一文では、UVC LEDパッケージの材料/プロセス/技術的難点と傾向を公開します。

发布时间：2021-08-31 18:05 来源：萤光创新

伝統的なLED産業が成熟飽和期に入るにつれて、メーカーは相次いで発展戦略を調整し、自動車照明、植物照明、UV LED、IR LEDなどの細分市場及び小ピッチ、Mini/Micro LEDなどの新しい表示領域を開拓する。この中でUV LEDの分野では、多くのメーカーが布石を持っていますが、過去にUV LED製品の市場の受け入れ度が高くなかったため、UV LED産業はずっと初歩的な発展段階にあります。特に技術の難しさと価格が比較的高いUVC LEDです。

しかし、新型の冠状ウイルス肺炎の発生以来、消費者の殺菌・消毒意識が急速に高まり、防疫商機がUVC LEDシリーズの製品需要の急増を促し、世界のさまざまな力を入れてUVC LED技術の研究開発を推進し、様々な製品を生み出してきましたが、これらの製品はすべて関連する要求に合致していますか？

実際には、信頼できるUVC LED製品を選ぶには、さまざまな要因が必要です。例えば、ウイルスや細菌に対しては、量や照射時間が必要です。製品の生産段階から見れば、エピタキシャルチップからパッケージから完成品までの各段階には多くの考えがあります。

UVC LEDパッケージ形式、プロセス、材料選択の特殊性

現在、UVC LEDパッケージには有機パッケージ、半無機パッケージ（「近無機パッケージ」ともいう）と全無機パッケージの3つの形態があります。

有機パッケージはシリカゲル、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料を使用しており、主にLamp、SMD、セラミックMoldingなどの製品を含み、全体技術は比較的成熟しているが、抗紫外性能はさらに向上する必要がある。

半無機パッケージ（「近無機パッケージ」ともいう）は、ガラスなどの無機材料と組み合わせた有機シリコン素材を採用しています。全無機パッケージは有機材料の使用を全過程で避け、レーザー溶接、ピーク溶接、抵抗溶接などの方式でレンズと基板の結合を実現し、有機材料による光減衰問題及び湿熱応力による故障問題を完全に低減し、UV LED部品の安定性と信頼性を正確に向上させることができる。

現在の半無機パッケージ製品は国内市場の主流であり、主にビームセラミックステントと石英ガラスで構成され、ビームセラミック基板のエッジ領域に紫外線接着剤をコーティングすることでレンズの配置を実現しています。具体的には、カップトップや階段でディスペンサーを行い、石英ガラスをかぶせて固化接着します。

材料の選択において、UVC LEDパッケージは一般のLEDとは違っています。まず、石英ガラスを選択したのは、石英が無機物に属するため、紫外線の影響を受けず、かつ、石英ガラスはUVCバンドの透過率が高いためです。第二に、放熱基板については、UVC LEDの光電変換効率が低いため、熱伝導率の高い窒化アルミニウム放熱基板を採用することが多い。また、UVCは接着剤に対して悪い作用を持っています。そのため、ガラスとブラケットを接着する接着剤は、紫外線に強い性能上の要求も一般のLEDパッケージより高いです。

また，一部のメーカーではアルミナ放熱基板を採用している。窒化アルミニウムとアルミナ基板はいずれもセラミック基板に属しており、その違いは主に窒化アルミニウムの熱伝導率がアルミナより高いことである。その中で、窒化アルミニウムの熱伝導率は一般的に140 W/mK-170 W/mKであり、一方、アルミナの熱伝導率は30 W/mK程度である。

アルミナセラミックスは一般に白色を呈し、熱伝導率が低く、低電力製品に一般的に使われている。しかし、アルミナセラミックは脆性が高く、窒化アルミニウムよりもクラックしやすいので、スライスカット中には破断角現象が起こりやすい。窒化アルミニウムセラミックスは一般的に漆黒を呈し、熱伝導率が高く、大電力製品に使われる。また、市場にもトナーをドープしたアルミナセラミックが存在し、同様に灰色の黒色を呈していますが、熱伝導率はより低いです。

