保护半导体LED元件的晶片、导线、电极，不会受到外力、水份、气体、不纯物的影响，必需使用密封材料包覆LED元件。

此外为避免降低LED元件的发光效率，密封材料要求极高的透明性，尤其是最近几年随着LED元件的高辉度、高功率化，光量遽增、接点温度上升，加上液晶电视用LED背光照明模组与一般照明用途，都强烈要求LED元件长寿命化，因此LED元件密封材料的耐光、耐热性越来越受到重视。 LED用矽质密封材料可以分成两大类，分别是甲基矽（Methyl Silicon）与苯基矽（Phenyl Silicon）。

一般矽质密封材料属于「甲基矽」，折射率（refractive index）大约是1.4左右，为提高LED元件的发光效率，要求矽质密封材料具备更高的折射率。

主要原因是降低LED晶片与密封材料的折射率差异，再抑制折射就可以取出更多的光线，因此LED元件的密封材料，一般都是使用折射率为1.5～1.55，高折射率的「苯基矽」当作基材。

「甲基矽」与「苯基矽」的密封材料，在可视光领域与近紫外线领域，具有优秀的穿透性与透明性，若与一般有机透明树脂比较，它的耐热性非常优秀，即使曝露在回焊炉（reflow）或是高温环境下，也不易发生变色与硬度变化等问题。

经过130℃～200℃、200Hr耐热试验后，「环氧树脂」密封材料在130℃，特别是150℃时会发生明显的变色现象，相较之下矽质密封材料，则显示强大的耐变色特性，特别是「甲基矽」密封材料，即使曝露在200℃高温环境下，几乎没发现任何变色现象。

「苯基矽」密封材料，一直到150℃还保持无着色状态，最后是称为「矽混合（silicon hybrid）」的材料，则出现介于苯基矽与环氧树脂之间的变色倾向。若与「甲基矽」密封材料比较，「苯基矽」密封材料的高折射率，可以获得优秀的光线取出效率，不过它的耐热性不如「甲基矽」密封材料。

如表一所示「甲基矽」密封材料与「苯基矽」密封材料各具优点，必需依照要求特性选择。

「甲基矽」密封材料本质上具备很高的气体穿透性，不过吸湿率却非常低，密封应用的场合，配合甲基矽密封材料特有的接着性，理论上就能够有效保护基材。某些情况水份与气体的侵入，会造成电极或是萤光体变质，为避免发生这种问题，必需改用的具备高气体阻隔性的「苯基矽」密封材料，如表二。

LED用矽质密封材料，大致上可以分成两大类，若依照硬度还可以再分成表三所示的三大类。

矽质密封材料的动态储藏弹性率介于1MPa～100MPa范围，一般将硬度接近橡胶的密封材料称作「弹性体（elastomer）」，比较柔软的密封材料称作「悬浮体（gel）」，比较硬的密封材料称作「树脂（resin）」。

矽质密封材料的弹性率越低、越柔软，对封装元件造成的应力也越小，低弹性率的矽质密封材料，能够防止热应力造成的变形、断裂、剥落，以及密封材料本身造成的龟裂等现象。

高硬度的矽质密封材料能够有效保护元件，不会受到外力影响引发变形，而且不容易发生柔软密封材料常见的不良现象，例如密封材料表面刮伤、沾黏其它元件、附着粉尘，因此对LED元件的晶粒性（dicing）非常有利。

表四～表七分别是Toray DowCorning公司开发的LED封装用矽材料特性一览，由表可知LED封装用材料种类繁多，必需依照使用方法与要求特性，选择最适当的封装材料。

此外为发挥相异封装材料的优点弥补缺点，某些情况晶片附近使用柔软、高折射率的封装材料，外侧使用硬质封装材料，或是矽质射出成型镜片。

LED一体密封成型技术

以往矽密封材料主要是利用注入（dispense）方式灌入LED封装内部，接着再使用加热炉使矽质密封材料硬化成型。设有镜片的LED元件，是将矽质密封材料注入树脂或是矽质镜片下方，接着将镜片黏在已经硬化的矽质密封材料上，低量产性、低良品率、高制作成本，是这种方式主要缺点。

最近几年随着LED密封方式的多元化发展，为满足生产效率化以及提升产能的市场要求，国外LED封装业者已经陆续改采由模具构成的转印成型、射出成型方式，透过这类加工方式，能够一次高效率完成LED密封与光学镜片成型等加工作业。

