一种性能优异的led封装用导电银胶的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子材料制备领域,涉及一种LED封装用高导热导电银胶及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 我国功率型和大功率LED下游器件的封装实现了大批量生产,已成为世界重要的 LED光源封装基地。在制造功率型和大功率白光LED器件时,导电银胶是LED生产封装中 不可或缺的一种关键材料,由于其起到导电和固定连接芯片的作用,所以LED产业对导电 银胶的要求是导电、耐热性能好,剪切强度大,并且粘接力强。按照树脂种类分,导电银胶可 以分为:酚醛树脂、聚氨脂、丙烯酸脂类、聚乙亚胺、有机硅树脂、环氧树脂等。导电胶通常 由高分子基体、导电填料和助剂等组成,典型的高分子基体多为环氧树脂,导电填料包括银 粉、铜粉、铝粉、炭黑等,助剂包括固化剂等。银粉由于其高导电性和传导性,为导电胶的主 要填料。
[0003] 目前国内生产LED用导电银胶的厂家不多,研发水平进展缓慢,性能和进口产品 相比还有较大的差距,因此市场占有率很小。LED产业的发展趋势是走民族工业之路,所以 市场上急需技术先进,性能优良的国产导电银胶。单组分无溶剂室温贮存散热型导电银胶 是当前LED封装用导电银胶的发展方向。尤其是要有良好的导热和散热性能,可以满足大 功率LED对导电银胶的高可靠性要求。
[0004] 现有技术已公开了一些LED封装用导电银胶的制备方法,如中国专利申请 201210304705. 3公开了一种镀银铜粉/环氧树脂导电胶的制备方法,配制的导电胶导电 性能良好,适用期长达3个月以上;其次提高了导电胶的导电性能;与银盐氧化还原反应 后,促进剂分子链上的醛基还起到了稳定导电胶接触电阻的作用,改善了导电胶的耐老化 性能,但是实际操作中导热系数还不够优秀,也不够耐高温高湿。
[0005] 本发明旨在提供一种生产步骤简单、导热系数高、剪切强度大,耐高温高湿的性能 优良的LED封装用导电银胶,其可适用于大功率LED封装。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术中的LED封装用导电胶存在的缺陷,目的在于提供一种新型 的生产步骤简单、导热系数高、剪切强度大,耐高温高湿的性能优良的LED封装用导电银 胶。
[0007] 超细银粉的制备方法有很多,如热分解法、气相蒸发冷凝法、化学还原法、微乳液 法等。化学还原法是通过还原剂的作用,把一种或几种金属从它们的盐或配合物水溶液中 以颗粒的形式沉积出来,采用液相还原法,通过控制反应物浓度、反应温度、反应时间等因 素,更容易实现对晶体生成形状和尺寸大小的控制,该方法成本低,工艺控制相对简单,设 备要求不高,可获得粒度分布较窄的纳米银粉,且产率高,便于工业化大规模生产。采用的 还原剂种类、酸碱度PH值、溶液浓度、反应温度等都对银粉形貌及粒度大小的影响。对于溶 液中的单步合成反应,较快的反应速率在成核阶段能生成较多晶核,较多晶核的生成导致 了单个粒子的最终生长尺寸相对较小和整个成核阶段相对缩短,通常有利于生成尺寸较小 且均匀分布的纳米粒子。相比而言,较慢的反应则有利于减少晶体生长中缺陷的形成,因而 基于反应速率对生成的纳米粒子尺寸的影响,可以通过对反应速率的控制来调控粒子的尺 寸大小。
[0008] 本发明从超细银粉的制备入手,制备出了适合生产LED封装用导电银胶的超细 银粉,并且发现了在特定的银粉粒径,形态,结合特定的环氧树脂,固化剂,促进剂和偶联剂 等其他成分下,具有出乎意料的协同效果,可以简便地制备出导热系数高、体积电阻率小, 且耐高温高湿的新型LED封装用导电银胶。
[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0010] 一种LED封装用导电银胶,其通过如下方法制备得到:
[0011] ⑴制备A银粉:
[0012] 取0. 35mol/L的硝酸银溶液,将三乙醇胺缓慢滴加到硝酸银溶液中,利用水浴锅 控制反应温度,在42°C条件下搅拌充分反应,离心分离,加入乙醇、丙酮反复洗涤产物,样品 自然晾干,即得尺寸分布为15_22nm的球状A银粉;
[0013] (2)制备B银粉:
