瞄準(zhǔn)UVC LED技術(shù)痛點(diǎn)，鴻利秉一全無機(jī)封裝和固晶技術(shù)逐個(gè)擊破

    體積小、殺菌效率高、效果強(qiáng)、綠色環(huán)?！ぁぁぁぁぁぴ诜酪咝枨蟮拇呋拢琔VC LED似乎一夜間聲名鵲起。實(shí)際上，UVC LED發(fā)展至今已有多年，只不過由于技術(shù)不成熟，成本高企，其市場(chǎng)知名度一直不高。不過，今年的防疫商機(jī)無疑帶動(dòng)UVC LED以超預(yù)期的速度發(fā)展，也意味著UVC LED施展才能的時(shí)刻到了。但如果說UVC LED即將普及，則言之尚早。從封裝環(huán)節(jié)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(guī)模商用化的難題，具體涉及材料的抗紫外能力、產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)換效率、散熱性能、氣密性等，而解決這些技術(shù)難題的目的就在于提高產(chǎn)品的光效和使用壽命，從而降低成本。
    正如鴻利秉一研發(fā)經(jīng)理任榮斌所言：“封裝的目的在于多發(fā)點(diǎn)光，少發(fā)點(diǎn)熱。    半導(dǎo)體材料及芯片封裝技術(shù)決定了目前UVC LED芯片的發(fā)光效率小于10%，而UVC LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)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(chǎn)業(yè)研討會(huì)上從UVC LED封裝形式、結(jié)構(gòu)、工藝以及水處理應(yīng)用等方面發(fā)表了專業(yè)的演講。

鴻利秉一研發(fā)經(jīng)理任榮斌

UVC LED封裝方式多樣，全無機(jī)封裝技術(shù)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(jī)、COB等，總體可歸為有機(jī)封裝、半無機(jī)封裝（也稱“近無機(jī)封裝”）以及全無機(jī)封裝三種形式。以半無機(jī)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(guān)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(shè)計(jì)以簡(jiǎn)化封裝結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好的效果。
    事實(shí)上，此類半無機(jī)封裝形式是眼下國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主流，性價(jià)比高，工藝比較成熟，適于中低功率產(chǎn)品，如2mW、4mW。對(duì)于大功率產(chǎn)品，采用半無機(jī)封裝技術(shù)存在掉透鏡、二次回流異常（錫膏）風(fēng)險(xiǎn)等問題。全無機(jī)封裝（SMD）形式則全程避免使用有機(jī)材料，產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)包含：氣密性好，可靠性高，無須擔(dān)心掉透鏡、有機(jī)材料老化等問題；此外，全無機(jī)封裝熱阻低，可承載高電流密度。鴻利秉一自主研發(fā)基于激光焊接工藝的全無機(jī)UVC LED封裝流程（CMH封裝技術(shù)），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(shù)，實(shí)現(xiàn)透鏡和基板的結(jié)合，極大降低有機(jī)材料帶來的光衰問題以及濕熱應(yīng)力導(dǎo)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(yīng)用三大難點(diǎn)，固晶工藝和全無機(jī)封裝技術(shù)逐個(gè)擊破

    UVC LED光電轉(zhuǎn)換效率低，大部分轉(zhuǎn)換成熱量，直接影響芯片的壽命。目前，市場(chǎng)上多數(shù)產(chǎn)品采用倒裝芯片結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)熱率的氮化鋁陶瓷基板。倒裝芯片結(jié)構(gòu)對(duì)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(guān)，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生很大的影響。以水凈化應(yīng)用為例，任榮斌指出，UVC LED在水凈化的應(yīng)用上主要面臨三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：光的導(dǎo)出、熱的導(dǎo)出和LED的保護(hù)。光的導(dǎo)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(dǎo)出與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)，尤其是在動(dòng)態(tài)水殺菌模塊的應(yīng)用上。目前，動(dòng)態(tài)水殺菌模塊多采用大功率COB，散熱方式的選擇對(duì)熱的導(dǎo)出起到重要作用。LED的保護(hù)主要在于防止水汽入侵。 
    對(duì)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(yīng)用的各個(gè)難點(diǎn)，鴻利秉一在固晶工藝和材料選擇等方面進(jìn)行多方面考量，以提供對(duì)應(yīng)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(shù)，做好UVC LED燈珠的貼片，將焊接工藝過程中出現(xiàn)的焊接空洞率控制在5%以內(nèi)，焊接空洞率越低，意味著散熱效果越好，產(chǎn)品壽命越長(zhǎng)。據(jù)說，市面上部分大尺寸產(chǎn)品的焊接空洞率達(dá)30%-40%。
    任榮斌介紹，在增加光導(dǎo)出和保護(hù)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?cè)鐾改ひ栽黾悠涔馔高^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(duì)UVC波段的透過率基本保持在90%-92%的水平。產(chǎn)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(jī)封裝產(chǎn)品。2021年，鴻利秉一計(jì)劃增加TO和COB模組，增加單顆燈珠產(chǎn)品的功率，以及增加不同出光角度。

7年專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，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(fā)出全國(guó)首款全無機(jī)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(jī)封裝領(lǐng)域，公司擁有從基板、玻璃蓋板、激光封焊工藝、激光封焊設(shè)備的完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)。任榮斌介紹，鴻利秉一目前已就相關(guān)核心UV LED元器件封裝和應(yīng)用產(chǎn)品申請(qǐng)十多項(xiàng)發(fā)明專利（9項(xiàng)已授權(quán)）。其中，物料相關(guān)專利占10%，封裝方法占35%，應(yīng)用占25%，設(shè)備占30%。多年來，鴻利秉一積極參與有關(guān)UV LED的政府項(xiàng)目。例如，與總公司鴻利智匯共同參與2015年廣東省應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)資金項(xiàng)目——《全無機(jī)高可靠紫外LED光源封裝技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化》。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，鴻利秉一參與起草了多項(xiàng)關(guān)于UV LED封裝及其應(yīng)用領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括廣東地方標(biāo)準(zhǔn)——《紫外發(fā)射二極管技術(shù)要求與試驗(yàn)方法》、行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)——《GUV LED滅菌消毒裝置技術(shù)規(guī)范》等。
    值得注意的是，《GUV LED滅菌消毒裝置技術(shù)規(guī)范》行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已于9月24日發(fā)布，10月1日起正式實(shí)施。7年專業(yè)封裝經(jīng)驗(yàn)，鴻利秉一的UV LED和VCSEL產(chǎn)品，現(xiàn)已廣泛用于印刷行業(yè)（曝光機(jī)、膠印機(jī)、噴墨打印機(jī)等）、涂裝行業(yè)、半導(dǎo)體設(shè)備（光刻機(jī)、曝光機(jī)）、識(shí)別系統(tǒng)（人臉識(shí)別、遠(yuǎn)距離紅外監(jiān)控和智能化駕駛）以及空氣凈化等場(chǎng)所。其中，空氣凈化采用的正是全無機(jī)UV LED封裝器件。如今，UVC LED發(fā)展正當(dāng)時(shí)，鴻利秉一將繼續(xù)立足于封裝領(lǐng)域，并在探索UVC LED封裝技術(shù)的道路上深化布局，持續(xù)創(chuàng)新，為推動(dòng)UVC LED的普及化出一份力。（文：LEDinside Janice）