安徽省紫芯半导体技术有限公司

UVC外延片_深紫外LED_深紫外LED芯片_紫外线传感器-安徽紫芯半导体技术

发表时间:2022-07-18 14:27

随着传统LED产业步入成熟饱和期,厂商先后调整发展战略,转而拓展汽车照明、植物照明、UV LED、IR LED等细分市场以及小间距、 LED等新型显示领域。


其中,在UV LED领域,虽然不少厂商早有布局,但过去UV LED产品市场接受度不高,因此,UV LED产业一直处于起步发展阶段,尤其是技术难度和价格相对更高的UVC LED


然而,自新型冠状病毒肺炎疫情在全球传播以来,消费者杀菌消毒意识迅速提高,防疫商机带动了UVC LED系列产品的需求激增,推动全球多方力量投入研发UVC LED技术,也催生了各种各样的产品,然而,这些产品是否都符合相关要求?


事实上,在选用可靠的UVC LED产品上需要考量诸多因素,比如:针对不同病毒和细菌,需要不同的剂量和照射时间,才能实现消毒杀菌效果。而从产品生产环节来看,从外延芯片到封装再到成品等各个环节都有很多考量因素。本次,LEDinside针对UVC LED封装环节,揭秘此环节所需材料、工艺、技术难题和发展趋势,以更好地了解UVC LED封装产品。


UVC LED封装形式、工艺、材料选用特殊性

目前,UVC LED封装有三种形式:有机封装,半无机封装(也称“近无机封装”)以及全无机封装。


有机封装采用硅胶、硅树脂或者环氧树脂等有机材料,主要包括Lamp、SMD、陶瓷Molding等产品,整体技术比较成熟,但抗紫外性能还需要进一步提高。


半无机封装(也称“近无机封装”)采用有机硅材料搭配玻璃等无机材料。全无机封装则全程避开使用有机材料,通过激光焊、波峰焊、电阻焊等方式来实现透镜和基板的结合,完全减少有机材料带来的光衰问题以及湿热应力导致的失效问题,能准确有效提高UVC LED器件的稳定性和可靠性。


据了解,国星光电、奥创深紫、鸿利秉一,及华引芯等国内厂商均开发了全无机封装UVC LED产品。


目前半无机封装产品仍是国内市场主流,主要由带杯陶瓷支架和石英玻璃构成,通过在带杯陶瓷基板边缘区域涂覆抗紫外胶水来实现透镜的放置。具体来讲,即在杯顶或台阶处进行点胶,再盖上石英玻璃进行固化粘结。


在材料的选用上,UVC LED封装与一般LED有所不同。首先,选用石英玻璃是由于石英属于无机物,不会受紫外线的影响,且石英玻璃对于UVC波段的透过率高。其次,在散热基板方面,由于UVC LED光电转换效率低,大部分转换成热量,所以一般采用导热率高的氮化铝散热基板。此外,UVC对胶水具有坏作用,因此,粘结玻璃和支架的胶水在耐紫外性能上的要求亦比一般LED封装高。


另值得注意的是,有部分厂商采用氧化铝散热基板。氮化铝和氧化铝基板都属于陶瓷基板,两者主要区别在于:氮化铝的导热率比氧化铝高很多。其中,氮化铝导热率一般约为140W/mK-170W/mK,而氧化铝导热率仅30W/mK左右。


氧化铝陶瓷一般呈现白色,导热率低,通常用于低功率产品。然而,氧化铝陶瓷脆性较大,相较于氮化铝更容易碎裂,因此在划片切割过程中容易出现崩角现象。氮化铝陶瓷一般呈现灰黑色,具有高导热率,通常用于大功率产品。另外,市面上也存在掺杂碳粉的氧化铝陶瓷,同样呈现灰黑色,但导热率更低。


热管理与气密性影响UVC LED封装产品的品质


UVC LED封装产品的品质受热管理和气密性的影响,这两方面也是封装环节的技术难点。其中,热管理直接影响UVC LED封装产品的寿命,而气密性则很大程度决定其可靠性。


UVC LED对热敏感,其外量子效率(EQE)较低,仅小部分电能转换成光,而大部分电能都转换成热量,直接影响芯片的使用寿命。鉴于此,现阶段,很多产品以倒装芯片搭配高导热氮化铝基板的方案为主。氮化铝具有优异的导热性,能耐紫外线光源本身的老化,可满足UVC LED高热管理的需求。


银浆焊接虽然结合力不错,但容易造成银迁移,导致器件失效。至于锡膏焊接,由于锡膏熔点仅220度左右,因此在器件贴片后,再次过炉会出现再融现象,芯片容易脱落失效,影响UVC LED可靠性。

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