認識一下UVC芯片(三)

Tony 半導體供應鏈服務平臺 今天

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,是封裝設計和封裝工藝的差異。


  • 現有封裝技術的痛點


(1)光萃取效率不高

(2)光窗材料透過率不高

(3)反射材料的 性能不高

(4)低成本小角度產品光學結構困難

(5)不同散熱方式對封裝要求不同(冷凝水)


  • 決定紫外發光二極管的封裝技術的因素

應用端的需求(光譜、發光角度、壽命要求、使用環境等)

上游的限制(光子能量、芯片結構、芯片工作氛圍要求等)

封裝設備的開發和利用(激光封焊設備)

封裝工藝的發掘(全無機封裝)

應用解決方案的需要

封裝材料的限制(透光率、抗紫外性能、老化性能、熱膨脹性能)

在UV裡面封裝材料有非常大的限制,特別對UVC部分,無論是透光的,反光的,抗UV性能的,熱膨脹係數的材料,可選範圍很小,比如說透光材料,只能選擇石英。反射材料,原有的鍍金工藝、鍍銀工藝,幾乎在UV LED裡已經不太適應。雖然UVC封裝使用鍍金工藝,但鍍金工藝的反射性能很差。


  • 熱量管理,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,而剩餘的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芯片低於其最大工作溫度,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。


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。


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。第一種是採用銀漿,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。第二種是採用錫膏焊接,這種方式由於錫膏熔點只有220度左右,在器件貼片後,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,市面上多數採用的是第三種固晶方式:採用金錫共晶焊。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,有利於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,為什麼熱管理的效果卻相差那麼大呢?

焊接空洞率簡單來說指的是LED芯片與基板焊接過程中,由於工藝等影響,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。


相關數據表明: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小時後,UVC LED(空洞率9%)的光功率維持率與UVC LED(空洞率18%)相比,差距較明顯。4000小時,高空洞率UVC LED光功率維持率只剩60%左右,而低空洞率UVC LED光功率維持率降幅較低,4000小時仍維持在80%左右。因此,焊接空洞率越低,散熱效果越好,產品壽命越長,品質越好。


  • 紫外發光二極管封裝技術發展方向

(1)新型光學結構

(2)新型透光材料的研發及使用

(3)新型反射材料及工藝的研發

(4)高效率低成本非球面石英、玻璃透鏡

(5)風冷方式對封裝提出新的要求

(6)更短波段真空封裝

(7)熱量管理

(8)極限增透

(9)特殊功能模組化封裝


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