LED高耐硫胶水设计运用案例分享
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不论灯珠形式，不论何种灯具，硫化发黑和卤素发黑是LED终端经常会遇到一个问题，通常是LED支架反射银层与环境中硫元素或者卤素发生化学反应引起的外观发黑，这种发黑通常不可逆，造成非常大的光衰。
而导致发黑的硫或卤素来源非常普遍，除了灯具中常用的部分关键零部件，还有就是灯具所处的大气环境。从图二和图三可以看到，即使我们可以在灯具中避免使用含有危害元素的材料，我们也无法避免大气中的硫元素侵入。
图二 灯具中可能含有危害元素的材料
图三 环境中可能有害元素来源
硫化导致的灯珠发黑通过仪器检测比较容易判断，进而找到源头进行有效管控。如图四元素分析测试，在发黑区域检测到明显的硫元素存在，而在胶体中没有硫元素存在，同时检测到灯盘的光油上面有硫元素，了解到根本原因及污染源，就比较容易解决问题。
图四 硫化发黑灯珠元素分析
硫化发黑，是因为银和硫元素发生化学反应生成了硫化银，不仅改变了银的特性，也破坏了镀银层规整的物理结构，从外观看到发黑的现象。从硫化发黑的反应机理来看，环境中的硫化氢和银反应的活性最高，通常环境中含有0.2ppb就会导致银层发黑。
同时从硫化氢的反应速率与温度的关系图中可以看到，当灯珠点亮温度超过50°C，随着温度升高，反应速率线性提高。这就指导我们在设计灯具时一定要避免采用会释放硫化氢的材料，同时注意散热，避免灯珠长时间处于较高的温度。
导致发黑的异常元素除了硫之外，卤素也会和银层发生化学反应导致银层发黑。
通常含氯有机物在热、光、力、氧等作用下，首先分解放出氯化氢(HCl)，若不能及时清除放出的HCl，则会加速其后有机物的热降解，继续生成大量HCl。Ag在电、热以及有氧的条件下，会与HCl发生氧化还原反应:
4Ag+4HCl+o2=4AgCl+2H2o
同等条件下Ag与Br的反应活性高于Cl，并且生成的AgBr见光分解，也是大部分溴化导致的发黑很难通过元素测试发现溴元素。
此外，因为很多封装厂用合金线替代金线，硫化或者卤素导致的线材发黑的失效也是常有发生，从金属的电势和表面电离能来看，我们可以看到金的活性要比银低的多，不容易发生硫化或者卤化反应:
a.电势而言:ΦAg+/Ag=0.7991V、ΦAu+/Au=1.68V。
b.电离能而言:Ag=731、Au=890。
所以就活泼性而言，Ag要比Au大。这也是合金线比金线更容易被氧化变黑的原因。灯珠中合金线先被卤化或者硫化生成卤化银或者硫化银，会造成以下影响:生成卤化银或者硫化银使得合金线电阻增大，导电性降低，进而影响合金线与芯片焊点及芯片的导电性能，造成芯片发热增大，进而加速了支架镀银层黑化。
所有的检测、分析、原理解释都是为了寻找解决方案，以上内容可以给灯具厂和封装厂在方案设计的时候提供一定的参考。而对于封装材料尤其是胶水和支架材料供应商，为了加强银材发黑的预防，必须弄清楚异常元素侵入灯珠的路径，从图七中可以看到，支架缝隙、封装胶本体以及封装胶与支架的接触面都是异常元素进入灯珠的主要途径，对于支架供应商而言，就要想办法缩小支架塑料材和金属材之间的缝隙，尤其是控制过完回流焊以后的缝隙大小。降低硫或者卤素元素通过胶体渗透的思路基本相似，以下就以硫化改善为例，结合我们设计产品的经验做一些介绍:
①通过提高胶水固化后的网络密度，降低交联网络网格大小。
大家普遍采用的方式就是提高胶水固化交联度，这也是最有效最直接的方式，但通过这种途径调整的胶水固化后胶水模量偏高，同等条件下会降低胶水的耐冷热冲击性能，调整到一定程度就会达到极限。而通过有机硅中间体设计，使得配方在固化过程中形成大小球结构，大小球直接通过网络互穿连接，这样堆积密度可以大大提高，同时因为大小球之间的可控滑动，对冷冲的影响几乎可以忽略。从实际测试的数据来看，相同硬度下，该方案有3-5%的抗硫化提升。
②改善胶水和支架界面的附着力。常规的附着力助剂都是小分子
虽然可提升附着力，但是在高温或高湿下，小分子会发生部分迁移，导致附着力下降。如果选择一些大分子的附着力助剂，就需要解决其和有机硅本体相容性的问题，相容性不好就会导致不同批次胶水之间的差异性。
③提高胶水固化过程中对支架缝隙的填充性。
如果用一些小分子或者短链高分子进行填充，会对配方的其他特性造成明显影响，比如挥发份变高、局部脆化等。通过在配方中加入特定结构的超支化有机硅中间体，可以很好地兼顾填充性和机械特性。
未来应用发展趋势
主流LED封装胶产品趋势依然会继续围绕抗硫化、耐热、耐冷热冲击三个方面进行提升，同时大家都在积极开发一些蓝海市场的有机硅产品，比如信越布局的芯片封装和薄膜封装产品，慧谷化学布局的薄膜封装热熔胶产品。此外，还有一些更加细分应用的产品有明显的终端需求：
1、超高耐热低折胶水，主要用于高功率密度COB上，长期使用局部温度保守估计在250°C以上。
2、UV固化有机硅胶水，可将现有的加热固化部分或者全部改为UV固化。
提高LED出光封装材料，灯珠的出光和光取出率息息相关，目前来看，单纯从封装胶实现1%亮度提升对于封装厂都是非常有吸引力，这也是封装硅胶未来的一个技术方向。
LED封装胶与市面通用产品特点对比
从功能来看，有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅材料种类的持续增长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。
LED封装硅胶要求产品同时具有光色特性、电学特性、机械特性、高耐热特性以及和多种材料的界面匹配特性，而这些匹配材料包括不同材质的金属材料和非金属材料。所有这些特性不仅要考虑即时特性，更要关注长期老化后的性能水平。
从材料需求来看，LED封装硅胶无疑属于难度极高的有机硅材料行列。与此同时，因为LED整个行业还处于高度竞争阶段，为了在市场上设计出有差异化的产品，出现了不同特性需求的LED封装硅胶，主流产品的更新换代也是非常快速，这就需要不断地加大研发投入。
以上两个方面会加速LED封装硅胶供应链快速洗牌，未来可能进入全价值链强强联合的模式。
从材料需求来看，LED封装硅胶无疑属于难度极高的有机硅材料行列。与此同时，因为LED整个行业还处于高度竞争阶段，为了在市场上设计出有差异化的产品，出现了不同特性需求的LED封装硅胶，主流产品的更新换代也是非常快速，这就需要不断地加大研发投入。
以上两个方面会加速LED封装硅胶供应链快速洗牌，未来可能进入全价值链强强联合的模式。
（本文来源：阿拉丁新闻中心）
