一种LED封装用有机硅树脂及其制备方法与流程

本发明属于LED封装材料技术领域，具体涉及LED封装用有机硅树脂及其制备方法。

背景技术：

发光二极管（LED）由于其具有能耗低、环保、耐用的优点被广泛应用。LED封装是对发光芯片的封装，是将封装材料装入放置有电子元件和线路的器件内，其作用是密封保护LED芯片、隔绝空气中的水分、保护器件的正常使用、排出芯片产生的热量、降低芯片与空气中的折射率差异、隔离外界振动对芯片组件的影响等。在封装过程中，由于LED在工作过程中只有30%-40%的电能转化为光剩余60%-70%的电能转化为热能，如果芯片内部的热量不能及时传递出去，会造成LED发光效率和发光强度的减低，同时电器件寿命也会缩短，因此LED封装材料的选用对其性能的影响非常关键。

目前常用的封装材料有环氧树脂、有机硅树脂、改性硅橡胶等，其中有机硅树脂相比其他的封装材料的耐热、耐紫外线老化、透光率高、折射率高，但是有机硅树脂具有机械强度较低、导热性能差、稳定性差等缺点，因此需要进一步的改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供机械强度好，导热性好，稳定性高的一种LED封装用有机硅树脂。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种LED封装用有机硅树脂，由以下重量份数制成：甲基三氯硅烷5-10份，苯基三氯硅烷45-90份，甲基乙烯基二氯硅烷15-30份，二苯基二甲氧基硅烷10-15份，催化剂3-8份，无水乙醇3-5份，二甲苯90-100份，正丁醇10-20份，蒸馏水20-300份，交联固化剂2-6份，纳米钻石烯2-10份。

进一步的，所述的催化剂为四甲基氢氧化铵。

进一步的，所述的纳米钻石烯为改性的纳米钻石烯，其改性方法如下：

a.超声波碱洗：将纳米钻石烯放入装有碱液的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为35-40KHz，碱液为10-12wt%的NaOH溶液，碱洗温度为50-60℃，搅拌速度为35-40rpm，清洗20-30min；

b.超声波水洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为30-40KHz，搅拌速度10-20rpm，搅拌清洗15-20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：将步骤b中水洗后的纳米钻石烯加入酸洗液中搅拌清洗，所述的酸洗液为25-30wt%的硝酸溶液，酸洗温度25-30℃，搅拌速度为30-35rpm，搅拌时间为15-20min；

d.超声波水洗：将酸洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为30-35KHz，搅拌速度为10-20rpm，搅拌清洗15-20min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7后烘干；

e. 将步骤d中的纳米钻石烯加入含有硅烷偶联剂的无水乙醇中搅拌，所述的无水乙醇中硅烷偶联剂质量浓度为2%-6%，搅拌温度为60-65℃，搅拌时间为2-3h，然后进行过滤干燥，得改性的纳米钻石烯。

进一步的，所述的纳米钻石烯改性方法中步骤e的硅烷偶联剂为KH550，该KH550用量与纳米钻石烯的用量的比值为2.5%-4.5%。

进一步的，所述的纳米钻石烯粒度配比为50nm︰100nm︰200nm=(1-2) ︰(2-3) ︰(4-5)。

进一步的，所述的一种LED封装用有机硅树脂的制备方法，由以下步骤组成：

（1）将甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷和甲基乙烯基二氯硅烷混合于原料中60%的二甲苯溶液中，制得氯硅烷溶液；

（2）将无水乙醇、原料中剩余40%的二甲苯和正丁醇加入蒸馏水中搅拌均匀，将步骤（1）中氯硅烷溶液通过逐滴加入到搅拌均匀的混合溶液中，反应时间为2-2.5h，反应温度为70-80℃；

