為了讓UVC LED技術成果更好地造福人類，作為UVC LED深紫外殺菌行業先行者，國星光電從封裝端出發，特別推出UVC LED封裝技術系列科普文章，直擊技術門檻，分享解決方案，希望給予產業同仁更多的思路和參考，共同推進產業的有序、健康發展，為人類健康生活提供更多的技術實現途徑。

 

　　UVC LED的持續升溫讓市場變得火熱起來。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的細菌殺滅。但大家不知道的是，隨著市場的火熱，市面上各種UVC LED應用產品應運而生，其中不乏以次充好，往往同等級別UVC LED產品，實質使用效果卻是千差萬別。

 

　　歸根到底，是技術和工藝的差異。

 

　　UVC LED封裝技術科普第一期，讓我們先從關鍵詞熱管理出發，看看UVC LED封裝技術背后的秘密。

 

　　熱管理，提高UVC LED壽命的關鍵

 

　　像任何電子元器件一樣，UVC LED對熱敏感。

 

　　UVC LED的外量子效率（EQE）較低，在輸入的功率中，大約只有1-3％被轉換成光，而剩余的97％左右則基本被轉換成熱量。此時，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，熱管理是提高UVC LED使用壽命的關鍵。

 

　　做好熱管理，重點在于降低焊接空洞率

 

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

 

　　說到封裝環節上的熱管理，離不開兩個方面，一是材料，二是工藝。

 

　　在材料方面，經過多年的發展，目前市面上UVC LED基本以倒裝芯片搭配高導熱氮化鋁基板的方案為主。氮化鋁（AIN）具有優異的導熱性（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，目前市場上存在幾種固晶方式。第一種是采用銀漿，這種方式結合力雖然不錯，但容易造成銀遷移，導致器件失效。第二種是采用錫膏焊接，這種方式由于錫膏熔點只有220度左右，在器件貼片后，再次過爐會出現再融現象，芯片容易脫落失效，影響UVC LED可靠性。因此，市面上多數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，其主要通過助焊劑進行共晶焊接，能有效提升芯片與基板的結合強度，導熱率，更為可靠，有利于UVC LED的品質管控。

 

　　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？

 

 

　　焊接空洞率簡單來說指的是LED芯片與基板焊接過程中，由于工藝等影響，導致部分區域無法焊接上，形成的缺陷，在外形上呈現為空洞的狀態，是影響散熱的重要指標。

 

　　為了更直觀地呈現焊接空洞率對熱管理的影響，我們分別取了國星UVC LED以及友商UVC LED作為實驗對照樣本進行了空洞率檢測、熱阻對比實驗，以及產品壽命實驗。兩個樣本均為采用相同LED進口芯片以及金錫共晶焊工藝。

　　圖注：圖中藍綠色點為產品焊接空洞。

 

　　經檢測計算，在同尺寸LED芯片下，國星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％。

　　熱阻實驗中，由于國星UVC LED空洞率較低，與友商產品相比，產生的熱阻也較低。

　　在0到480小時內，空洞率對光功率維持率的影響基本沒有太大的變化；但從480小時后，國星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，友商UVC LED光功率維持率只剩60％左右，而國星UVC LED光功率維持率降幅較低，4000小時仍維持在80％左右。

 

　　通過是上述三個實驗，我們得出結論，焊接空洞率越低，散熱效果越好，產品壽命越長，品質越好。

 

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

 

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