认识一下UVC芯片(三)

Tony 半导体供应链服务平台 今天

随着市场的火热,市面上各种UVC LED应用产品应运而生,其中不乏以次充好,往往同等级别UVC LED产品,实质使用效果却是千差万别。归根到底,是封装设计和封装工艺的差异。


  • 现有封装技术的痛点


(1)光萃取效率不高

(2)光窗材料透过率不高

(3)反射材料的 性能不高

(4)低成本小角度产品光学结构困难

(5)不同散热方式对封装要求不同(冷凝水)


  • 决定紫外发光二极管的封装技术的因素

应用端的需求(光谱、发光角度、寿命要求、使用环境等)

上游的限制(光子能量、芯片结构、芯片工作氛围要求等)

封装设备的开发和利用(激光封焊设备)

封装工艺的发掘(全无机封装)

应用解决方案的需要

封装材料的限制(透光率、抗紫外性能、老化性能、热膨胀性能)

在UV里面封装材料有非常大的限制,特别对UVC部分,无论是透光的,反光的,抗UV性能的,热膨胀系数的材料,可选范围很小,比如说透光材料,只能选择石英。反射材料,原有的镀金工艺、镀银工艺,几乎在UV LED里已经不太适应。虽然UVC封装使用镀金工艺,但镀金工艺的反射性能很差。


  • 热量管理,提高UVC LED寿命的关键


像任何电子元器件一样,UVC LED对热敏感。

UVC LED的外量子效率(EQE)较低,在输入的功率中,大约只有1-3%被转换成光,而剩余的97%左右则基本被转换成热量。此时,如果不将热量快速去除,保持LED芯片低于其最大工作温度,将直接影响芯片的使用寿命,甚至不能使用。可以说,热管理是提高UVC LED使用寿命的关键。


说到封装环节上的热管理,离不开两个方面,一是材料,二是工艺。


材料方面,经过多年的发展,目前市面上UVC LED基本以倒装芯片搭配高导热氮化铝基板的方案为主。氮化铝(AIN)具有优异的导热性(140W/mK-170W/ mK),能耐紫外线光源本身的老化,满足UVC LED高热管理的需求。


工艺方面,目前市场上存在几种固晶方式。第一种是采用银浆,这种方式结合力虽然不错,但容易造成银迁移,导致器件失效。第二种是采用锡膏焊接,这种方式由于锡膏熔点只有220度左右,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。因此,市面上多数采用的是第三种固晶方式:采用金锡共晶焊。与前两种固晶方式相比,其主要通过助焊剂进行共晶焊接,能有效提升芯片与基板的结合强度,导热率,更为可靠,有利于UVC LED的品质管控。


既然市面上UVC LED封装的材料和固晶工艺大多一样,为什么热管理的效果却相差那么大呢?

焊接空洞率简单来说指的是LED芯片与基板焊接过程中,由于工艺等影响,导致部分区域无法焊接上,形成的缺陷,在外形上呈现为空洞的状态,是影响散热的重要指标。


相关数据表明:在0到480小时内,空洞率对光功率维持率的影响基本没有太大的变化;但从480小时后,UVC LED(空洞率9%)的光功率维持率与UVC LED(空洞率18%)相比,差距较明显。4000小时,高空洞率UVC LED光功率维持率只剩60%左右,而低空洞率UVC LED光功率维持率降幅较低,4000小时仍维持在80%左右。因此,焊接空洞率越低,散热效果越好,产品寿命越长,品质越好。


  • 紫外发光二极管封装技术发展方向

(1)新型光学结构

(2)新型透光材料的研发及使用

(3)新型反射材料及工艺的研发

(4)高效率低成本非球面石英、玻璃透镜

(5)风冷方式对封装提出新的要求

(6)更短波段真空封装

(7)热量管理

(8)极限增透

(9)特殊功能模组化封装


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