（3）将步骤（2）中反应后的溶液静置分层，取上层有机溶剂，使用65-70℃的去离子水水洗上层溶液至中性后过滤，蒸馏出有机溶剂；

（4）将蒸馏得到的有机溶剂加热至70-80℃，边搅拌边加入二苯基二甲氧基硅烷，搅拌1-2h，然后冷却，减压蒸馏，得有机硅树脂聚体；

（5）将步骤（4）中的有机硅树脂聚体边搅拌边加入催化剂，反应温度为150-160℃，搅拌4-5h后减压蒸馏得有机硅树脂基体；

（6）将纳米钻石烯与有机硅树脂基体混合，加入交联固化剂和催化剂搅拌均匀，然后以5℃/min速度升温至50-60℃固化2-2.5h，再以8℃/min速度升温至150-160℃固化5-6h，得成品。

与现有技术相比，本发明的技术效果为：

由于改性后纳米钻石烯分散力强，加入有机树脂基复合材料中会形成分散均匀的导热网络，降低复合材料的热阻，使制得的LED封装用的有机硅树脂具有高导热率，也减少有机硅树脂由于热膨胀不均匀引起的热应力，增大了封装用的LED材料的散热性，另外，由于纳米钻石烯具有非常好的绝缘性能，使其很大程度保证了其电器安全性能和使用寿命，本发明还具有较好的机械强度，耐紫外辐射、透光率高、耐热性好，可以作为一种大功率LED用封装材料。

附图说明

图1为实施例1中KH550用量与纳米钻石烯用量的比值与LED封装用有机硅树脂导热率之间的关系示意图；

图2为实施例1中纳米钻石烯的添加量与LED封装用有机硅树脂导热率之间的关系示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种LED封装用有机硅树脂，由以下重量份数制成：甲基三氯硅烷5份，苯基三氯硅烷45份，甲基乙烯基二氯硅烷15份，二苯基二甲氧基硅烷10份，催化剂3份，无水乙醇3份，二甲苯90份，正丁醇10份，蒸馏水20份，交联固化剂2份，纳米钻石烯2份。

所述的纳米钻石烯为改性的纳米钻石烯，其改性方法如下：

a.超声波碱洗：将纳米钻石烯放入装有碱液的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为35KHz，碱液为10wt%的NaOH溶液，碱洗温度为50℃，搅拌速度为35rpm，清洗20min；

b.超声波水洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为30KHz，搅拌速度10rpm，搅拌清洗15min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：将步骤b中水洗后的纳米钻石烯加入酸洗液中搅拌清洗，所述的酸洗液为25wt%的硝酸溶液，酸洗温度25℃，搅拌速度为30rpm，搅拌时间为15min；

d.超声波水洗：将酸洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为30KHz，搅拌速度为10rpm，搅拌清洗15min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7后烘干。

e. 将步骤d中的纳米钻石烯加入含有KH550的无水乙醇中搅拌，所述的无水乙醇中硅烷偶联剂质量浓度为2%，搅拌温度为60℃，搅拌时间为2h，然后进行过滤干燥，得改性的纳米钻石烯，该KH550用量与纳米钻石烯的用量的比值为2.5%%。

进一步的，所述的一种LED封装用有机硅树脂的制备方法，由以下步骤组成：

（1）将甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷和甲基乙烯基二氯硅烷混合于原料中60%的二甲苯溶液中，制得氯硅烷溶液；

（2）将无水乙醇、原料中剩余40%的二甲苯和正丁醇加入蒸馏水中搅拌均匀，将步骤（1）中氯硅烷溶液通过逐滴加入到混合溶液中，反应时间为2h，反应温度为70℃；

（3）将步骤（2）中反应后的溶液静置分层，取上层有机溶剂，使用65℃的去离子水水洗上层溶液至中性后过滤，蒸馏出有机溶剂；

（4）将蒸馏得到的有机溶剂加热至70℃，边搅拌边加入二苯基二甲氧基硅烷，搅拌1h，然后冷却，减压蒸馏，得有机硅树脂聚体；

（5）将步骤（4）中的有机硅树脂聚体边搅拌边加入四甲基氢氧化铵，反应温度为150℃，搅拌4h后减压蒸馏得有机硅树脂基体；

（6）将纳米钻石烯与有机硅树脂基体混合，加入氨丙基三乙氧基硅烷和四甲基氢氧化铵搅拌均匀，然后以5℃/min速度升温至50℃固化2-2.5h，再以8℃/min速度升温至150℃固化5-6h，得成品。

