一篇文章揭示UVC LED封裝材料/工藝/技術難點及趨勢

隨著傳統LED產業進入成熟飽和期，廠商紛紛調整髮展策略，轉而拓展汽車照明、植物照明、UV LED、IR LED等細分領域，以及小間距、mini/micro LED等新型顯示字段。 其中，在UV LED領域，雖然不少廠商有長期佈局，但UV LED產品市場在過去並未獲得高認可度。 因此，UV LED產業一直處於起步階段，尤其是技術難度和價格相對較高的UVC LED。 但隨著新型冠狀病毒肺炎全球蔓延，消費者的殺菌消毒意識迅速提升，對UVC LED系列產品的需求增加，推動全球多方力量投入研發UVC LED技術的發展，也催生了五花八門的產品，這些產品是如何滿足相關要求的呢？事實上，在選擇可靠的UVC LED產品時，需要考慮很多因素，例如：針對不同的病毒和細菌，採用不同的劑量和照射時間，以達到消毒殺菌的效果。 從產品生產的角度來看，從擴展芯片到封裝再到成品，都有很多考量。 此次，LEDINSIDE揭示了UVC LED封裝分會所需的材料、工藝、技術問題和發展趨勢，以更好地了解UVC LED封裝產品。 UVC LED的封裝形式、工藝、選材都比較特殊。 目前UVC LED封裝有三種形式：有機封裝、半無機封裝（又稱 “近無機包裝 ”) 和全方位包裝。 有機封裝採用有機矽、矽樹脂或環氧樹脂等有機材料，主要有LAMP、SMD、陶瓷MOLDING等產品。 整體技術比較成熟，但抗紫外線性能有待進一步提升。 半無機包裝（也稱為 “近無機包裝 ”) 使用有機矽材料與玻璃和其他無機材料。 整個無機包裝避免了在整個過程中使用有機材料。 鏡片與基板的結合是通過激光焊接、波峰焊接和電阻焊接來實現的。 有效提高UVC LED器件的穩定性和可靠性。 據了解，國星光電、野馬神子子、宏利冰一、華銀芯等國內廠商均已開發出全無機封裝的UVC LED產品。 目前，半無機包裝產品仍是國內市場的主流。 它主要由陶瓷支架和帶杯的石英玻璃組成。 它是通過在陶瓷基板的邊緣區域塗上抗紫外線膠來實現鏡片的。 具體是在杯子的頂部或台階上點膠，然後覆蓋石英玻璃進行固化粘合。 在材料方面，UVC LED封裝不同於普通LED。 首先，選擇石英玻璃是因為石英是無機的，不會受到紫外線的影響，而且石英玻璃在UVC波段的高出率高。 其次，在散熱基板方面，由於UVC LED光電轉換效率低，大部分都轉化為熱量，所以一般採用升溫速率高的氮化鋁散熱基板。 另外，UVC對膠水有不好的影響。 因此，粘接玻璃和支架的玻璃對抗紫外線的要求高於普通LED封裝。 另外值得注意的是，部分廠商使用氧化鋁散熱基板。 氮化鋁和氧化鋁基板都屬於陶瓷基板。 兩者的主要區別在於氮化鋁的升溫速度遠高於氧化鋁。 其中，氮化鋁導熱係數一般在140W/mk-170W/mk左右，而氧化鋁導熱係數只有30w/mk左右。 氧化鋁陶瓷一般為白色，導熱率低，通常用於小功率產品。 但是氧化鋁​​陶瓷體積大，比氮化鋁更容易開裂。 因此，在切割過程中容易塌陷。 氮化鋁陶瓷一般呈灰黑色，升溫速度快，通常用於大功率產品。 此外，市面上也有摻雜氧化鋁陶瓷，也是灰黑色，但升溫速率較低。 熱管理質量和氣體密度影響UVC LED封裝產品UVC LED封裝產品的質量。 產品質量的好壞和氣密性的影響。 這兩個方面也是封裝環節的技術難點。 其中，熱管理直接影響UVC LED封裝產品的壽命，而氣密性在很大程度上決定了其可靠性。 UVC LED對熱敏感，其外量子效率（EQE）低，只有少部分電能轉化為光能，大部分電能轉化為熱能，直接影響使用壽命芯片。 有鑑於此，現階段很多產品都是基於高導熱氮化鋁基板澆注芯片的方案。 