熱管理と気密性はUVC LEDパッケージ製品の品質に影響します。

UVC LEDパッケージ製品の品質は熱管理と気密性の影響を受けています。このうち、熱管理はUVC LEDパッケージ製品の寿命に直接影響を与え、気密性はその信頼性を大きく決定する。

UVC LEDは熱に敏感で、その外量子効率（EQE）は低く、小部分の電気エネルギーだけが光に変換されますが、大部分の電気エネルギーは熱に変換され、チップの寿命に直接影響します。このため、多くの製品は逆チップと高熱伝導性窒化アルミニウム基板を組み合わせた方案を主としています。窒化アルミニウムは優れた熱伝導性を持ち、紫外線光源自体の老化に耐え、UVC LEDの高熱管理の需要を満たすことができます。

材料以外にもパッケージプロセスは熱管理の影響要素である。パッケージプロセスは主に固形技術に現れ、銀ペースト溶接、錫ペースト溶接と金錫共晶溶接の3つの方式を含む。

銀ペースト溶接は結合力が優れていますが、銀移動が起こりやすく、デバイスの故障を招きます。錫ペースト溶接については、錫ペースト融点が220度程度しかないため、デバイスパッチ後、再度炉を通過すると再溶融現象が発生し、チップが脱落して故障しやすく、UVC LEDの信頼性に影響を与えます。

金錫共晶溶接は主にフラックスで共晶溶接を行い、チップと基板の結合強度と熱伝導率を効果的に向上させることができます。これに比べて信頼性が高く、UVC LEDの品質管理に有利です。そのため、市場では金錫共晶溶接方式を採用することが多いです。

溶接プロセスでは主に溶接空隙率の問題に関する。溶接空洞とはLEDチップと基板の溶接過程で形成された欠陥を指し、外形に空洞の状態が現れ、放熱に影響する重要な指標である。溶接空隙率が低いほど、放熱効果が良く、製品の寿命が長いほど、品質が良い。

信頼性において，パッケージ形式は影響因子の一つであるが，肝心な点は気密性にある。半無機パッケージ形態では，ガラスレンズと杯付きセラミック基板は，接着剤接続によって閉じた空洞を形成する。閉塞キャビティに真空を引き出すことができないので，接着剤が熱硬化するとキャビティ内の空気は熱膨張によって外にあふれ出やすくなり，気泡が形成され，厳しい場合にはガスチャネルが形成される。この時、外部の水蒸気及び不純物は気泡と空気の通路を通して製品内部に入ることができ、チップや基板などの材料に汚染をもたらし、製品の気密性に深刻な影響を与え、光と信頼性に影響を与えます。

気密性はUVC LEDパッケージの品質に大きく影響し、プロセス処理技術は非常に重要であることが分かります。

UVCパッケージ構造形態：半無機パッケージを主とし、全無機パッケージを補助とする。

熱管理と気密性のほか、UV耐性もUVC LEDパッケージの技術的難点の一つです。製品の紫外線防止性能を高めるために，多くのメーカーが全無機パッケージ製品の開発を急いでいる。

今年以来、UVC LEDのさまざまな技術分野で一定の突破を実現し、産業が盛んに発展していることを伝えています。高コストや低光効などの問題で、医療用殺菌紫外水銀灯を完全に取り替えることはできない。しかし、技術の進歩につれて、UVC LEDはすぐにこの市場に入ると信じています。また、小型のため、設計が簡単で、UVC LEDは現在移動殺菌と小空間殺菌の領域で水銀灯に比べて、一定の優位性を持っています。現在の市場応用から、UVC LEDは表面殺菌（携帯性殺菌品、殺菌灯、母子製品）、水殺菌と空気浄化などの場所に応用されています。知っていますか？LEDアナリストWong、LEDinside）

青島蛍光クリエイティブテクノロジー有限公司は専門的なポストドクターチームを持ち、紫外殺菌応用の研究に専念しています。長年にわたって紫外線業界を深く耕し、多くの国家発明と実用新案特許を獲得しました。現在多種類の殺菌モジュールの製品がすでに市場に投入されました。詳細については、会社のウェブサイトwww.qdyggung.comをご覧ください。