一种可调热传导系数折射率的封装材料及其制作与使用方法

技术领域

本发明涉及封装材料领域，具体是一种可调热传导系数折射率的封装材料及其制作与使用方法。

背景技术

目前普通紫外LED发出的紫外线能被几乎所有的有机封装材料所吸收，而高透过率的物质基本都是耐高温材料，所以不能像普通可见光的LED通过加热灌胶封装的方式，不能像普通可见光LED一样快速简单大幅度的提高普通可见光的LED的出光效率，这是目前紫外LED效率低下的一个重要的原因。

并且目前紫外LED的封装主要通过石英透镜来聚光，但是由于石英透镜与LED芯片不能一体化封装，两者之间具有很大的空气间隙，由于全反射角度的限制，从LED芯片发光层发出的紫外线大部分被全反射角度限制不能出射到空气中去，由于紫外芯片材料的射射率(2-3之间)与空气的折射率(大约1)相比，两者相差过大，导致从芯片出射到空气中的出光锥角度很小，导致出光效率很低。

同时由于目前芯片的外端是空气，空气是热的不良导热体，导致LED芯片的散热效果不好，导致LED芯片的结温很高，从而导致降低了紫外LED的效率和减少了紫外LED的寿命。

针对普通的LED的封装，多采用硅胶，由于硅胶的导热系数很低(大约0.2-0.7W/(m*K))，导致硅胶封装的LED散热速率不高。需要一种新的封装材料来提高普通LED的散热速率。

目前有种材料可加热固化成透紫外或/和透可见光晶体的液态树脂由多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)通过650度以上加热生成氧化硅玻璃来紧密封装，可以满足以上的要求。但是此种方法是单一的氧化硅材料，其折射率和热传导系数是一定，不能满足一些需要高导热系数和高透射率的光学封装材料要求。目前普通LED和紫外LED芯片的封装要求高的热传导系数，特定折射率的要求(据光学定律，需要封装材料折射率小于芯片的折射率，大于空气的折射率，大约在1-1.7之间)，所以当封装材料满足此条件的时候，能通过封装大幅度提高芯片的出光效率，提高芯片电光转换效率，降低能耗，有利于碳中和)。由于红光LED衬底吸收可见光，需要在生长之后，需要特定工艺将衬底换掉，对于红外LED的更换衬底的需求，需要粘结新衬底的时候，需要粘结材料的高热传导系数，特定的折射率(根据光学定律，需要封装材料折射率小于N型AlGaAs的折射率，大于新衬底蓝宝石的折射率，大约在1.7-3.5左右)，并且需要紧密的封装，目前的硅胶封装难以满足要求，硅胶的热传导系数低，硅胶折射率低(1.5)左右。所以目前缺少高导热系数和可调折射率的封装材料。

由于紫外封装材料涉及集成电路的封装，所以有种能够透紫外的封装材料(CYTOP)被禁运，所以一定程度上，紫外封装目前也属于卡脖子的技术。尽管CYTOP封装材料可以透紫外，由于此种材料属于有机物，其热传导系数并不高，所以用于封装还是存在一定的问题的。

针对现有技术的不足，本领域的技术人员发明一种可调热传导系数折射率的封装材料及其制作与使用方法，能够使得紫外LED提高出光效率，提高散热速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调热传导系数折射率的封装材料及其制作与使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可调热传导系数折射率的封装材料，包括一定比例的可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物和特定折射率添加物。

作为本发明进一步的方案：还包括一定比例的微波吸收添加物，其比例系数为微波吸收添加物占比0.001-999.999％范围之内。

作为本发明再进一步的方案：所述特定折射率添加物的折射率大于或者小于可加热固化为透光固体溶液热固化后的透光固体的折射率。

作为本发明再进一步的方案：所述特定热传导系数添加物的热传导系数大于可加热固化为透光固体溶液热固化后的透光固体的热传导系数。

作为本发明再进一步的方案：所述特定热传导系数添加物为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种，特定折射率添加物为为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述特定热传导系数添加物的透射率大于50％。