实施例2：

一种LED封装用有机硅树脂，由以下重量份数制成：甲基三氯硅烷7.5份，苯基三氯硅烷67.5份，甲基乙烯基二氯硅烷22.5份，二苯基二甲氧基硅烷12.5份，催化剂5.5份，无水乙醇4份，二甲苯95份，正丁醇15份，蒸馏水160份，交联固化剂4份，纳米钻石烯6份。

所述的纳米钻石烯为改性的纳米钻石烯，其改性方法如下：

a.超声波碱洗：将纳米钻石烯放入装有碱液的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为37.5KHz，碱液为11wt%的NaOH溶液，碱洗温度为55℃，搅拌速度为37rpm，清洗25min；

b.超声波水洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为35KHz，搅拌速度15rpm，搅拌清洗17min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：将步骤b中水洗后的纳米钻石烯加入酸洗液中搅拌清洗，所述的酸洗液为27wt%的硝酸溶液，酸洗温度27℃，搅拌速度为32rpm，搅拌时间为17min；

d.超声波水洗：将酸洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为32KHz，搅拌速度为15rpm，搅拌清洗17min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7后烘干；

e. 将步骤d中的纳米钻石烯加入含有KH550的无水乙醇中搅拌，所述的无水乙醇中硅烷偶联剂质量浓度为4%，搅拌温度为62℃，搅拌时间为2.5h，然后进行过滤干燥，得改性的纳米钻石烯，该KH550用量与纳米钻石烯的用量的比值为2.5%3.5%。

所述的一种LED封装用有机硅树脂的制备方法，由以下步骤组成：

（1）将甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷和甲基乙烯基二氯硅烷混合于原料中60%的二甲苯溶液中，制得氯硅烷溶液；

（2）将无水乙醇、原料中剩余40%的二甲苯和正丁醇加入蒸馏水中搅拌均匀，将步骤（1）中氯硅烷溶液通过逐滴加入到混合溶液中，反应时间为2.25h，反应温度为75℃；

（3）将步骤（2）中反应后的溶液静置分层，取上层有机溶剂，使用67℃的去离子水水洗上层溶液至中性后过滤，蒸馏出有机溶剂；

（4）将蒸馏得到的有机溶剂加热至75℃，边搅拌边加入二苯基二甲氧基硅烷，搅拌1.5h，然后冷却，减压蒸馏，得有机硅树脂聚体；

（5）将步骤（4）中的有机硅树脂聚体边搅拌边加入四甲基氢氧化铵，反应温度为155℃，搅拌4-5h后减压蒸馏得有机硅树脂基体；

（6）将纳米钻石烯与有机硅树脂基体混合，加入氨丙基三乙氧基硅烷和四甲基氢氧化铵搅拌均匀，然后以5℃/min速度升温至55℃固化2.25h，再以8℃/min速度升温至155℃固化5.5h，得成品。

实施例3

一种LED封装用有机硅树脂，由以下重量份数制成：甲基三氯硅烷10份，苯基三氯硅烷90份，甲基乙烯基二氯硅烷30份，二苯基二甲氧基硅烷15份，催化剂8份，无水乙醇5份，二甲苯100份，正丁醇20份，蒸馏水300份，交联固化剂6份，纳米钻石烯10份。