氮化鋁具有優良的導熱性，可以耐受UV光源本身的老化，滿足UVC LED高熱管理的需要。 除了材料，封裝工藝也是熱管理的影響因素。 封裝工藝主要體現在固晶技術上，包括银浆焊接​​、錫膏焊接、金錫共晶焊接。 银浆焊接雖好，但容易引起銀遷移，導致器件故障。 至於錫膏的焊接，由於錫膏的熔點只有220度左右，器件貼片後會再次出現再熔合的現象。 金錫共晶焊接主要用於通過焊劑進行共晶焊接，可有效提高芯片與基板的結合強度和導熱性。 相比之下。 因此，市場上採用金錫共焊方式。 在焊接過程中，主要涉及焊接空洞率的問題。 焊接空孔是指LED芯片與基板焊接過程中形成的缺陷。 它在外觀上呈現出一種空虛的狀態。 是影響散熱的重要指標。 焊接空孔越低，散熱效果越好，產品壽命越長，質量越好，質量越好。 據了解，華銀芯的無機封裝技術利用惰性氣體和還原氣體混合保護環境對芯片進行熱壓共晶焊接，進一步提高電連接效率，同時降低空洞率，穩定LED結溫. 國星光電在普通晶焊技術上的優勢和特點非常突出。 公司10年共晶技術沉澱，回流共晶真空率基本控制在10%以內，大大低於市面上同類產品。 據介紹，在降低焊接空洞率方面，公司已形成了較為領先和完善的工藝技術。 目前其UVC LED產品整體空孔面積在10%以下，單孔最大空孔面積在2%以下。 與市面上同類產品15%-30%的空洞率相比，散熱效果極佳，產品壽命長，產品項產品更好的控制。 在可靠性方面，封裝形式是因素之一，但關鍵是。 在半無機封裝的形式下，玻璃鏡片和杯狀陶瓷基板將通過膠水連接形成一個封閉的空腔。 由於封閉的腔體不能抽真空，所以當膠水受熱時，腔體內的空氣很容易受熱而溢出，形成氣泡，嚴重時形成氣道。 這時，外界的水蒸氣和雜質可以通過氣泡和氣體通道進入產品，對芯片和基板等材料造成污染，嚴重影響產品的氣密性，從而影響光和可靠性。 可見，氣密性的影響對UVC LED封裝的質量影響很大，工藝加工技術非常關鍵。 值得一提的是，國星光電通過優化基板的表面處理和連續封裝固化技術，還形成了完整的封裝工藝解決方案，可以有效減少封閉腔體空氣，實現零氣泡和零UVC LED器件，零零。 空氣通道。 UVC封裝模式：以半無機封裝為主，全無機封裝輔以熱管理和氣密性。 抗紫外線也是UVC LED封裝的技術難點之一。 為了提高產品的抗紫外線性能，很多廠家都加緊了全無機包裝產品的開發。 例如，國星光電針對特殊產品開發了高成本的全無機UVC器件，成本優勢明顯。 同時，公司還與材料廠商共同開發抗UVC氟樹脂封裝材料產品。 該產品具有耐高溫、大電流、抗紫外線輻射等特點。 京能光電的UVC LED產品以大功率陶瓷封裝為主。 採用陶瓷材料封裝，產品散熱性能好。 鴻利智匯還持續開展無機封裝技術研究，旨在開發具有高光功率、高可靠性、長壽命、高性價比的UVC LED產品。 就UVC LED封裝未來發展趨勢而言，國星光電認為，未來一兩年國內市場仍將以封裝為主，全無機封裝為輔，但隨著有機材料通過抗紫外線和創新的改進和創新，氟樹脂等有機封裝可能會佔據部分市場份額。 今年以來，UVC LED的不同技術領域都取得了一定的突破，傳遞出行業蓬勃發展的信號。 雖然，由於成本高、光效低，目前的UVC LED產品還不能完全替代醫用殺菌UV汞燈。 但國星光電認為，隨著技術的進步，相信UVC LED很快就會慢慢進入這個市場。 而且，由於體積小、設計簡單，UVC LED目前在移動殺戮和小空間殺菌領域。 與水銀燈相比，具有一定的優勢。 據LEDINSIDE了解，從目前的市場應用來看，UVC LED已經開始應用於表面殺菌（隨身殺菌產品、殺菌燈、母嬰產品）、水殺菌和空氣淨化