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前言
"產(chǎn)生的熱量要比光更多"，這句話總結(jié)了UVC LED這個(gè)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)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(duì)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(jì)，對(duì)其內(nèi)部溫度進(jìn)行控制，從而保證電子器件和系統(tǒng)正常可靠性的工作，目的是通過(guò)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(duì)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(shuō)有相關(guān)廠家產(chǎn)業(yè)化成品效率已經(jīng)超過(guò)5%)，剩余超過(guò)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(shí)，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(wú)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(shí)，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(kāi)材料和工藝兩個(gè)方面
1.材料方面。經(jīng)過(guò)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(cuò)，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(diǎn)僅220度左右，因此在器件貼片后，再次過(guò)爐會(huì)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(guò)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(qiáng)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(guò)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(qiáng)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(wèn)題。焊接空洞指LED芯片與基板焊接過(guò)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(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)得出焊接空洞率越低，散熱效果越好，產(chǎn)品壽命越長(zhǎng)，品質(zhì)越好。
2. 光源模組的散熱也是關(guān)鍵之一。
對(duì)于多芯片集成的UVC LED來(lái)說(shuō)，集成芯片越多，散熱問(wèn)題越嚴(yán)峻。雖然廠家會(huì)通過(guò)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(guò)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(zhǎng)時(shí)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(gè)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(dòng)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(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大，制造商需要考慮新的方法來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，問(wèn)題仍然是如何處理UV LED的高熱需求，同時(shí)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(shí)現(xiàn)的UVC消毒技術(shù)可以帶來(lái)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)。