作为本发明再进一步的方案：所述特定折射率添加物的透射率大于50％。

作为本发明再进一步的方案：所述特定折射率添加物为AlGaN。

作为本发明再进一步的方案：所述特定折射率添加物为AlGaAs。

作为本发明再进一步的方案：所述可加热固化为透光固体溶液为可加热固化为透紫外或/和透可见光或/和红外线固体溶液。

作为本发明再进一步的方案：所述可加热固化为透光固体溶液为可加热固化成透紫外或/和透可见光或/和透红外线晶体的液态树脂。

作为本发明再进一步的方案：所述可加热固化成透紫外或/和透可见光或/和透红外线晶体的液态树脂由多面体低聚倍半硅氧烷分子POSS组成。

作为本发明再进一步的方案：所述微波吸收添加物为石墨烯、碳化硅、氧化铁的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述微波吸收添加物为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述微波吸收添加物的透射率大于50％。

一种可调热传导系数折射率的封装材料的制作与使用方法，其具体步骤如下：

步骤一：首先将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物按照一定比例混合，或将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物、微波吸收添加物按照一定比例混合；

步骤二：将混合溶液涂到需要封装的地方或将混合溶液涂到需要粘贴的地方；

步骤三：加热将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，或将需要粘结另外一个放置到混合溶液上加热，将可加热固化为透光固体溶液固化成固体；

或，针对可调热传导系数折射率的封装材料中粘结封装材料的制作与使用方法，其具体步骤如下：

步骤一：首先将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物按照一定比例混合，或将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物、微波吸收添加物按照一定比例混合，制作成混合溶液；

步骤二：将混合溶液涂到需要LED灯珠和散热器之间，让其紧密贴合；

步骤三：放到微波炉中加热将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，或将需要封装的带有未固化溶液的芯片放到加热炉上，将混合溶液加热，将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，然后LED灯珠与散热器通过固化进行粘结；

或，针对可调热传导系数折射率的封装材料中紫外LED封装材料的制作与使用方法，其具体步骤如下：

步骤一：首先将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物按照一定比例混合，或将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物、微波吸收添加物按照一定比例混合，制作成混合溶液；

步骤二：将混合溶液涂到需要紫外LED芯片的外部，可制作成球形或者自由曲面的封装图形，此种图形可以通过模具限制来实现，加热之前模具包裹混合溶液何紫外LED芯片，加热后，通过脱模来实现，脱模可以通过化学溶解来实现或者通过其它手段来实现；

步骤三：放到微波炉中加热将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，或将需要封装的带有未固化溶液的芯片放到加热炉上，将混合溶液加热，将可加热固化为透光固体溶液固化成固体。

作为本发明再进一步的方案：所述可加热固化为透光固体溶液为可加热固化成透紫外或/和透可见光晶体的液态树脂，由多面体低聚倍半硅氧烷分子POSS组成，特定热传导系数添加物为AlN粉末，特定折射率添加物为AlN粉末，微波吸收添加物为石墨烯。

作为本发明再进一步的方案：所述可加热固化为透光固体溶液为可加热固化成透紫外或/和透可见光晶体的液态树脂，由多面体低聚倍半硅氧烷分子POSS组成，特定热传导系数添加物为AlN粉末，特定折射率添加物为AlN粉末，微波吸收添加物为石墨烯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

根据本发明的可调热传导系数折射率的封装材料及其制作与使用方法，浇灌可加热固化为透光固体溶液在带支架的模具中，将LED芯片固定在下表面上端并加热固化溶液并去除模具，能将透镜紧紧封装在芯片四周，避免光损失，提高出光效率，并提高可靠性，该方法简单可靠，具有极大的应用市场。

附图说明

图1为本发明实施例的一种可调热传导系数折射率的封装材料及其制作与使用方法的示意图。

图2本发明实施例的一种可调热传导系数折射率的封装材料的俯视图。

图中所示：可加热固化为透光固体溶液1、特定热传导系数添加物2、特定折射率添加物3、微波吸收添加物4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种可调热传导系数折射率的封装材料及其制作与使用方法，包括可加热固化为透光固体溶液1、特定热传导系数添加物2和特定折射率添加物3，特定折射率添加物的折射率2大于或者小于可加热固化为透光固体溶液1热固化后的透光固体的折射率；

