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      1. 瞄準UVC LED技術痛點,鴻利秉一全無機封裝和固晶技術逐個擊破

        欄目:行業新聞 發布時間:2020-10-15
        體積小、殺菌效率高、效果強、綠色環?!ぁぁぁぁぁぴ诜酪咝枨蟮拇呋?,UVC LED似乎一夜間聲名鵲起。實際上,UVC LED發展至今已有多年,只不過由于技術不成熟,成本高企,其市場知名度一直不高。

            體積小、殺菌效率高、效果強、綠色環?!ぁぁぁぁぁぴ诜酪咝枨蟮拇呋?,UVC LED似乎一夜間聲名鵲起。實際上,UVC LED發展至今已有多年,只不過由于技術不成熟,成本高企,其市場知名度一直不高。不過,今年的防疫商機無疑帶動UVC LED以超預期的速度發展,也意味著UVC LED施展才能的時刻到了。但如果說UVC LED即將普及,則言之尚早。從封裝環節的角度來看,封裝材料的選擇、工藝的改善等仍是制約UVC LED大規模商用化的難題,具體涉及材料的抗紫外能力、產品的光電轉換效率、散熱性能、氣密性等,而解決這些技術難題的目的就在于提高產品的光效和使用壽命,從而降低成本。
            正如鴻利秉一研發經理任榮斌所言:“封裝的目的在于多發點光,少發點熱。    半導體材料及芯片封裝技術決定了目前UVC LED芯片的發光效率小于10%,而UVC LED芯片的封裝結構基本決定了UVC LED器件的封裝工藝?!比螛s斌在集邦咨詢2020 UVC LED產業研討會上從UVC LED封裝形式、結構、工藝以及水處理應用等方面發表了專業的演講。

        鴻利秉一研發經理任榮斌

        UVC LED封裝方式多樣,全無機封裝技術脫穎而出

            常見的UVC封裝形式包括Lamp、模造(Molding)、TO、玻璃粘膠平面、玻璃粘膠球頭、玻璃陶瓷金屬CMH全無機、COB等,總體可歸為有機封裝、半無機封裝(也稱“近無機封裝”)以及全無機封裝三種形式。以半無機封裝形式的TO封裝為例,在玻璃材料的選擇上,無論是K9玻璃還是石英玻璃,膠粘還是焊料,都很難平衡光透過率和抗紫外老化能力之間的關系。從工藝角度看,基于使用膠粘方式難以保證抗老化性能和氣密性,鴻利秉一正在考慮和嘗試通過管座重新設計以簡化封裝結構,達到更好的效果。
            事實上,此類半無機封裝形式是眼下國內市場的主流,性價比高,工藝比較成熟,適于中低功率產品,如2mW、4mW。對于大功率產品,采用半無機封裝技術存在掉透鏡、二次回流異常(錫膏)風險等問題。全無機封裝(SMD)形式則全程避免使用有機材料,產品優勢包含:氣密性好,可靠性高,無須擔心掉透鏡、有機材料老化等問題;此外,全無機封裝熱阻低,可承載高電流密度。鴻利秉一自主研發基于激光焊接工藝的全無機UVC LED封裝流程(CMH封裝技術),采用陶瓷基板、石英玻璃、助焊劑、玻璃蓋板等材料,通過激光焊接的技術,實現透鏡和基板的結合,極大降低有機材料帶來的光衰問題以及濕熱應力導致的失效問題,有效提高UVC LED器件的氣密性和可靠性。

        水凈化應用三大難點,固晶工藝和全無機封裝技術逐個擊破

            UVC LED光電轉換效率低,大部分轉換成熱量,直接影響芯片的壽命。目前,市場上多數產品采用倒裝芯片結構和高導熱率的氮化鋁陶瓷基板。倒裝芯片結構對固晶工藝提出了很高的要求,而固晶工藝與熱管理息息相關,對整個產品的可靠性產生很大的影響。以水凈化應用為例,任榮斌指出,UVC LED在水凈化的應用上主要面臨三個技術難點:光的導出、熱的導出和LED的保護。光的導出主要在于提高散熱性能,并在光路材料的選擇上考慮提高光透過率的問題。熱的導出與結構設計相關,尤其是在動態水殺菌模塊的應用上。目前,動態水殺菌模塊多采用大功率COB,散熱方式的選擇對熱的導出起到重要作用。LED的保護主要在于防止水汽入侵。 
            對此,鴻利秉一正在探索LED直接接觸水的可能性。著眼于水處理應用的各個難點,鴻利秉一在固晶工藝和材料選擇等方面進行多方面考量,以提供對應的解決方案。例如,鴻利秉一通過不斷改善UVC LED芯片的共晶技術,做好UVC LED燈珠的貼片,將焊接工藝過程中出現的焊接空洞率控制在5%以內,焊接空洞率越低,意味著散熱效果越好,產品壽命越長。據說,市面上部分大尺寸產品的焊接空洞率達30%-40%。
            任榮斌介紹,在增加光導出和保護LED方面,鴻利秉一同樣做了不少努力。首先,可以在石英玻璃表面鍍增透膜以增加其光透過率;其次,在防水方面,嘗試在裸露的芯片、器件或COB表面鍍一層防水膜。目前研究表明,在石英玻璃上鍍防水膜,石英玻璃鍍膜前后的光透過率基本不變,即對UVC波段的透過率基本保持在90%-92%的水平。產品方面,今年上半年,鴻利秉一推出了涵蓋小功率到大功率的2525、3535和6868全無機封裝產品。2021年,鴻利秉一計劃增加TO和COB模組,增加單顆燈珠產品的功率,以及增加不同出光角度。

        7年專業經驗,鴻利秉一UV LED封裝之路越走越深

            成立于2013年,鴻利秉一早在2014年就開發出全國首款全無機封裝UV LED。在UV LED封裝這條道路上,鴻利秉一越走越深。目前,在全無機封裝領域,公司擁有從基板、玻璃蓋板、激光封焊工藝、激光封焊設備的完整知識產權。任榮斌介紹,鴻利秉一目前已就相關核心UV LED元器件封裝和應用產品申請十多項發明專利(9項已授權)。其中,物料相關專利占10%,封裝方法占35%,應用占25%,設備占30%。多年來,鴻利秉一積極參與有關UV LED的政府項目。例如,與總公司鴻利智匯共同參與2015年廣東省應用型科技研發專項資金項目——《全無機高可靠紫外LED光源封裝技術及產業化》。在行業標準方面,鴻利秉一參與起草了多項關于UV LED封裝及其應用領域的行業標準,包括廣東地方標準——《紫外發射二極管技術要求與試驗方法》、行業團體標準——《GUV LED滅菌消毒裝置技術規范》等。
            值得注意的是,《GUV LED滅菌消毒裝置技術規范》行業團體標準已于9月24日發布,10月1日起正式實施。7年專業封裝經驗,鴻利秉一的UV LED和VCSEL產品,現已廣泛用于印刷行業(曝光機、膠印機、噴墨打印機等)、涂裝行業、半導體設備(光刻機、曝光機)、識別系統(人臉識別、遠距離紅外監控和智能化駕駛)以及空氣凈化等場所。其中,空氣凈化采用的正是全無機UV LED封裝器件。如今,UVC LED發展正當時,鴻利秉一將繼續立足于封裝領域,并在探索UVC LED封裝技術的道路上深化布局,持續創新,為推動UVC LED的普及化出一份力。(文:LEDinside Janice)


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