保護半導體LED元件的晶片、導線、電極，不會受到外力、水份、氣體、不純物的影響，必需使用密封材料包覆LED元件。

此外為避免降低LED元件的發光效率，密封材料要求極高的透明性，尤其是最近幾年隨著LED元件的高輝度、高功率化，光量遽增、接點溫度上升，加上液晶電視用LED背光照明模組與一般照明用途，都強烈要求LED元件長壽命化，因此LED元件密封材料的耐光、耐熱性越來越受到重視。LED用矽質密封材料可以分成兩大類，分別是甲基矽（Methyl Silicon）與苯基矽（Phenyl Silicon）。

一般矽質密封材料屬於「甲基矽」，折射率（refractive index）大約是1.4左右，為提高LED元件的發光效率，要求矽質密封材料具備更高的折射率。

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

「甲基矽」與「苯基矽」的密封材料，在可視光領域與近紫外線領域，具有優秀的穿透性與透明性，若與一般有機透明樹脂比較，它的耐熱性非常優秀，即使曝露在回焊爐（reflow）或是高溫環境下，也不易發生變色與硬度變化等問題。

經過130℃～200℃、200Hr耐熱試驗後，「環氧樹脂」密封材料在130℃，特別是150℃時會發生明顯的變色現象，相較之下矽質密封材料，則顯示強大的耐變色特性，特別是「甲基矽」密封材料，即使曝露在200℃高溫環境下，幾乎沒發現任何變色現象。

「苯基矽」密封材料，一直到150℃還保持無著色狀態，最後是稱為「矽混合（silicon hybrid）」的材料，則出現介於苯基矽與環氧樹脂之間的變色傾向。若與「甲基矽」密封材料比較，「苯基矽」密封材料的高折射率，可以獲得優秀的光線取出效率，不過它的耐熱性不如「甲基矽」密封材料。

如表一所示「甲基矽」密封材料與「苯基矽」密封材料各具優點，必需依照要求特性選擇。

「甲基矽」密封材料本質上具備很高的氣體穿透性，不過吸濕率卻非常低，密封應用的場合，配合甲基矽密封材料特有的接著性，理論上就能夠有效保護基材。某些情況水份與氣體的侵入，會造成電極或是螢光體變質，為避免發生這種問題，必需改用的具備高氣體阻隔性的「苯基矽」密封材料，如表二。

LED用矽質密封材料，大致上可以分成兩大類，若依照硬度還可以再分成表三所示的三大類。

矽質密封材料的動態儲藏彈性率介於1MPa～100MPa範圍，一般將硬度接近橡膠的密封材料稱作「彈性體（elastomer）」，比較柔軟的密封材料稱作「懸浮體（gel）」，比較硬的密封材料稱作「樹脂（resin）」。

矽質密封材料的彈性率越低、越柔軟，對封裝元件造成的應力也越小，低彈性率的矽質密封材料，能夠防止熱應力造成的變形、斷裂、剝落，以及密封材料本身造成的龜裂等現象。

高硬度的矽質密封材料能夠有效保護元件，不會受到外力影響引發變形，而且不容易發生柔軟密封材料常見的不良現象，例如密封材料表面刮傷、沾黏其它元件、附著粉塵，因此對LED元件的晶粒性（dicing）非常有利。

表四～表七分別是Toray DowCorning公司開發的LED封裝用矽材料特性一覽，由表可知LED封裝用材料種類繁多，必需依照使用方法與要求特性，選擇最適當的封裝材料。

此外為發揮相異封裝材料的優點彌補缺點，某些情況晶片附近使用柔軟、高折射率的封裝材料，外側使用硬質封裝材料，或是矽質射出成型鏡片。

LED一體密封成型技術

以往矽密封材料主要是利用注入（dispense）方式灌入LED封裝內部，接著再使用加熱爐使矽質密封材料硬化成型。設有鏡片的LED元件，是將矽質密封材料注入樹脂或是矽質鏡片下方，接著將鏡片黏在已經硬化的矽質密封材料上，低量產性、低良品率、高製作成本，是這種方式主要缺點。

最近幾年隨著LED密封方式的多元化發展，為滿足生產效率化以及提升產能的市場要求，國外LED封裝業者已經陸續改採由模具構成的轉印成型、射出成型方式，透過這類加工方式，能夠一次高效率完成LED密封與光學鏡片成型等加工作業。