[0014] 取0. 2mol/L的硝酸银溶液,将聚乙二醇-600缓慢滴加到硝酸银溶液中,利用水浴 锅控制反应温度,在50°C条件下搅拌充分反应,离心分离,加入乙醇、丙酮反复洗涤产物,样 品自然晾干,即得尺寸分布为38-46nm的类球状B银粉;
[0015] (3)配置基体聚合物:
[0016] 按照下列重量份数配置:双酚F环氧树脂100份、聚酰胺酰亚胺4-6份、二氨基二 苯甲烷5-8份、二氨基二苯醚5-6份、碳12-14烷基缩水甘油醚12-15份、2-乙基-4-甲基 咪唑0. 5-0. 6份;将上述比例原料混合,搅拌并分散均匀得基体聚合物;
[0017] (4)制备导电胶:
[0018] 按照下列重量百分比配置:基体聚合物20% -25%、A银粉42% -50%,B银粉 25 % -38 %,混合组成LED封装用导电银胶;
[0019] 所述步骤(1)中,硝酸银溶液与三乙醇胺的体积比优选为1:1 ;
[0020] 所述步骤(2)中,硝酸银溶液与聚乙二醇-600的体积比优选为2:1 ;
[0021] 本发明的有益之处在于:
[0022] (1)本发明制得的LED封装用导电银胶电导率小、剪切强度大,并且耐高温贮存, 耐高温高湿环境。
[0023] (2)本发明提供的LED封装用导电银胶的制备方法简单,成本低廉,非常有市场前 景。
[0024] (3)本发明制得的LED封装用导电银胶导热系数高,,其可适用于大功率LED封装。
【具体实施方式】 [0025] 实施例1 :
[0026] 制备A银粉:
[0027] 取1体积的0. 35mol/L的硝酸银溶液,将1体积的三乙醇胺缓慢滴加到硝酸银溶 液中,利用水浴锅控制反应温度,在42°C条件下搅拌充分反应,离心分离,加入乙醇、丙酮反 复洗涤产物,样品自然晾干;
[0028] 经SEM和XRD图谱可知,得尺寸分布为15-22nm的球状A银粉;
[0029] 实施例2 :
[0030] 制备B银粉:
[0031 ] 取2体积的0. 2mol/L的硝酸银溶液,将1体积聚乙二醇-600缓慢滴加到硝酸银 溶液中,利用水浴锅控制反应温度,在50°C条件下搅拌充分反应,离心分离,加入乙醇、丙酮 反复洗涤产物,样品自然晾干;
[0032] 经SEM和XRD图谱可知,即得尺寸分布为38-46nm的类球状B银粉;
[0033] 实施例3 :
[0034] 制备LED封装用导电银胶:
[0035] (1)配置基体聚合物:
[0036] 按照下列重量份数配置:双酚F环氧树脂100份、聚酰胺酰亚胺4份、二氨基二苯 甲烷5份、二氨基二苯醚5份、碳12-14烷基缩水甘油醚12份、2-乙基-4-甲基咪唑0. 5 份;将上述比例原料混合,搅拌并分散均匀得基体聚合物;
[0037] (2)制备导电胶:
[0038] 按照下列重量百分比配置:基体聚合物20%、A银粉42%,B银粉38%,混合后用 三辊研磨机混合,直至银粉全部与树脂基体混合均匀形成银白色膏状混合物,组成LED封 装用导电银胶。
[0039] 所制得的导电胶在90°C烘烤Ih后再在150°C固化1小时后,剪切强度的试样制 备及测试方法按GB/T7124-1986标准执行;体积电阻率按照玻璃片的长度、宽度及厚度制 备好导电胶样品后采用四探针法测试样品的;导热率用传导系数测试仪QTM - 500测试。
[0040] 导热系数λ AW/m. K)为12. 6,其他数据如实施例9所示。
[0041] 实施例4:
[0042] 制备LED封装用导电银胶:
[0043] (1)配置基体聚合物:
[0044] 按照下列重量份数配置:双酚F环氧树脂100份、聚酰胺酰亚胺6份、二氨基二苯 甲烷8份、二氨基二苯醚6份、碳12-14烷基缩水甘油醚15份、2-乙基-4-甲基咪唑0. 6 份;将上述比例原料混合,搅拌并分散均匀得基体聚合物;
[0045] (2)制备导电胶:
[0046] 按照下列重量百分比配置:基体聚合物25%、A银粉50%,B银粉25%,混合后用 三辊研磨机混合,直至银粉全部与树脂基体混合均匀形成银白色膏状混合物,组成LED封 装用导电银胶。
[0047] 所制得的导电胶在90°C烘烤Ih后再在150°C固化50分钟后,剪切强度的试样制 备及测试方法按GB/T7124-1986标准执行;体积电阻率按照玻璃片的长度、宽度及厚度制 备好导电胶样品后采用四探针法测试样品的;导热率用传导系数测试仪QTM - 500测试。
[0048] 导热系数λ AW/m. K)为12. 9,其他数据如实施例9所示。
