安芯美在UVC LED流动水杀菌方案三大设计难点上获得突破

在与新冠病毒抗争的这一年多的时间里,人类全面提升了健康意识,对消毒净化的需求也逐步提高。UVC LED作为一种环保、节能、高效的消毒防护手段,也在这一年多的时间里渐成燎原之势。

安芯美于2020年12月成立。其前身是成立于2000年的上海北大蓝光公司,于2016年开始研发UVC LED产品。目前,安芯美成功实现从UVC外延-芯片-封装-模组的垂直整合,产品广泛应用于表面杀菌、空气杀菌、静水杀菌、流水杀菌等多个应用场景。

在集邦咨询2021 UVC LED产业现状及技术趋势研讨会现场,安芯美半导体技术总监苗延镇介绍了公司在流动水杀菌方案上的技术突破。

据介绍,流动水杀菌方案主要有三大设计难点:入水能量、结构可靠性、能量均匀分布。

结构可靠性主要通过耐压测试、爆破测试、水锤测试等进行判断;能量均匀分布需要将反射、涡流考虑在内;入水能量则直接影响影响消毒效果,提高入水能量,就能强化消毒效果。

苗延镇认为,提高入水能量的最佳途径是在外延片、芯片端提高WPE。这是UVC LED降本增效的根本性问题,但受限于技术水平,UVC LED的光电转换效率难以在短时间内得到突破。

基于此,安芯美从应用端入手,通过增加输入功率的方式来提高入水能量,如增加UVC LED灯的颗数、增加电流等。

但苗延镇同时指出,在产品研发的过程中,往往会出现无法同时兼顾多个性能的情况,比如提高了输入功率,势必会带来了更高的热量,使得散热成为提高入水能量的一大阻碍。

安芯美以点突破的方式,选择用水将LED产生的热量进行吸收,以解决散热问题。

据悉,水作为热的吸收介质主要有两大优势,一是水的比热容高,二是水的温度相对恒定。但也面临两个难题:热传导路径复杂、材料选择困难。

苗延镇解释,可安全涉水的材料并不多,常用的金属材料中,铝的导性能好,但铝不能涉水;而铜的价格则较高昂。

为了绕开材料问题,安芯美创新性地从热传导路径出发,开发出具有专利技术的双面导热导电铜基板,在铜基板上配备了一个具有导热、反射、支撑、定位功能的铝基发光杯,热量可以通过LED热沉层-铜基板散正热面-铝基反光杯-玻璃-水的路径进行传导。

经过严谨的实验测试,安芯美发现,采用这一铜基板后,在200mA、4颗灯的情况下,PCB基板的温度大约会上升6.5-7℃,而输出能量能达到原始能量的88%;在300mA、7颗灯的情况下,输出能量能达到原始能量的70%-75%之间。

值得说明的是,该实验数据是基于连续数百个小时的实验而得出的结论,充分证明了安芯美双面导热导电铜基板的稳定性。

在有效性方面,根据第三方报告,在采用7颗灯珠的情况下,当电流为200mA、流速为4L/min时,安芯美UVC LED杀菌模块能达到100%的杀菌率;而当电流为300mA、流速为6L/min时,安芯美UVC LED杀菌模块也可实现99.99%的杀菌率。

在结构可靠性方面,苗延镇介绍,在水锤测试中,安芯美的深紫外LED动态水杀菌模组经过10万次测试而无异常,可充分满足日常水消毒产品的需求。

在能量分布方面,苗延镇表示,在水箱的不同位置,杀菌率可能并不一致。以灯珠分别安放在水箱顶部、底部以及侧面中心来看,安放在顶部效果是最好的。他也提示,照射区域比照射距离更关键,LED布局应该尽可能减少照射死区。

据了解,安芯美现已建成了5条深紫外LED全产业链生产线,年产LED灯珠1.8亿颗,并可根据客户要求提供定制化的模组解决方案。 (文:LEDinside Lynn)

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