科普第二期 | UVC LED高可靠性的成因

实验科学的创始人弗朗西斯·培根曾说过,科学的真正的与合理的目的在于造福于人类生活,用新的发明与财富丰富人类生活。

作为UVC LED深紫外杀菌行业先行者,国星光电始终以造福人类为使命,坚守超高的品质工艺,以生生不息的技术创新,致力于推动UVC LED行业的发展,希望能为人们健康生活带来更多的实现途径,让技术的成果能真正温暖世界。

可靠性是衡量UVC LED器件品质的重要标准之一。国星科普第二期,让我们从可靠性出发,看看高品质UVC LED背后的封装秘密。


提高UVC LED可靠性,从封装形式说起

我们知道,紫外线(UV)相对于可见光,光子能量更高,高能量光子可能对部分材料引起产生破坏,引起物理或化学的变化。而UV LED芯片发出的紫外光随波长越短,对有机材料破坏越大。为此,选择合适的材料进行封装显得尤为重要。

UVC LED封装形式多样,如果根据封装材料的类型,可以分为有机封装,半无机封装以及全无机封装。

有机封装采用硅胶、硅树脂或者环氧树脂等有机材料进行封装,主要包括Lamp、SMD、陶瓷Molding等产品,整体技术比较成熟,但在封装材料上,需要增强抗UV的性能,为此很多材料厂也一直努力,但目前抗紫外的性能还需要进一步提高。

半无机封装采用有机硅材料搭配玻璃等无机材料,通过在带杯陶瓷基板边缘区域涂覆胶水来实现透镜的放置。该封装方式减少了有机材料带来的光衰问题以及湿热应力导致的失效问题,能有效提高UVC LED器件的稳定性和可靠性。

全无机封装则是全程避开有机材料的使用,通过激光焊、波峰焊、电阻焊等方式来实现透镜和基板的结合。

由于全无机封装对封装材料、封装技术及工艺管控整体要求高,且目前UVC的光效太低,出光太弱。因此,在综合质量、技术和成本的前提下,目前市面上中小功率UVC LED产品基本都采用半无机封装形式。

控制气泡和气通道,是提高半无机封装可靠性的关键所在

要想提高UVC LED器件可靠性,一是封装形式,二是封装技术工艺。

既然目前UVC LED主流封装形式为半无机封装,为了更细化科普其可靠性的问题,让技术关键真正落到实际,下面我们聚焦到半无机封装上来。

那么在半无机封装中,到底怎样做,才能提高UVC LED器件的可靠性呢?

首先,我们来看看其核心技术难点。

在半无机封装中,玻璃透镜和带杯陶瓷基板通过胶水连接会形成一个封闭腔。由于无法对封闭腔抽真空,当胶水热固化,腔体里面的空气容易受热膨胀外溢,形成气泡,严重情况下形成气通道。此时,外部水汽以及杂质可以通过气泡和气通道进入产品内部,对芯片和基板等材料造成污染,严重影响产品的气密性,从而影响出光及可靠性。

为了更直观地呈现这一现象,我们进行了相关的实验。

我们分别取样了市面同级别的3家友商UVC LED产品和国星UVC LED产品,在显微镜下观察样品。

通过显微镜我们可以直观地看出,两家友商UVC LED产品内部形成了不同程度的气泡和气道。而国星UVC LED器件内部完好密封。

红墨水浸泡是评估产品气密性的一个标准实验。接下来,我们用刚刚实验1中的三个样品,同时进行25℃红墨水24h浸泡实验。


24小时过后,友商产品因气泡和气通道的关系,基本所有样品有红墨水进入,国星UVC LED产品则无红墨水进入,气密性更好。

同时考虑产品在某些残酷环境的使用情况,我们单独对国星UVC LED产品进行了更严格的气密性实验。

从实验结果可以看出,尽管在更严苛的使用条件下,国星UVC LED产品依然保持着良好的气密性。

为此,综合国星UVC LED器件的封装经验,我们得出结论:

通过封装工艺,降低封闭腔空气含量,从而控制气泡和气通道的形成,是提高UVC LED器件气密性和可靠性的关键所在。

值得一提的是,经过长期的深耕和探索,国星光电通过优化基板表面处理和持续的封装固化工艺研究,已形成了一套完善的UVC LED封装工艺方案,有效降低封闭腔空气,实现了UVC LED器件零气通道,产品气密性和可靠性水平行业领先

未来,UVC LED技术方面又有哪些方向和趋势呢?让我们下期再见!(来源:国星光电)

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