[0049] 实施例5 :
[0050] 制备LED封装用导电银胶:
[0051] (1)配置基体聚合物:
[005
2] 按照下列重量份数配置:双酚F环氧树脂100份、聚酰胺酰亚胺5份、二氨基二苯 甲烷6份、二氨基二苯醚6份、碳12-14烷基缩水甘油醚14份、2-乙基-4-甲基咪唑0. 5 份;将上述比例原料混合,搅拌并分散均匀得基体聚合物;
[0053] (2)制备导电胶:
[0054] 按照下列重量百分比配置:基体聚合物22%、A银粉48%,B银粉30%,混合后用 三辊研磨机混合,直至银粉全部与树脂基体混合均匀形成银白色膏状混合物,组成LED封 装用导电银胶。
[0055] 所制得的导电胶在90°C烘烤Ih后再在150°C固化50分钟后,剪切强度的试样制 备及测试方法按GB/T7124-1986标准执行;体积电阻率按照玻璃片的长度、宽度及厚度制 备好导电胶样品后采用四探针法测试样品的;导热率用传导系数测试仪QTM - 500测试。
[0056] 导热系数λ AW/m. K)为15. 9,其他数据如实施例9所示。
[0057] 实施例6 :
[0058] 制备LED封装用导电银胶:
[0059] (1)配置基体聚合物:
[0060] 按照下列重量份数配置:双酚F环氧树脂100份、聚酰胺酰亚胺5份、二氨基二苯 甲烷7份、二氨基二苯醚5份、碳12-14烷基缩水甘油醚14份、2-乙基-4-甲基咪唑0. 5 份;将上述比例原料混合,搅拌并分散均匀得基体聚合物;
[0061] ⑵制备导电胶:
[0062] 按照下列重量百分比配置:基体聚合物23、A银粉43%,B银粉34%,混合后用三 辊研磨机混合,直至银粉全部与树脂基体混合均匀形成银白色膏状混合物,组成LED封装 用导电银胶。
[0063] 所制得的导电胶在90°C烘烤Ih后再在150°C固化50分钟后,剪切强度的试样制 备及测试方法按GB/T7124-1986标准执行;体积电阻率按照玻璃片的长度、宽度及厚度制 备好导电胶样品后采用四探针法测试样品的;导热率用传导系数测试仪QTM - 500测试。
[0064] 导热系数AAW/m. K)为13. 1,其他数据如实施例9所示。
[0065] 实施例7 :
[0066] 本发明人发现,事实上,在本发明的LED封装用导电凝胶体系中,各种原料的选择 和比例都很重要,只有在本发明制备的特殊组分和比例下,才能达到优良的导热率,体积电 阻率,并且耐高温高湿性能非常出色。在此,特别设置对比例2例,仅仅作为代表。
[0067] 对比例1,制备LED封装用导电银胶:
[0068] (1)配置基体聚合物:
[0069] 按照下列重量份数配置:双酚F环氧树脂100份、聚酰胺酰亚胺2份、二氨基二苯 甲烷10份、二氨基二苯醚3份、碳12-14烷基缩水甘油醚18份、2-乙基-4-甲基咪唑0. 8 ; 将上述比例原料混合,搅拌并分散均匀得基体聚合物;
[0070] (2)制备导电胶:
[0071] 按照下列重量百分比配置:基体聚合物30%、A银粉30%,B银粉40%,混合后用 三辊研磨机混合,直至银粉全部与树脂基体混合均匀形成银白色膏状混合物,组成LED封 装用导电银胶。
[0072] 所制得的导电胶在90°C烘烤Ih后再在160°C固化70分钟后,剪切强度的试样制 备及测试方法按GB/T7124-1986标准执行;体积电阻率按照玻璃片的长度、宽度及厚度制 备好导电胶样品后采用四探针法测试样品的;导热率用传导系数测试仪QTM - 500测试。
[0073] 导热系数λ AW/m. K)为8. 6,其他数据如实施例9所示。
[0074] 实施例8 :
[0075] 对比例2,制备LED封装用导电银胶:
[0076] (1)配置基体聚合物:
[0077] 按照下列重量份数配置:环氧树脂ERL4221100份、甲基六氢苯酐15份、碳12-14 烷基缩水甘油醚10份、2-乙基-4-甲基咪唑0. 5份;将上述比例原料混合,搅拌并分散均 匀得基体聚合物;
[0078] (2)制备导电胶:
[0079] 按照下列重量百分比配置:基体聚合物25%、粒径为0.2-0. 3 μπι的片状银粉 75%,混合后用三辊研磨机混合,直至银粉全部与树脂基体混合均匀形成银白色膏状混合 物,组成LED封装用导电银胶。
[0080] 所制得的导电胶在90°C烘烤Ih后再在160°C固化70分钟后,剪切强度的试样制 备及测试方法按GB/T7124-1986标准执行;体积电阻率按照玻璃片的长度、宽度及厚度制 备好导电胶样品后采用四探针法测试样品的;导热率用传导系数测试仪QTM - 500测试。
