一种LED用固晶胶、固晶胶制备方法以及LED灯技术

本申请公开了一种LED用固晶胶、固晶胶制备方法以及LED灯。本申请的LED用的固晶胶中创造性的添加有石墨烯。由于所添加的石墨烯导热系数高、绝缘性好、耐温性能优异、热稳定性好、折射率高，使得制备的固晶胶导热率大大提高。并且采用本申请的固晶胶，不仅导热率高，而且能提高LED芯片内部热流通道的处理能力，减小芯片热流的集聚和材料之间内应力，降低界面温度和热阻，并且，杜绝了芯片因固晶胶造成的光源漏电缺陷，增加芯片出光效率，延长LED使用寿命并提高LED稳定性和可靠性；为制备高功率的LED光源奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种LED用固晶胶、固晶胶制备方法以及LED灯
本申请涉及LED热界面材料领域，特别是涉及一种用于LED的固晶胶及其制备方法，以及采用该固晶胶的LED灯。
技术介绍
2014年10月7日瑞典皇家科学院将2014年诺贝尔物理学奖授予给了专利技术“高亮度蓝色发光二极管(LED)”的日本科学家赤崎勇、天野浩，以及美籍日裔科学家中村修二，以表彰他们在发现新型高效、环境友好型光源方面所作出的贡献。瑞典皇家科学院在宣布获奖名单时说，“LED灯的出现，使得我们在传统光源之外，找到了更持久、更节能的光源。这项专利技术开启了一场照明革命，白炽灯泡照亮了20世纪，而21世纪将被LED灯照亮”。LED的专利技术和快速商业化使用推动照明行业和全球节能减排的发展，其巨大经济效益和社会效益也促使以上三位科学家获得2014年诺贝尔物理学奖授。毋庸置疑，与白炽灯、荧光灯相比，LED能耗更低、寿命更长，而且可实现智能化操控，是节能环保的“绿色照明”。因此进入市场后，呈现爆发式增长。国家半导体照明应用系统工程技术研究中心经理杨洁翔介绍，我国2010年的LED产值是700多亿元；而到了2013年，全年产值猛增到5000多亿元。家庭、办公、道路等各种场所的照明以及绚烂的景观灯光，这些市场“主力军”如今都是LED。“前几年谈到LED，我们需要对公众进行科普，现在家里装修，老百姓都会考虑买这种比传统节能灯更节能的灯具”。然而即便是LED飞速发展的今天，其芯片技术只有30％的电能转换为光，另外70％的电能无效，转换为热量，从而引起芯片内结温过高，图1是结温对光源寿命的影响图，图2是结温对蓝绿白光芯片的发光效率的影响图。根据图1，依照“阿雷纽斯法则”，温度每降低10℃，寿命会延长2倍，从Cree公司发布的光衰和结温的关系图，即图1中可以看出，结温假如能够控制在65℃，那么其光衰至70％的寿命可以高达10万小时。根据图2，无论何种颜色的LED，其结温越升高，发光效率都会越降低。综合图1和图2可见，LED的光衰或光效与其结温有关，散热不好结温就高；结温越高，LED光源寿命越短、光效越低。因此，LED半导体芯片封装成光源并作为灯具使用，若不能有效地处理芯片集聚的热量，随之而来的热效应将会致使光源结温升高，寿命变短，而且直接减少芯片出射的光子，降低出光效率。不仅如此，温度的升高也会使芯片的发射光谱发生红移，使颜色品质下降，尤其是对基于蓝光LED激发黄色荧光粉的白光LED器件更为严重，其中荧光粉的转换效率也会随着温度升高而降低。同时，在工作过程中由于芯片的重复发热，功率模块会不断经历热循环载荷的作用，由于不同材料的热膨胀系数(CTE)不匹配，会产生层间热应力，并随着时间的推移会发生翘曲、剥离、裂纹，甚至产生失效和死灯，这也是导致LED光源最终失效的一个主要原因。因此，由于温度升高而产生的各种热效应集聚会严重影响到LED光源寿命及灯具的使用性能。针对LED元器件导热问题，常用的方法是在芯片和支架之间固定位置点固晶胶。而在LED芯片和支架之间即使是很光滑的面-面接触也不可避免地存在一定空隙，空隙的存在将严重地影响导热效果，从而影响光源器件导热效果，最终影响产品稳定性和可靠性。LED固晶胶因为能有效降芯片和支架之间的界面热阻而得到广泛应用，其中银胶和绝缘胶就是市面中最为常用的固晶胶。固晶胶作为导热介质，是用来填充LED芯片与支架之间空隙的材料，将热能通过固晶胶、支架、导热硅脂三大导热通道，以及散热器，让热源产生的热能不断的通过散热器辐射对流散发到空气中，使LED芯片热源温度保持在一个可以稳定工作的水平，延长LED的使用寿命，防止LED因导热通道受阻而造成寿命问题。我们知道“木桶效应”，木桶能装多少水取决于它最短的那块板，因此，作为LED三大导热通道，导热路径中的导热材料：固晶胶-支架-导热硅脂，的第一道关口——固晶胶，其性能显得尤为重要，它是LED光源寿命和可靠性稳定的第一道关口。固晶胶通常由导热、导电填充料加树脂、分散剂、粘结剂混合而成。