《圖一　傳統LED封裝方式》

圖二是利用壓縮成型方式，一體封裝同時完成光學鏡片製作的實際範例。具體步驟首先將矽材料注入基板與模具之間，抽真空去除氣泡之後，矽密封材料再以高壓成型。壓縮成型方式可以製作球面、非球面、角形的任意形狀的鏡片，模具與矽材料之間使用離型（脫模）膜片，因此沒有模具污染的困擾，即使經過一定循環次數，也不需要清洗模具，此外模具沒有澆道（runner）、料頭，因此矽密封材料幾乎完全沒有額外的損耗，而且加工製程非常容易全自動化。

《圖二　利用壓縮成型方式一體封裝製作鏡片》

轉印（transfer）方式與射出（injection）成型方式，同樣能夠一體封裝同時完成光學鏡片的製作，圖三是利用壓縮成型方式轉印方式，一次完成LED密封與光學鏡片製作的實際範例。 液晶電視的背光照明模組使用複數高輝度LED，要求高精度的配光控制，因此上述能夠一次完成LED密封與光學鏡片製作的新世代成型技術，備受LED封裝業者高度期待。

一次完成LED密封與鏡光學片製作的成型屬於較新的手法，可能會發生傳統注入方式密封製程不曾見過的問題，例如成型時容易產生令人困擾的剝落、龜裂、流痕（flow mark）、空隙（void）等問題。

《圖三　利用轉寫成型與射出成型一體封裝製作鏡片》

新型一體封裝材料的特性

矽質密封材料必需密貼保護基板，被設計成短時間加熱、接著，因此要求不論是對基材或是模具，都必需具備很高的密貼性。脫模時的剝落、龜裂，主要是硬化時間不足、溫度不足造成；基材污穢或是對基材接著性不足，會引發矽密封材料硬化不足、模具的脫模性不夠充裕等問題。一般認為以下方式都可望改善這些問題。

• ‧延長硬化時間





• ‧使用更高硬化溫度成型





• ‧清洗基板提高接著性





• ‧重新檢討基材





• ‧提高模具的脫模性（離型性）

流痕是LED密封材料流動期間，局部性硬化造成的現象，硬化溫度太高、密封材料的硬化速度太快是主要原因，降低硬化溫度，同時選擇硬化時間比較遲緩的密封材料，都可以改善流痕現象。空隙的發生原因主要是：

• ‧事前的脫泡





• ‧成型時減壓不足





• ‧基材殘留水份或是化學成份





• ‧容易殘留空氣的LED元件造型





• ‧導線架與密封材料之間有間隙所造成

有效對策例如強化脫泡條件、基材預加熱的乾燥等等，如果還是沒有改善的話，必需重新檢討基材與LED元件的造型。

「甲基矽」密封材料與「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，對硬化前的黏度、硬化後的硬度依存性（dependency）很低，因此「甲基矽」密封材料注入高溫模具硬化時，幾乎不會發生低黏度化與軟化問題，具有優秀的成型性與脫模性。

相較之下「苯基矽」密封材料在高溫下，會減緩膨脹歪斜產生的應力，它的優秀耐久性被當作LED密封材料廣泛使用，不過成型時黏度與硬度的依存性很大，密封材料容易從模具間隔滲漏，軟化硬度降低後的密封材料，脫模時容易發生龜裂，因此成型時要求高度操作技術。

矽質密封材料幾乎都是白金系觸媒附加硬化型，它的增黏速度、硬化速度，與溫度有很大的依存性，硬化溫度上升10℃，增黏速度與硬化速度有倍增的傾向，成型溫度改變，硬化時間會隨著發生巨大變化，因此設定矽質密封材料的成型條件時，必需是密封材料流動期間，不會發生增黏與硬化，同時能夠充分硬化的成型溫度。

表八、表九是適合光學鏡片一次成型用途的矽質密封材料特性一覽，表中JIS type A硬度53、71的甲基矽矽質密封材料，以及Shore-D硬度40、70的苯基矽矽質密封材料已經商品化，正式提供客戶選擇使用。

結語

以上介紹LED封裝用矽材料的特性，與全新的LED封裝技術，同時深入探討新型一體封裝用矽密封材料的特性。LED高輝度化、高功率化、高可靠性的背後，矽質封裝材料扮演提升LED性能絕對性角色，隨著LED封裝材料的進化，包含照明與顯示器用途在內的LED市場，都獲得莫大的效益。