《图一　传统LED封装方式》

图二是利用压缩成型方式，一体封装同时完成光学镜片制作的实际范例。具体步骤首先将矽材料注入基板与模具之间，抽真空去除气泡之后，矽密封材料再以高压成型。压缩成型方式可以制作球面、非球面、角形的任意形状的镜片，模具与矽材料之间使用离型（脱模）膜片，因此没有模具污染的困扰，即使经过一定循环次数，也不需要清洗模具，此外模具没有浇道（runner）、料头，因此矽密封材料几乎完全没有额外的损耗，而且加工制程非常容易全自动化。

《图二　利用压缩成型方式一体封装制作镜片》

转印（transfer）方式与射出（injection）成型方式，同样能够一体封装同时完成光学镜片的制作，图三是利用压缩成型方式转印方式，一次完成LED密封与光学镜片制作的实际范例。液晶电视的背光照明模组使用复数高辉度LED，要求高精度的配光控制，因此上述能够一次完成LED密封与光学镜片制作的新世代成型技术，备受LED封装业者高度期待。

一次完成LED密封与镜光学片制作的成型属于较新的手法，可能会发生传统注入方式密封制程不曾见过的问题，例如成型时容易产生令人困扰的剥落、龟裂、流痕（flow mark ）、空隙（void）等问题。

《图三　利用转写成型与射出成型一体封装制作镜片》

新型一体封装材料的特性

矽质密封材料必需密贴保护基板，被设计成短时间加热、接着，因此要求不论是对基材或是模具，都必需具备很高的密贴性。脱模时的剥落、龟裂，主要是硬化时间不足、温度不足造成；基材污秽或是对基材接着性不足，会引发矽密封材料硬化不足、模具的脱模性不够充裕等问题。一般认为以下方式都可望改善这些问题。

• ‧延长硬化时间





• ‧使用更高硬化温度成型





• ‧清洗基板提高接着性





• ‧重新检讨基材





• ‧提高模具的脱模性（离型性）

流痕是LED密封材料流动期间，局部性硬化造成的现象，硬化温度太高、密封材料的硬化速度太快是主要原因，降低硬化温度，同时选择硬化时间比较迟缓的密封材料，都可以改善流痕现象。空隙的发生原因主要是：

• ‧事前的脱泡





• ‧成型时减压不足





• ‧基材残留水份或是化学成份





• ‧容易残留空气的LED元件造型





• ‧导线架与密封材料之间有间隙所造成

有效对策例如强化脱泡条件、基材预加热的干燥等等，如果还是没有改善的话，必需重新检讨基材与LED元件的造型。

「甲基矽」密封材料与「苯基矽」密封材料的成型性截然不同，「甲基矽」密封材料的成型性，对硬化前的黏度、硬化后的硬度依存性（dependency）很低，因此「甲基矽」密封材料注入高温模具硬化时，几乎不会发生低黏度化与软化问题，具有优秀的成型性与脱模性。

相较之下「苯基矽」密封材料在高温下，会减缓膨胀歪斜产生的应力，它的优秀耐久性被当作LED密封材料广泛使用，不过成型时黏度与硬度的依存性很大，密封材料容易从模具间隔渗漏，软化硬度降低后的密封材料，脱模时容易发生龟裂，因此成型时要求高度操作技术。

矽质密封材料几乎都是白金系触媒附加硬化型，它的增黏速度、硬化速度，与温度有很大的依存性，硬化温度上升10℃，增黏速度与硬化速度有倍增的倾向，成型温度改变，硬化时间会随着发生巨大变化，因此设定矽质密封材料的成型条件时，必需是密封材料流动期间，不会发生增黏与硬化，同时能够充分硬化的成型温度。

表八、表九是适合光学镜片一次成型用途的矽质密封材料特性一览，表中JIS type A硬度53、71的甲基矽矽质密封材料，以及Shore-D硬度40、70的苯基矽矽质密封材料已经商品化，正式提供客户选择使用。

结语

以上介绍LED封装用矽材料的特性，与全新的LED封装技术，同时深入探讨新型一体封装用矽密封材料的特性。 LED高辉度化、高功率化、高可靠性的背后，矽质封装材料扮演提升LED性能绝对性角色，随着LED封装材料的进化，包含照明与显示器用途在内的LED市场，都获得莫大的效益。