市面常见的固晶胶主要分为两大类：一类为绝缘固晶胶，即绝缘胶，这类固晶胶在常温下是粘稠状透明或乳白色液体，其填料主要为绝缘导热的氧化铝、氮化铝、氮化硼等纳米氧化金属，导热率一般为100-300W/(M·K)，添加做成固晶胶的导热系数为0.2-0.5W/(M·K)。另一类是灰色导电银胶，这类固晶胶主要成分是导电导热的纳米银粉，其导热系数为400-600W/(M·K)，做成银胶的导热系数为20-60W/(M·K)。两者的应用方式有一定区别，银胶通常应用于垂直结构或反极性AlGaInP、SiC、铜基材料三种主要材料LED芯片，也可用在水平结构Al2O3材料中大功率LED芯片，其使用银粉的高导热性能制作大功率或超大功率集成光源；而绝缘胶主要应用于水平结构Al2O3材料中小功率LED芯片，因其导热系数低，不适合Al2O3基板大功率LED芯片使用，所以前面开发了一种纳米钻石高绝缘、高导热固晶胶应用于大功率LED固晶中。市面上一线品牌LED芯片，如美国CREE、PHILIP、旭明公司的芯片结构为SiC、Si、Cu金属垂直结构，还有些单色光源如红、橙、黄光本身为垂直结构或反极性AlGaInP、硅基材料，需要用高导电导热材料固晶胶，特别是大功率芯片的发展，其对导热、导电材料提出更高要求。Al2O3结构的芯片同样如此，同样亮度LED光源，其芯片尺寸越来越小，电流承受密度越来越高，光源功率由原来的0.06W逐渐开始普及到目前的1W、3W、5W，甚至户外路灯用的集成光源200-300W，其对导热材料固晶胶性能提出更高要求，而目前银胶是应用得非常成熟的固晶胶，其主要成分银的导热率为500W/(M·K)，银粉含量已经达到90％，但作为固晶胶水使用，其导热率目前也只有25W/(M·K)。因此，开发一种高导热、高导电、高耐热性能、高出光效率的固晶胶将有效改善LED光源的光、电、热性能和提高产品可靠性和寿命。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的高导热率的固晶胶，以及该固晶胶的制备方法和应用。为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：本申请的一方面公开了一种LED用的固晶胶，该固晶胶中含有石墨烯。需要说明的是，本申请的关键在于创造性的将石墨烯添加到固晶胶中，用石墨烯取代常规使用的纳米银粉，从而使得制备出的固晶胶，其导热率远远高于现有的银胶，并且能够增加芯片出光效率，延长LED的寿命，提高LED稳定性和可靠性。可以理解，本申请的关键在于创造性的将石墨烯添加到固晶胶中，至于其它组分，选用固晶胶常用的试剂即可，在此不做具体限定。但是，本申请的优选方案中，为了达到更好的效果，在固晶胶中添加了树脂、分散剂、催化剂和粘结剂。需要说明的是，树脂、分散剂、催化剂和粘结剂选用固晶胶中常规使用的试剂即可，在此不做具体限定。但是，本申请更优选的方案中，对树脂、分散剂、催化剂和粘结剂进行了特别要求，这将在以下优选方案中一一介绍。还需要说明的是，根据需要，本申请的固晶胶中还可以添加少量的纳米碳管材料和/或阻燃剂，因此本申请的固晶胶成分并不仅局限于石墨烯、树脂、分散剂、催化剂和粘结剂这几种组分，但是经过研究证实，含有石墨烯与树脂、分散剂、催化剂、粘结剂组合，形成的固晶胶具有较优异的性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED用的固晶胶，其特征在于：所述固晶胶中含有石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种LED用的固晶胶，其特征在于：所述固晶胶中含有石墨烯、树脂、分散剂、催化剂和粘结剂；所述石墨烯的体积比为70-80％，所述树脂的体积比为15-25％，所述分散剂的体积比为1-5％，所述催化剂的体积比为0.01-0.05％，所述粘结剂的体积比为0.2-1％。2.根据权利要求1所述的固晶胶，其特征在于：所述石墨烯为改性石墨烯。3.根据权利要求2所述的固晶胶，其特征在于：所述改性石墨烯为白油和硅氧烷偶联剂处理改性的石墨烯。4.根据权利要求1所述的固晶胶，其特征在于：所述树脂为聚硅氧烷，所述聚硅氧烷由聚硅氧烷A组分和聚硅氧烷B组分按照摩尔比1：1配置而成；每分子的聚硅氧烷A组分中含有至少有两个烯烃基和至少一个芳香基，每分子的聚硅氧烷B组分中含有至少有两个Si-H和至少一个芳香基。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵大成，汪雄伟，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44