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        LED封裝用有機硅-環(huán)氧樹脂的合成與性能研究

        2022-10-25 06:09:54謝桂容魏義蘭陳文娟
        粘接 2022年10期
        關鍵詞:有機硅苯基折射率

        謝桂容,劉 宏,魏義蘭,陳文娟

        (湖南化工職業(yè)技術學院,湖南 株洲 412000)

        有機硅-環(huán)氧樹脂分子中同時含有硅氧烷鏈段和環(huán)氧基團,作為改性劑,能提高環(huán)氧樹脂的韌性、耐熱性等;作為增粘劑,能提高有機硅封裝膠對基材的粘附力;直接作為LED(發(fā)光二極管)封裝膠的基體樹脂,兼具有機硅和環(huán)氧封裝膠的優(yōu)點,有效克服了傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂耐熱和耐紫外性不足、有機硅樹脂粘附力低的缺陷。

        有機硅-環(huán)氧樹脂常用的合成方法有熱縮合法、非水解溶膠-凝膠法和硅氫加成法。其中熱縮合法容易使環(huán)氧基團開環(huán),使封裝膠的固化交聯(lián)密度降低,影響了強度和耐熱性;非水解溶膠-凝膠法存在溶劑,并且難以反應完全,體系內存在殘余的Si—OH和Si—OCH,容易導致產物不穩(wěn)定;硅氫加成法具有條件溫和,反應易控制,沒有小分子物質產生的優(yōu)點,被廣泛使用。

        通過氯硅烷還原和硅氫加成兩步反應合成了高折光指數(shù)的含硅環(huán)氧樹脂。利用含氫硅油與烯丙基縮水甘油醚制備了具有優(yōu)異耐熱性的有機硅環(huán)氧樹脂;當其固化后,初始熱分解溫度均高于300 ℃。以聚甲基氫硅氧烷與1,2-環(huán)氧-4-乙烯基環(huán)己反應得到含端三甲基硅氧烷聚(二甲基-甲基乙基環(huán)氧環(huán)己烷)硅氧烷。但上述研究存在反應步驟復雜、反應產物折射率較低或Si—H鍵不在鏈端,反應活性低等問題。

        本試驗以含高活性端氫的苯基硅油與含乙烯基、環(huán)己烷基的環(huán)氧單體為原料,采用硅氫加成法合成了含有苯基、環(huán)己烷基和環(huán)氧基有機硅-環(huán)氧樹脂(PSER)。據(jù)報道,苯基、環(huán)己烷基和環(huán)氧基均有利于提高樹脂折射率,同時環(huán)己基的引入能避免了引入大量苯基帶來的剛性,環(huán)氧基又能增強樹脂附著力,可直接作為LED封裝材料的基體樹脂。

        1 材料與方法

        1.1 實驗原料

        端氫基苯基硅油(HTPS):含氫0.3%、有效物99%,安徽艾約塔硅油有限公司;3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲基甲基丙烯酸酯(ECMA):有效物99.8%,山東摩爾化工有限公司;鉑金水:1 000×10(ppm),東莞市邁騰橡塑材料有限公司;甲基六氫苯酐(分析純),北京華威銳科化工有限公司;四丁基溴化銨(分析純),上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

        1.2 分析與測試

        (1)紅外光譜:將合成產物 PSER 樹脂涂于 KBr 晶片上烘干成膜,采用日本島津公司 Shimadzu IR Prestige-2 型紅外光譜儀表征 PSER 的結構,測定范圍:500~4 000 cm;

        (2)折射率:采用上海儀電物光 WYA-2WAJ 阿貝折光儀測試PSER的折光率;

        (3)黏度:采用上海衡平 NDJ-1S 型數(shù)顯式黏度計測量 PSER 樹脂在室溫(23±)℃的黏度;

        (4)環(huán)氧值:按照 GB/T 1677—2008 規(guī)定的操作方法進行,利用鹽酸丙酮法測定 PSER的環(huán)氧值;

        (5)回流焊死燈率:以 PSER 樹脂為 A 劑;甲基六氫苯酐與固化促進劑四丁基溴化銨按 50∶1 混合作為 B 劑(m=168.14,為表示PSER樹脂的環(huán)氧值)。A劑與B劑以1∶1混合,攪拌均勻后真空脫泡,在2835、5050貼片燈珠上進行固化,固化條件為 135 ℃ ×1 h+150 ℃×4 h。固化完成后,將燈珠分別經(jīng)過5次回流焊,回流焊條件:260 ℃/5~10 s,記錄燈珠的累計死燈率。

        1.3 有機硅-環(huán)氧樹脂的合成

        2 結果與討論

        2.1 合成原理

        以端氫基苯基硅油(HTPS)和3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲基甲基丙烯酸酯(ECMA)進行硅氫加成反應合成有機硅-環(huán)氧樹脂(PSER),其合成原理如圖1所示。

        圖1 有機硅-環(huán)氧樹脂(PSER)的合成原理Fig.1 Synthetic mechanism of silicon-epoxy resin (PSER)

        2.2 加料方式對合成反應的影響

        表1 加料方式的影響Tab.1 The effect of adding way

        2.3 反應時間對合成反應的影響

        表2 反應時間的影響Tab.2 The effect of reaction time

        由表2可知,當反應時間較短時,產物折射率、黏度和環(huán)氧值也低,并且產物放置后不穩(wěn)定;這可能是由于反應不完全,HTPS中殘余的Si—H在儲存過程中與空氣中微量的水分反應生成不穩(wěn)定的Si—OH,最終導致凝膠。隨著反應時間延長,折射率、黏度和環(huán)氧值增加,穩(wěn)定性好。當反應時間為5 h時,PSER折射率達到1.535,屬于高折光指數(shù)封裝材料(折射率大于1.5),實測環(huán)氧值與理論環(huán)氧值0.179 mol/(100 g )基本接近。但當反應時間達到7 h時,黏度明顯增加,環(huán)氧值降低。

        圖2是不同反應時間的紅外譜圖。

        圖2 不同反應時間的PSER紅外光譜圖Fig.2 FT-IR spectra of silicon-epoxy resin (PSER) with different reaction time

        2.4 /Si—H比值對PSER合成與性能的影響

        表3 /Si—H比值的影響Tab.3 The effect of /Si—H ratio

        3 結語

        以HTPS和ECMA為原料,采用硅氫加成反應合成了含有苯基、環(huán)氧基和環(huán)己烷基的PSER樹脂。

        (2)將PSER與甲基六氫苯酐固化,應用于紅光2835、5050的SMD貼片燈珠時,PSER固化性良好,燈珠經(jīng)過3次回流焊,死燈率為0%。

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