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。
佛山市国星光电股份有限公司是广东广晟旗下专业从事研发、生产、销售LED及LED应用产品的国家高新技术企业、国家火炬计划重点高新技术企业。公司建于1969年,1976年开始涉足LED封装,是国内最早生产LED的企业之一,国内第一家以LED为主业首发上市的企业,国内率先实现LED全产业链整合的企业,也是国内最大的LED生产制造企业之一。2017年,跻身全球LED封装厂营收TOP 10(LEDinside)。
公司始终坚持自主创新,努力掌握核心技术,内部设有博士后科研工作站、半导体照明材料及器件国家地方联合工程实验室等多个国家级科研平台,现有博士15名,硕士150多名,本科及以上技术人员700多名。截止2018年7月,公司已申请专利467项,已授权专利达364项。公司先后承担了国家“863”计划项目、国家火炬计划项目等国家级科研项目20多项,省部级项目80多项。公司产品多次获国家级、省级重点产品称号。2016年,公司荣获国务院授予的国家科技进步二等奖。2017年,公司荣获广东省人民政府授予的广东省科技进步一等奖。
作为中国LED封装行业的龙头企业,公司多次荣获国内LED知名品牌、最佳封装企业品牌、中国LED企业国际竞争力TOP10、最佳表现LED上市公司等荣誉称号。公司全面推行国际质量体系和环境体系,通过了ISO9001、ISO14001、TS16949、OHSAS18001 ISO/IEC 17025、计量体系六大体系认证。
目前,公司RGB显示器件规模位居国内前列,白光器件市场规模位居高端应用领域国内前列,组件产品为国际知名家电企业的核心供货商,为公司做强做优做大奠定了良好基础。2017年公司营业收入34.71亿元,同比增长43.55%。2018年上半年公司营业收入17.84亿元,同比增长11.72%。
未来,公司将按照技术的高精尖化,市场的国际化,生产的规模化的“三化”战略布局,围绕 “全面强化行业领先的优势地位”的总目标,致力于将国星光电建设成为国内全面领先、国际享有声誉的LED企业。