浅析氧化锆在LED封装中的应用

发光二极管（LED）由于其绿色环保、节能高效、稳定可靠和成本低等特性，逐渐取代白炽灯、荧光灯而成为新一代照明光源。

01 LED封装

LED封装作为下游产业，是LED走向实用、走向市场的产业化必经之路。将LED的芯片放置在塑料外壳的热沉上，并密封在封装体中，能够起到保护芯片和完成电气互连的作用。LED封装的主要目的是：

（1）保护芯片隔绝氧气、湿气、辐射等免受其影响；

（2）支持导线，实现输入电信号；

（3）防止组件受到机械振动、冲击产生破损；

（4）及时有效地散热，提高LED性能

（5）根据不同应用需求进行封装设计，优化光学布局；

（6）在封装材料中添加荧光粉，作为颜色转换层，提高光提取效率。

02 封装材料

封装材料作为LED不可或缺的组成部分，对LED芯片起到保护和密封的作用，使其免受环境湿度或温度影响，保证其正常工作，提高器件实用性，并传导芯片产生的热量，帮助散热，且可通过LED封装材料减小芯片与空气的折射率差距，增加光学输出。

为此，封装材料必须具备高折光指数（RI）、高透光率、高热导率与良好的耐热耐候等性能。目前常用的LED封装材料包括环氧树脂、有机硅树脂、聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。其中PC、PMMA用作外层透镜材料，环氧树脂和有机硅树脂主要用作包装材料，也可作透镜材料。目前LED封装领域中环氧树脂和有机硅树脂应用最广。

03 氧化锆在封装中的应用

目前，单纯的树脂材料已不能满足LED封装要求。近年来，具有优异的物理和化学性质的纳米粒子（二氧化钛、氧化锆、氧化锌、二氧化硅等）引起了人们的广泛关注。将纳米粒子引入有机聚合物中可以有效地提高其光学性能、力学性能和热稳定性，聚合物基复合材料的性能取决于纳米粒子的尺寸、形状、浓度以及纳米粒与聚合物之间的相互作用。

氧化锆（ZrO2）具有独特的性质，如高折射率、高硬度、高化学稳定性和热稳定性，在可见光和近红外光谱区域具有低的吸收和色散，因而广泛应用于光学、传感、催化等领域，常用于制备有机-无机纳米复合材料。黄玉凤通过共混法和溶胶-凝胶法两种方法制备了高性能LED封装用二氧化锆/有机硅纳米复合材料。结果发现，掺杂了氧化锆的有机硅具有优异的性能，提高了有机硅树脂在大功率LED封装领域的适用性。Ochi等采用双酚Ａ二缩水甘油醚、正丙醇锆和六氢邻苯二甲酸酐（HHPA）原位聚合，得到环氧／氧化锆杂化材料。该方法制得的纳米粒不同用量的纳米复合材料，ZrO2粒径均不超过10nm，在可见光范围内透光率达到80%以上，在纳米粒用量由0%增加至20%条件下，材料RI由1.542增加至1.599。

另外，在LED封装基板材料中，ZTA（氧化锆增韧氧化铝）基板通过掺杂锆的氧化铝陶瓷提高了可靠性，耐腐蚀、化学稳定性好，具有高断裂韧性和抗弯强度、高耐温能力、高载流容量、高绝缘电压、高热容与热扩散能力以及与硅相近的热膨胀系数(CTE)，使其成为DBC覆铜板和LED电路板急需的高性能陶瓷材质电路载体。