[0081] 导热系数λ AW/m. K)为5. 8,其他数据如实施例9所示。
[0082] 实施例9 :
[0083] 对实施例3-8制备得到的LED封装用导电银胶进一步进行测试。
[0084] 耐热贮存测试:导电银胶的高温贮藏性能是模拟LED在实际应用过程中的耐热性 能,将导电银胶试样制作成体积电阻率测试试样及剪切强度测试试样,将试样在150°C下贮 藏 1000 h ;
[0085] 耐热耐湿测试:将导电银胶试样制作成体积电阻率测试试样及剪切强度测试试 样,将试样放在高低温试验机中,在85°C及85% RH条件下贮藏1000h,其体积电阻率及剪切 强度变化。
[0086] 实施例3-8的实验结果和本实施例的耐热贮存,耐热耐湿测试结果如表1所示:
[0087] 表 1
[0088]
[0089] 由此可见,本发明制得的导电银胶在各因素协同作用下,导热性能好,体积电阻 小,剪切强度大,并且耐热贮存,耐热耐湿,性能非常优异。尤其是实施例5的导电银胶,更 是本发明的最佳实施例。
[0090] 以上所述,仅为本发明较佳的【具体实施方式】,但本发明的保护范围并不局限于此, 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种LED封装用导电银胶的制备方法,其特征为步骤如下: (1) 制备A银粉:得尺寸分布为15-22nm的球状A银粉; (2) 制备B银粉:得尺寸分布为38-46nm的类球状B银粉; (3)配置基体聚合物: 按照下列重量份数配置:双酚F环氧树脂100份、聚酰胺酰亚胺4-6份、二氨基二苯甲 烷5-8份、二氨基二苯醚5-6份、碳12-14烷基缩水甘油醚12-15份、2-乙基-4-甲基咪唑 0. 5-0. 6份;将上述比例原料混合,搅拌并分散均匀得基体聚合物; (4)制备导电胶: 将基体聚合物、A银粉,B银粉,混合组成LED封装用导电银胶。2. 权利要求1所述的LED封装用导电银胶的制备方法,其特征在于: 步骤(1)为:取0. 35mol/L的硝酸银溶液,将三乙醇胺缓慢滴加到硝酸银溶液中,利用 水浴锅控制反应温度,在42°C条件下搅拌充分反应,离心分离,加入乙醇、丙酮反复洗涤产 物,样品自然晾干,即得尺寸分布为15_22nm的球状A银粉; 步骤(2)为:取0. 2mol/L的硝酸银溶液,将聚乙二醇-6 0 0缓慢滴加到硝酸银溶液 中,利用水浴锅控制反应温度,在50°C条件下搅拌充分反应,离心分离,加入乙醇、丙酮反复 洗涤产物,样品自然晾干,即得尺寸分布为38-46nm的类球状B银粉。3. 权利要求2所述的LED封装用导电银胶的制备方法,其特征在于: 所述步骤(1)中,硝酸银溶液与三乙醇胺的体积比优选为1:1 ; 所述步骤(2)中,硝酸银溶液与聚乙二醇-6 0 0的体积比优选为2:1。4. 权利要求3所述的LED封装用导电银胶的制备方法,其特征在于: 步骤(4)为按照下列重量百分比配置:基体聚合物20%-25%、A银粉42%-50%,B银粉 25%-38%,混合组成LED封装用导电银胶。5. 权利要求1-4所述的LED封装用导电银胶的制备方法制备得到的导电银胶。
【专利摘要】本发明公开了一种性能优异的LED封装用导电银胶,从超细银粉的制备入手,制备出了适合生产LED封装用导电银胶的超细银粉,并且发现了在特定的银粉粒径,形态,结合特定的环氧树脂,固化剂,促进剂和偶联剂等其他成分下,具有出乎意料的协同效果,可以简便地制备出导热系数高、体积电阻率小,且耐高温高湿的新型LED封装用导电银胶,制备方法为:(1)制备A银粉;(2)制备B银粉;(3)配置基体聚合物;(4)制备导电胶:按照下列重量百分比配置:基体聚合物20%-25%、A银粉42%-50%,B银粉25%-38%,混合组成LED封装用导电银胶。
【IPC分类】H01L33/56, C09J9/02, C09J11/06, C09J163/00, C09J11/04, C09J179/08, B22F9/24
【公开号】CN104893634
【申请号】CN201510169776
【发明人】刘成新
【申请人】浙江安吉成新照明电器有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月10日