前言

“產(chǎn)生的熱量要比光更多”，這句話總結(jié)了UVC LED這個日益增長的市場面臨的“熱量挑戰(zhàn)”。做好產(chǎn)品熱管理是提高UVC LED壽命的關(guān)鍵一步。

一、熱管理概述

熱管理是指對封裝體內(nèi)的耗熱元件及系統(tǒng)采用合理的冷卻、散熱技術(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，對其內(nèi)部溫度進(jìn)行控制，從而保證電子器件和系統(tǒng)正?？煽啃缘墓ぷ?，目的是通過各種方法導(dǎo)出這些熱量，使封裝體的溫度維持在允許范圍內(nèi)。

二、熱管理是提高UVC LED壽命的關(guān)鍵

像任何電子元器件一樣，UVC LED對熱敏感。UVC LED具有較低的外量子效率，在輸入的功率中，普遍只將不到5％的功率轉(zhuǎn)換成光（目前，據(jù)說有相關(guān)廠家產(chǎn)業(yè)化成品效率已經(jīng)超過5%），剩余超過95％的功率被轉(zhuǎn)換成熱量。這就導(dǎo)致UVC LED芯片發(fā)熱異常嚴(yán)重。此時，如果不將熱量快速去除，保持LED芯片低于其最大工作溫度，直接影響了UVC LED的壽命和可靠性，甚至不能使用。

由于UVC LED本身體積較小，大部分的熱量無法從正面散熱，因此LED背面成為了有效散熱的唯一途徑。改善散熱的任務(wù)就轉(zhuǎn)嫁到了下游的封裝和模組。此時，如何在封裝環(huán)節(jié)做好熱管理顯得尤為重要。

三、封裝環(huán)節(jié)的熱管理，離不開材料和工藝兩個方面

1.材料方面。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前市面上UVC LED封裝的材料和固晶工藝差異不大，市面上UVC LED基本以倒裝芯片搭配高導(dǎo)熱氮化鋁基板的方案為主。由于氮化鋁（AIN）具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性（140W/mK-170W/ mK），能耐紫外線光源本身的老化。這種方案即滿足了UVC LED高熱管理的需求，又有利于UVC LED的品質(zhì)管控。

2.封裝工藝是熱管理的影響因素。封裝工藝主要體現(xiàn)在固晶技術(shù)上，包括銀漿焊接、錫膏焊接和金錫共晶焊三種方式。

銀漿焊接雖然結(jié)合力不錯，但容易造成銀遷移，導(dǎo)致器件失效。

錫膏焊接，由于錫膏熔點僅220度左右，因此在器件貼片后，再次過爐會出現(xiàn)再融現(xiàn)象，芯片容易脫落失效，影響UVC LED可靠性。

金錫共晶焊主要通過助焊劑進(jìn)行共晶焊接，能有效提升芯片與基板的結(jié)合強度和導(dǎo)熱率，相比之下可靠性更高，有利于UVC LED的品質(zhì)管控。

因此，市面上多采用金錫共晶焊方式。與前兩種固晶方式相比，其主要通過助焊劑進(jìn)行共晶焊接，能有效提升芯片與基板的結(jié)合強度和導(dǎo)熱率，更為可靠，有利于UVC LED的品質(zhì)管控。

四、材料和工藝相同，熱管理效果仍舊可能差異較大

1.做好熱管理，關(guān)鍵在于降低焊接空洞率

在焊接工藝中，主要涉及焊接空洞率問題。焊接空洞指LED芯片與基板焊接過程中形成的缺陷，在外形上呈現(xiàn)為空洞的狀態(tài)，是影響散熱的重要指標(biāo)，通過相關(guān)實驗得出焊接空洞率越低，散熱效果越好，產(chǎn)品壽命越長，品質(zhì)越好。

2. 光源模組的散熱也是關(guān)鍵之一。

對于多芯片集成的UVC LED來說，集成芯片越多，散熱問題越嚴(yán)峻。雖然廠家會通過降低焊接空洞率以提高散熱效果，但鋁基板并非最終的散熱器。

LED燈珠產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到鋁板后，鋁基板需要通過導(dǎo)熱界面材料將熱量高效傳導(dǎo)到散熱器上散熱，以保證LED燈珠長時間使用的穩(wěn)定性及安全性。導(dǎo)熱界面材料能為鋁基板與散熱片器之間的空隙、粗糙表面紋理提供一個有效的導(dǎo)熱途徑，進(jìn)而提高模組的散熱效率。導(dǎo)熱界面材料種類多樣，高壓縮性，超柔軟，可作為振動吸收體的導(dǎo)熱硅膠片亦可應(yīng)用在UV LED中。

五、小結(jié)

隨著UVC LED市場進(jìn)一步擴大，制造商需要考慮新的方法來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，問題仍然是如何處理UV LED的高熱需求，同時確保組件保持成本效益、耐用、能耐紫外線光源本身的磨損。由LED實現(xiàn)的UVC消毒技術(shù)可以帶來真正的變革效果，產(chǎn)業(yè)發(fā)展中需要確保能夠克服UV LED所面臨的熱挑戰(zhàn)。

參考資料：

國星光電《那些隱藏在UVC LED背后的封裝技術(shù)秘密》

《行家說白皮書》

AOK傲川《一個技術(shù)細(xì)節(jié)，UVC-LED滅菌效果千差萬別》