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矽氧烷改質環氧樹脂組成材料製備及其特性與光電元件封裝應用研究

為了解決5050 LED 流明的問題，作者林志浩 這樣論述：

矽樹脂因結構具有無機的矽氧烷骨架及有機的取代基，而使其具有獨特的材料特性，然而仍有許多特性不足之處，透過分子結構設計及矽氫化反應進行結構改質來改善物理特性不足之處，以擴充其應用範圍。本論文即利用矽氫化反應合成直鏈狀、環狀及籠狀矽氧烷改質環氧樹脂，並研究其組成特性及光電元件封裝特性之間的關連，將材料特性與封裝可靠度特性做有效連結，共分為三大題：（1）新穎的矽氧烷改質環氧樹脂作為可行的LED封裝材料、（2）矽氧烷改質環氧樹脂封裝材料在SMD LED中的熱循環性能研究、（3）熱固性聚合物納米複合材料的特性：含矽氧烷的亞氨基苯並惡嗪與倍半矽氧烷環氧樹脂。在新穎的矽氧烷改質環氧樹脂LED封裝材料部分，

通過將含苯基的矽氧烷改質環氧樹脂(SEP-Ph)和環狀四官能矽氧烷改質環氧樹脂(SEP-D4)混合，然後用甲基六氫鄰苯二甲酸酐(MHHPA)固化，成功開發了一種高性能的透明矽氧烷改質環氧樹脂(SEP)材料。利用紫外-可見光譜(UV-Vis Spectrometry)，熱機械分析(TMA)和動態機械分析(DMA)研究光學和機械特性，並通過封裝的SMD LED的硫化測試評估阻氣性。發現具有相同當量比的SEP-Ph和SEP-D4的優化組合物具有折衷特性，厚度為2mm試片在可見光區域(450至800nm)的具90％以上的高透光率，耐高溫變色性，低應力以及優良的硫氣阻隔性能。在暴露於硫氣中240 h後，

用這種組合物封裝的發光二極體元件的光通量流明保持率接近98％。這些特性使得該材料具應用於先進的光學元件應用潛力。在矽氧烷改質環氧樹脂封裝材料在SMD LED中熱循環性能研究方面， 建立了高效的LED封裝材料評估平台，以研究材料性能與LED性能之間的關係。在這項研究中，PLCC 5050 SMD LED被用作測試工具。封裝了兩種矽氧烷改質環氧樹脂封裝材料，評估溫度循環測試(TCT)的性能。本研究探討兩種矽氧烷改質環氧樹脂封裝材料設計包括軟質型和硬質型。發現軟質矽氧烷改質環氧樹脂封裝材料可以通過熱循環測試。但是，硬質矽氧烷改質環氧樹脂則不通過。在失效分析中，通過光學顯微鏡對失效樣品的橫截面分

析觀察到了LED晶片和導線電極之間脫層，說明在熱循環測試過程中，硬質矽氧烷改質環氧樹脂材料有較大的熱應力。動態機械分析(DMA)用於研究軟質型和硬質型矽氧烷改質環氧樹脂材料在-80℃至250℃之間的熱機械行為，TCT溫度條件在DMA測量的分析溫度範圍內。結果顯示，軟質矽氧烷改質環氧樹脂材料的儲能模數低於硬質矽氧烷改質環氧樹脂材料。此外，軟質材料的儲能模數在50℃左右顯著下降，而硬質材料在150℃之前仍保持較高的模量。根據DMA研究，可以認為軟質矽氧烷改質環氧樹脂封裝的SMD LED的熱應力比硬型矽氧烷改質環氧樹脂封裝的LED低。因此，設計適當的封裝材料機械性能對於滿足SMD LED封裝的熱循環

測試很重要。在含矽氧烷的亞氨基苯並惡嗪與倍半矽氧烷環氧樹脂熱固性聚合物納米複合材料方面，本研究製備了一系列創新的熱固性聚合物奈米複合材料，其中包括含聚矽氧烷酰亞胺骨架的苯並惡嗪(Polysiloxane-imide-containg Bezoxazine; PSiBZ)和雙層倍半矽氧烷(Double-decker silsesquioxane; DDSQ)環氧樹脂或多面體低聚倍半矽氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquioxane; POSS)環氧樹脂，以提昇熱固化物特性。熱力學和動態力學特性顯示，DDSQ和POSS均可有效地將熱膨脹係數降低多達約34％，並顯著提高

了儲能模量(高達183%)。 因此，DDSQ和POSS是用於電子封裝應用的低應力封裝的有潛力的材料。