為了讓UVC LED技術(shù)成果更好地造福人類，作為UVC LED深紫外殺菌行業(yè)先行者，國(guó)星光電從封裝端出發(fā)，特別推出UVC LED封裝技術(shù)系列科普文章，直擊技術(shù)門檻，分享解決方案，希望給予產(chǎn)業(yè)同仁更多的思路和參考，共同推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的有序、健康發(fā)展，為人類健康生活提供更多的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。

 

　　UVC LED的持續(xù)升溫讓市場(chǎng)變得火熱起來(lái)。大家都知道UVC LED殺菌消毒效果顯著，在一定劑量和距離下，只需要幾秒到幾十秒就能把常見(jiàn)的細(xì)菌殺滅。但大家不知道的是，隨著市場(chǎng)的火熱，市面上各種UVC LED應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，其中不乏以次充好，往往同等級(jí)別UVC LED產(chǎn)品，實(shí)質(zhì)使用效果卻是千差萬(wàn)別。

 

　　歸根到底，是技術(shù)和工藝的差異。

 

　　UVC LED封裝技術(shù)科普第一期，讓我們先從關(guān)鍵詞熱管理出發(fā)，看看UVC LED封裝技術(shù)背后的秘密。

 

　　熱管理，提高UVC LED壽命的關(guān)鍵

 

　　像任何電子元器件一樣，UVC LED對(duì)熱敏感。

 

　　UVC LED的外量子效率（EQE）較低，在輸入的功率中，大約只有1-3％被轉(zhuǎn)換成光，而剩余的97％左右則基本被轉(zhuǎn)換成熱量。此時(shí)，如果不將熱量快速去除，保持LED芯片低于其最大工作溫度，將直接影響芯片的使用壽命，甚至不能使用。可以說(shuō)，熱管理是提高UVC LED使用壽命的關(guān)鍵。

 

　　做好熱管理，重點(diǎn)在于降低焊接空洞率

 

　　由于UVC LED體積小的特點(diǎn)，大部分的熱量無(wú)法從表面散熱，因此LED背面成為了有效散熱的唯一途徑。此時(shí)，如何在封裝關(guān)節(jié)做好熱管理顯得尤為重要。

 

　　說(shuō)到封裝環(huán)節(jié)上的熱管理，離不開(kāi)兩個(gè)方面，一是材料，二是工藝。

 

　　在材料方面，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前市面上UVC LED基本以倒裝芯片搭配高導(dǎo)熱氮化鋁基板的方案為主。氮化鋁（AIN）具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性（140W/mK-170W/ mK），能耐紫外線光源本身的老化，滿足UVC LED高熱管理的需求。

 

　　工藝方面，目前市場(chǎng)上存在幾種固晶方式。第一種是采用銀漿，這種方式結(jié)合力雖然不錯(cuò)，但容易造成銀遷移，導(dǎo)致器件失效。第二種是采用錫膏焊接，這種方式由于錫膏熔點(diǎn)只有220度左右，在器件貼片后，再次過(guò)爐會(huì)出現(xiàn)再融現(xiàn)象，芯片容易脫落失效，影響UVC LED可靠性。因此，市面上多數(shù)采用的是第三種固晶方式：采用金錫共晶焊。與前兩種固晶方式相比，其主要通過(guò)助焊劑進(jìn)行共晶焊接，能有效提升芯片與基板的結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)熱率，更為可靠，有利于UVC LED的品質(zhì)管控。

 

　　既然市面上UVC LED封裝的材料和固晶工藝大多一樣，為什么熱管理的效果卻相差那么大呢？

 

 

　　焊接空洞率簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)指的是LED芯片與基板焊接過(guò)程中，由于工藝等影響，導(dǎo)致部分區(qū)域無(wú)法焊接上，形成的缺陷，在外形上呈現(xiàn)為空洞的狀態(tài)，是影響散熱的重要指標(biāo)。

 

　　為了更直觀地呈現(xiàn)焊接空洞率對(duì)熱管理的影響，我們分別取了國(guó)星UVC LED以及友商UVC LED作為實(shí)驗(yàn)對(duì)照樣本進(jìn)行了空洞率檢測(cè)、熱阻對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以及產(chǎn)品壽命實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)樣本均為采用相同LED進(jìn)口芯片以及金錫共晶焊工藝。

　　圖注：圖中藍(lán)綠色點(diǎn)為產(chǎn)品焊接空洞。

 

　　經(jīng)檢測(cè)計(jì)算，在同尺寸LED芯片下，國(guó)星UVC LED封裝器件空洞率僅為9％，友商UVC LED封裝器件空洞率為18％。

　　熱阻實(shí)驗(yàn)中，由于國(guó)星UVC LED空洞率較低，與友商產(chǎn)品相比，產(chǎn)生的熱阻也較低。

　　在0到480小時(shí)內(nèi)，空洞率對(duì)光功率維持率的影響基本沒(méi)有太大的變化；但從480小時(shí)后，國(guó)星UVC LED（空洞率9％）的光功率維持率與友商UVC LED（空洞率18％）相比，差距較明顯。4000小時(shí)，友商UVC LED光功率維持率只剩60％左右，而國(guó)星UVC LED光功率維持率降幅較低，4000小時(shí)仍維持在80％左右。

 

　　通過(guò)是上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們得出結(jié)論，焊接空洞率越低，散熱效果越好，產(chǎn)品壽命越長(zhǎng)，品質(zhì)越好。

 

　　值得注意的是，在降低UVC LED產(chǎn)品焊接空洞率上，國(guó)星光電已形成了一套較為領(lǐng)先和完善的工藝技術(shù)。目前，國(guó)星UVC LED產(chǎn)品總體空洞面積在10%以下，單顆最大空洞面積在2%以下，與市面同類產(chǎn)品空洞率15％-30%相比，處于行業(yè)領(lǐng)先水平，具有極佳的散熱效果、較長(zhǎng)的產(chǎn)品壽命以及優(yōu)秀的產(chǎn)品品控。

 

　　降低焊接孔洞率，是做好產(chǎn)品熱管理，提高UVC LED壽命的關(guān)鍵一步。接下來(lái)，UVC LED技術(shù)門檻又有哪些？我們又該怎樣解決呢？讓我們下期再見(jiàn)。