所述的纳米钻石烯为改性的纳米钻石烯，其改性方法如下：

a.超声波碱洗：将纳米钻石烯放入装有碱液的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为40KHz，碱液为12wt%的NaOH溶液，碱洗温度为60℃，搅拌速度为40rpm，清洗30min；

b.超声波水洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为40KHz，搅拌速度20rpm，搅拌清洗20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；

c.酸洗活化：将步骤b中水洗后的纳米钻石烯加入酸洗液中搅拌清洗，所述的酸洗液为30wt%的硝酸溶液，酸洗温度30℃，搅拌速度为35rpm，搅拌时间为20min；

d.超声波水洗：将酸洗后的纳米钻石烯放入装有去离子水的超声波清洗机中常温搅拌清洗，超声波频率为35KHz，搅拌速度为20rpm，搅拌清洗20min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7后烘干；

e. 将步骤d中的纳米钻石烯加入含有KH550的无水乙醇中搅拌，所述的无水乙醇中硅烷偶联剂质量浓度为6%，搅拌温度为65℃，搅拌时间为3h，然后进行过滤干燥，得改性的纳米钻石烯，该KH550用量与纳米钻石烯的用量的比值为4.5%。

所述的一种LED封装用有机硅树脂的制备方法，由以下步骤组成：

（1）将甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷和甲基乙烯基二氯硅烷混合于原料中60%的二甲苯溶液中，制得氯硅烷溶液；

（2）将无水乙醇、原料中剩余40%的二甲苯和正丁醇加入蒸馏水中搅拌均匀，将步骤（1）中氯硅烷溶液通过逐滴加入到混合溶液中，反应时间为2.5h，反应温度为80℃；

（3）将步骤（2）中反应后的溶液静置分层，取上层有机溶剂，使用70℃的去离子水水洗上层溶液至中性后过滤，蒸馏出有机溶剂；

（4）将蒸馏得到的有机溶剂加热至80℃，边搅拌边加入二苯基二甲氧基硅烷，搅拌2h，然后冷却，减压蒸馏，得有机硅树脂聚体；

（5）将步骤（4）中的有机硅树脂聚体边搅拌边加入四甲基氢氧化铵，反应温度为160℃，搅拌5h后减压蒸馏得有机硅树脂基体；

（6）将纳米钻石烯与有机硅树脂基体混合，加入氨丙基三乙氧基硅烷和四甲基氢氧化铵搅拌均匀，然后以5℃/min速度升温至60℃固化2.5h，再以8℃/min速度升温至160℃固化6h，得成品。

试验例1：

本实施例1一种LED封装用有机硅树脂，其中纳米钻石烯为改性的纳米钻石烯，该纳米钻石烯改性方法的步骤e中，以所述的 KH550用量与纳米钻石烯用量的比值为变量，使用热流法对在该变量为0-10%之间所制备的LED封装用有机硅树脂的导热率进行检测，如图1所示，添加改性后的纳米钻石烯所制备的LED封装用有机硅树脂的导热率相对于未添加改性后的纳米钻石烯所制备的LED封装用有机硅树脂的导热率好，当KH550用量达到纳米钻石烯用量的2.5-4.5%时，LED封装用有机硅树脂的导热率较好，当KH550用量与纳米钻石烯用量的比值大于4.5%时，改性后的纳米钻石烯与与有机硅树脂基体产生较厚的偶联剂膜，使其导热率降低，因此，当KH550用量与纳米钻石烯用量在2.5%-4.5%之间时，其制成的LED封装用有机硅树脂的导热率较为适宜。

试验例2：

将实施例1中一种LED封装用有机硅树脂中改性的纳米钻石烯的添加量量作为变量，使用热流法对LED封装用有机硅树脂检测，如图2所示，

添加纳米钻石烯后所制备的LED封装用有机硅树脂的导热率相对未添加纳米钻石烯的导热率增加，并且随着添加量的增加，其导热率不断升高，由于纳米粒子过量添加都会导致复合材料的力学综合性能降低，所以纳米钻石烯的添加量在2-10之间较为适宜。