那些隐藏在UVC LED背后的封装技术秘密

    写在前面

    为了让UVC LED技术成果更好地造福人类，作为UVC LED深紫外杀菌行业先行者，国星光电从封装端出发，特别推出UVC LED封装技术系列科普文章，直击技术门槛，分享解决方案，希望给予产业同仁更多的思路和参考，共同推进产业的有序、健康发展，为人类健康生活提供更多的技术实现途径。

    UVC LED的持续升温让市场变得火热起来。大家都知道UVC LED杀菌消毒效果显著，在一定剂量和距离下，只需要几秒到几十秒就能把常见的细菌杀灭。但大家不知道的是，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，是技术和工艺的差异。

    UVC LED封装技术科普第一期，让我们先从关键词热管理出发，看看UVC LED封装技术背后的秘密。 

    热管理，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。

    做好热管理，重点在于降低焊接空洞率

    由于UVC LED体积小的特点，大部分的热量无法从表面散热，因此LED背面成为了有效散热的唯一途径。此时，如何在封装关节做好热管理显得尤为重要。

    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。

    在材料方面，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？

    在这里，不得不提焊接空洞率。

    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。

    为了更直观地呈现焊接空洞率对热管理的影响，我们分别取了国星UVC LED以及友商UVC LED作为实验对照样本进行了空洞率检测、热阻对比实验，以及产品寿命实验。两个样本均为采用相同LED进口芯片以及金锡共晶焊工艺。 

    图注：图中蓝绿色点为产品焊接空洞。

    经检测计算，在同尺寸LED芯片下，国星UVC LED封装器件空洞率仅为9％，友商UVC LED封装器件空洞率为18％。

    热阻实验中，由于国星UVC LED空洞率较低，与友商产品相比，产生的热阻也较低。

    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，国星UVC LED（空洞率9％）的光功率维持率与友商UVC LED（空洞率18％）相比，差距较明显。4000小时，友商UVC LED光功率维持率只剩60％左右，而国星UVC LED光功率维持率降幅较低，4000小时仍维持在80％左右。

    通过是上述三个实验，我们得出结论，焊接空洞率越低，散热效果越好，产品寿命越长，品质越好。

    值得注意的是，在降低UVC LED产品焊接空洞率上，国星光电已形成了一套较为领先和完善的工艺技术。目前，国星UVC LED产品总体空洞面积在10%以下，单颗最大空洞面积在2%以下，与市面同类产品空洞率15％-30%相比，处于行业领先水平，具有极佳的散热效果、较长的产品寿命以及优秀的产品品控。

    降低焊接孔洞率，是做好产品热管理，提高UVC LED寿命的关键一步。接下来，UVC LED技术门槛又有哪些？我们又该怎样解决呢？让我们下期再见。