针对普通LED和紫外LED芯片的封装要求高的热传导系数，特定折射率的要求(据光学定律，需要封装材料折射率小于芯片的折射率，大于空气的折射率，大约在1-1.7之间)，所以当封装材料满足此条件的时候，能通过封装大幅度提高芯片的出光效率，提高芯片电光转换效率，降低能耗，有利于碳中和)，本专利选择的特定折射率添加物为氮化硅，由于两者含有同一元素，所以对于两种成分不会发生复杂化学反应，能加热的过程中保持两者的光学性质，氮化硅的折射率为1.9，氧化硅为1.5，通过混合比例能调节到1.5-1.7之间，能初步满足要求，并且其热传导系数为17w/(m*k)，此种情况下特定折射率添加物和特定热传导系数均为氮化硅。由于红光LED衬底吸收可见光，需要在生长之后，需要特定工艺将衬底换掉，对于红外LED的更换衬底的需求，需要粘结新衬底的时候，需要粘结材料的高热传导系数，特定的折射率(根据光学定律，需要封装材料折射率小于N型AlGaAs的折射率，大于新衬底蓝宝石的折射率，大约在1.7-3.5左右)，本专利选择的特定折射率添加物为AlGaN，由于两者含有两种相同的元素，所以对于两种成分不会发生复杂化学反应，能在加热的过程中保持两者的光学性质，AlGaN的折射率在2.0-2.4之间，氧化硅为1.5，通过混合比例能调节到1.5-2.4之间，能初步满足要求，并且AlGaN的热传导系数为130-170w/(m*k)，此种情况下特定折射率添加物和特定热传导系数均为氮化硅；

特定热传导系数添加物3的热传导系数大于可加热固化为透光固体溶液1热固化后的透光固体的热传导系数。

此热固化后的透光固体的热导率为氧化硅玻璃，大约在27W/cm*K，远超硅胶的0.2-0.7W/(m*K)。理论上通过封装后的氧化硅一侧散热速率比硅胶的散热速率最高可达10倍。目前导热硅胶和导热硅脂采用的多数是硅胶混合导热物质制作的，由于硅胶的热传导系数很低，所以目前导热硅脂和导热硅胶的热传导系数不高，大约在0.5-5W/m*K，其热传导系数主要受限于基底材料硅胶的低的热传导系数导致的，如果将导热基底换成氧化硅材料并加上更高的散热添加物，本专利的封装材料的散热系数将远超导热硅脂的热传导系数。热固化后的透光固体为氧化硅玻璃时，既可以透紫外线也可以透可见光，所以通过热固化后的透光氧化硅固体的紧密封装，可以满足提高紫外LED芯片的出光效率和提高热传导系数和散热速率，也可以满足普通LED的散热速率；

所述特定热传导系数添加物3为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种，其透射率大于50％，特定折射率添加物为为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种，其透射率大于50％；

所述可加热固化为透光固体溶液1为可加热固化为透紫外或/和透可见光或/和红外线固体溶液，此溶液为可加热固化成透紫外或/和透可见光或/和透红外线晶体的液态树脂；

可加热固化成透紫外或/和透可见光或/和透红外线晶体的液态树脂由多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)组成。多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)在650度以上的时候，其会排除有机物，生成氧化硅玻璃，氧化硅玻璃能透紫外和透可见光，能满足光电器件的封装，包括LED探测器和光伏；

封装材料还还包括一定比例的微波吸收添加物4，其比例系数为微波吸收添加物占比0.001-999.999％范围之内,微波吸收添加物4为微波吸收添加物为石墨烯、碳化硅、氧化铁的一种或多种，但为碳化硅的时候，其折射率为2.6，其热传导系数为83w/(w*k)，其可以满足红外LED变换衬底的粘结材料；

