 16(TC，反應(yīng)時間為0.5 5h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米無機氧化物溶膠，原料采用正硅酸乙酯、四丁醇鋯和鈦酸丁酯，其中正硅酸乙酯的重量比例為1% 40%，四丁醇鋯的重量比例為1% 95%，鈦酸丁酯的重量比例為 0.5% 10%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米無機氧化物溶膠，水的重量相對于金屬和非金屬醇鹽總量的2% 70%。采用無水乙醇為 溶劑，無水乙醇的重量比例為20% 99%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米無機氧化物溶 膠，無機酸為催化劑，添加的無機酸為下列的任一種鹽酸、磷酸或醋酸，其用量為0.001% 3%。 pH值范圍控制在4 8。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米無機氧化物溶 膠的反應(yīng)溫度控制在50 90°C ，時間為1 4h。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米改性有機硅封10. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米改性有機硅封 裝材料，納米無機氧化物稀釋液的重量比例為0.1% 70%，有機硅聚合物 的重量比例為30% 100%。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米改性有機硅封 裝材料添加含氫硅油作為交聯(lián)劑，含氫硅油相對于有機硅預(yù)聚體的重量比例 為1% 50%。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米改性有機硅封 裝材料添加含氫硅油作為交聯(lián)劑，含氫硅油為直鏈硅油，主鏈為甲基氫基，兩端以甲基封端。含氫硅油中SiH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3 3 wt% 。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米改性有機硅封 裝材料采用鉑二乙烯基四甲基二硅氧烷絡(luò)合物作為催化劑，濃度為1000 ppm 3000ppm， 添加量為2ppm 40ppm。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所描述的制備方法，其特征在于制備納米改性有機硅封裝材料固化溫度為30 150°C，固化時間為2min 2h。
全文摘要
一種高折射率納米改性有機硅封裝材料的制作方法采用雙組份途徑，用多種含特殊功能基團的有機硅預(yù)聚體，與無機納米氧化物溶膠通過一定的工藝手段獲得粘稠的納米改性有機硅聚合物封裝溶膠，在固化前通過簡單易行的方法制得芯片上的厚涂層，經(jīng)過一定的溫度處理后獲得所需性能的封裝涂層。所獲得的封裝材料具有高折射率、高透過率、耐高溫、耐紫外老化、粘結(jié)性強的性能，可應(yīng)用于功率型LED照明器件的封裝。
文檔編號C08L83/16GK101457022SQ200710124979
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者呂維忠, 孫宏元, 芳 王, 羅仲寬, 蔡弘華, 青雙桂 申請人:深圳大學(xué)