原创 氮化铝陶瓷基板应用——深紫外UVC-LED

2021-2-22 11:01 417 3 3 分类: PCB

氮化铝(AlN)是新一代大规模集成电路以及功率电子模块的理想封装材料。尽管你可能没见过它的庐山真面目,但他依然广泛地应用于我们的生活中,为我们的美好生活做出贡献。今天我们就来讨论氮化铝陶瓷基板的实际应用之一——深紫外UVC-LED。

在后疫情时代,随着人们的个人防护意识不断提高,口罩,消毒液,洗手液几乎是居家必备。深紫外UVC-LED杀菌凭借体积小、开启速度快、功耗低等诸多优点,逐渐取代传统紫外汞灯,成为杀菌消毒的一种新的解决方案。

什么是深紫外UVC?

紫外线杀菌就是通过紫外线的照射,破坏及改变微生物的DNA(脱氧核糖核酸)结构,使细菌当即死亡或不能繁殖后代,达到杀菌的目的。真正具有杀菌作用的是UVC紫外线(波长为波长100~275nm的紫外线,又称为短波灭菌紫外线),因为C波段紫外线很易被生物体的DNA吸收,尤以265nm左右的紫外线最佳。

深紫外UVC-LED 杀菌有诸多优势

高效性:UVC-LED 所发出的 UVC段紫外光对细菌、病毒杀灭作用一般在几秒以内;

杀菌作用广泛:由于细菌、病毒抗原体等微生物对紫外光不具有可抗性,因此深紫外光对几乎所有细菌和病毒都能高效率杀灭,并且UVC-LED 杀菌技术,还能在一定程度上抑制一些较高等的水生生物生长,如藻类、红虫、草履虫等;

安全环保(不含汞):UVC-LED 器件相对于传统汞激发紫外灯最明显优势在于其杀菌光源不含汞,而汞俗称水银,是一种重金属物质,汞在常温下即可蒸发,且汞蒸气和汞化合物有剧毒(慢性)。传统紫外汞灯杀菌灯在杀菌过程中,一旦灯管破裂,将引起严重的环境污染,相对的UVC-LED 不含重金属,操作简单、运行更加安全可靠;

体积小、设计灵活、安装方便:UVC-LED 器件的体积小,其杀菌装置设计灵活,可以应用在传统紫外汞灯无法应用的狭小空间,更符合未来高效,小型,集成的发展趋势。

现有深紫外UVC-LED仍然有不小的提升空间

影响UVC-LED性能的有俩个方面,一个是热管理,另一个是封装形式。

和绝大部分电子产品一样,UVC-LED对热敏感。

由于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。倘若不能及时的将热量发散,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。

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。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。斯利通氮化铝(AlN)陶瓷电路板具有高导热系数(导热率180 W/(m-K)~ 260 W/(m-K)),满足UVC-LED高散热的需求,有效的延长 UVC-LED的使用寿命。

UVC LED封装形式多样,大致可以分为有机封装,半无机封装以及全无机封装三种:

传统有机机封装采用硅胶、硅树脂或者环氧树脂等有机材料进行封装,整体技术比较成熟,但是紫外线(UV)的高能量光子可能对部分材料引起产生破坏,引起材料物理或化学性质上的变化。UV LED芯片发出的紫外光随波长越短,对有机材料破坏越大。容易出现封装脆化,收缩,暗沉等问题。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材料搭配无机材料的方法,通过在陶瓷的金属基板围坝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。斯利通陶瓷电路板的金属围坝使用电镀工艺逐层电镀,一体成型,结合力良好,更加的可靠。相对于有机封装,半无机封装的生产工序更少,更方便封装,可以有效地节约人力物力成本。斯利通陶瓷基板使用DPC(直接镀铜法)工艺,金属层更加平整,无孔印,能有效提升芯片与基板的结合强度,避免类似灯珠脱落等产品品质问题。且陶瓷材料具有优秀的抗紫外性能,抗老化,有效地延长产品的使用寿命。是UVC-LED品质的有效保障。

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。但是,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。

作者: 斯利通, 来源:面包板社区

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