特定热传导系数添加物2为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种，其透射率大于50％，特定折射率添加物为为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种，其透射率大于50％，微波吸收添加物为透紫外线的、透可见光、透红外线的一种或多种，其透射率大于50％；

一种可调热传导系数折射率的封装材料的制作与使用方法，其具体步骤如下：

步骤一：首先将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物按照一定比例混合，或将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物、微波吸收添加物按照一定比例混合；

步骤二：将混合溶液涂到需要封装的地方或将混合溶液涂到需要粘贴的地方；

步骤三：加热将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，或将需要粘结另外一个放置到混合溶液上加热，将可加热固化为透光固体溶液固化成固体。

所述可加热固化为透光固体溶液为可加热固化为透紫外固体溶液，此溶液为可加热固化成透紫外或/和透可见光或/和红外线晶体的液态树脂。

所述可加热固化成透紫外或/和透可见光晶体的液态树脂由多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)组成。

实施例一

一种可调热传导系数折射率的紫外LED封装材料的制作与使用方法，其方法步骤如下：

首先将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物按照一定比例混合，或将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物、微波吸收添加物按照一定比例混合,其中可加热固化为透光固体溶液为可加热固化成透紫外或/和透可见光晶体的液态树脂，是由多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)组成，特定热传导系数添加物为AlN粉末，特定折射率添加物也为AlN粉末，微波吸收添加物为石墨烯，将POSS溶液，AlN粉末和石墨烯混合，制作成混合溶液；将混合溶液涂到需要紫外LED芯片的外部，可制作成球形或者自由曲面的封装图形，此种图形可以通过模具限制来实现，加热之前模具包裹混合溶液何紫外LED芯片，加热后，通过脱模来实现，脱模可以通过化学溶解来实现或者通过其它手段来实现，放到微波炉中加热将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，或将需要封装的带有未固化溶液的芯片放到加热炉上，将可加热固化为透光固体溶液固化成固体。由于采用的液体封装，所以芯片与封装材料紧密结合，避免了空气层的低折射率导致的高反射缺陷，提高了封装的效率，提高了紫外LED的出光效率，同时由于采用固化的氧化硅封装，具有良好的机械性能，提高了可靠性，同时由于氧化硅的热传导系数很高，远远高于空气的热传导系数，所以是的紫外LED的封装具有良好的散热性能，提高了寿命，提高了出光效率。

实施例二

一种可调热传导系数折射率的粘结封装材料的制作与使用方法，其方法步骤如下：

首先将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物按照一定比例混合，或将可加热固化为透光固体溶液、特定热传导系数添加物、特定折射率添加物、微波吸收添加物按照一定比例混合,其中可加热固化为透光固体溶液为可加热固化成透紫外或/和透可见光晶体的液态树脂，是由多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)组成，特定热传导系数添加物为AlN粉末，特定折射率添加物也为AlN粉末，微波吸收添加物为石墨烯，将POSS溶液，AlN粉末和石墨烯混合，制作成混合溶液；将混合溶液涂到需要LED灯珠和散热器之间，让其紧密贴合；放到微波炉中加热将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，或将需要封装的带有未固化溶液的芯片放到加热炉上，将可加热固化为透光固体溶液固化成固体，然后LED和灯珠与散热器通过固化进行粘结，由于固化生成的材料为氧化硅，其热传导系数远远大于目前导热硅脂和导热硅胶的热传导系数，具有良好的性能。

石墨烯是微波吸收物质，且能透射紫外线、可见光和部分红外波段。

由于本案例中使用的多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)通过650度以上温度来加工，比如说660度，比目前氧化硅的融化温度2200多度，降低了一大截，并且是浇注后来加热实现的，所以大大降低了能耗，大大降低了加工的温度，并且可以使用微波加热，使得使用普通微波炉就可以实现，大大降低了加工设备的成本，大大降低了加工成本，由于温度大大降低了，还减少了加工高温对芯片的损害，提高了成品率，增加了芯片的可靠性和寿命。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。