近幾年來，作為L(zhǎng)ED行業(yè)的細(xì)分領(lǐng)域，UV LED行業(yè)發(fā)展得如火如荼。UV LED（Ultra-Violet Light Emitting Diode）是一種能發(fā)出200nm-400nm不同波長(zhǎng)的紫外線光源，相比傳統(tǒng)光源，有壽命長(zhǎng)、環(huán)保、能耗低、無熱輻射、體積小、固化時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)。目前UV-A LED（波長(zhǎng)320-400nm）主要用于固化和干燥等應(yīng)用，占據(jù)整個(gè)UV LED應(yīng)用產(chǎn)業(yè)至少半壁江山；而UV-C LED（波長(zhǎng)200-280nm）主要用于殺菌消毒和凈化等應(yīng)用，預(yù)計(jì)未來將成為UV LED市場(chǎng)的新動(dòng)能。

  不同于傳統(tǒng)LED，UV LED需要專門的電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)設(shè)計(jì)，并需要專門的特殊方案驗(yàn)證。目前行業(yè)發(fā)展還存在很大的技術(shù)瓶頸，產(chǎn)品存在良率不高、可靠性不佳等問題。為了提升UV LED的可靠性，封裝企業(yè)需要升級(jí)使用真空焊接工藝，同時(shí)要保證原料的高質(zhì)量，以及做好二次散熱設(shè)計(jì)。

  真空回流焊：減少空洞率，提升可靠性

  按照封裝方式與集成度的不同，UV LED分為分立式器件與集成模組。其中，集成模組又分為COB(Chip On Board)和DOB(Device On Board)。COB是將多顆LED芯片直接焊接在一塊基板上，而DOB是先將LED芯片封裝在器件內(nèi)，再將多個(gè)器件焊接在一塊基板上。相較于COB，DOB更利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化大規(guī)模生產(chǎn)。一旦出現(xiàn)制造不良，DOB只損失某個(gè)器件。而使用過程中一旦發(fā)生光源失效，DOB只需要更換失效的器件。

  圖為采用垂直結(jié)構(gòu)UV LED芯片的DOB模組

  研究表明，DOB的互聯(lián)層（包括固晶層和錫膏層）的焊接質(zhì)量對(duì)UV LED的出光率、總熱阻和可靠性有很大影響。目前固晶層的焊接技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但器件與基板間的焊接層，由于工藝問題，不可避免地會(huì)產(chǎn)生氣泡而形成空洞。

  據(jù)研究，空洞對(duì)熱阻的影響關(guān)系為：多個(gè)隨機(jī)分布的小的空洞（總百分比V%)，對(duì)器件總熱阻（Rjc）的影響關(guān)系為Rjc＝0.007V%＋1.4987，而多個(gè)比較大的空洞對(duì)器件總熱阻的影響關(guān)系為Rjc=1.427e0.015V% 。

  空洞率越小，散熱越好，空洞率越大，則散熱越差。空洞率大，散熱能力差，導(dǎo)致UV LED產(chǎn)品良率低，可靠性不佳，也減少UV LED芯片的使用壽命。一些UV LED封裝和應(yīng)用企業(yè)因而蒙受了很大損失。目前行業(yè)大多采用傳統(tǒng)的回流焊工藝，焊接空洞率普遍高達(dá)30%以上，如下圖。

  針對(duì)以上問題，UV LED行業(yè)的一些頭部企業(yè)已改用真空焊接工藝，大幅降低了UV LED芯片焊接的空洞率，有效提升了可靠性。據(jù)了解，北京中科同志科技已研發(fā)出UV LED專用真空焊接爐，即專門應(yīng)用于UV LED芯片和模組焊接的真空回流焊爐，可以無縫替代進(jìn)口真空焊接爐。使用中科同志科技的UV LED真空焊接爐，UV LED芯片焊接的空洞率可以控制在3%以下。（如下圖）

  另外，值得一提的是，中科同志科技的UV LED專用真空回流爐，專門針對(duì)UV LED產(chǎn)品做了特殊優(yōu)化。UV LED芯片在使用過程中，其能量全部是通過亮度發(fā)射出去的。其他焊接工藝會(huì)損傷表面，影響發(fā)光。而中科同志科技真空回流爐，絕對(duì)不會(huì)損傷UV LED照明亮度，保證了能量的完整釋放。

  保證原料高質(zhì)量和二次散熱設(shè)計(jì)的合理性

  為了提升可靠性，除了改用真空焊接爐進(jìn)行封裝焊接，降低UV LED的空洞率，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下兩點(diǎn)：

  1、選擇質(zhì)量高的基板、芯片和錫膏。尤其是在UV LED產(chǎn)品批量生產(chǎn)過程中，一定要確保基板的質(zhì)量。用于UV LED集成模組的基板主要有兩種，即銅基板和氮化鋁(AlN)陶瓷基板。相比氮化鋁陶瓷基板，銅基板有以下優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格更低；質(zhì)地結(jié)實(shí)，不易出現(xiàn)裂紋甚至破裂的情況；更容易實(shí)現(xiàn)形狀尺寸上的變化。封裝物料的選擇不同，器件的性能和可靠性等都會(huì)有一定的差異。

  2、保證UV LED模組使用過程中二次散熱設(shè)計(jì)的合理性。可以參考如下規(guī)律：

  a. 以 "UV LED模組總電功率×50%÷1.3小于等于散熱功率”作為散熱充分的理論判斷依據(jù)。如果是水冷冷卻，散熱功率以(出水口溫度-進(jìn)水口溫度)x流速×水或者其他散熱介質(zhì)的比熱容的公式來計(jì)算。如果是風(fēng)冷冷卻，也按照同樣的方式來計(jì)算。

  b. 實(shí)驗(yàn)樣品完成后，以靠近UV LED的散熱基板的溫度不高于55攝氏度為實(shí)驗(yàn)成功判斷依據(jù)。(最好能中間焊盤上的溫度，同時(shí)要將進(jìn)入實(shí)際設(shè)備上或?qū)嶋H工作環(huán)境中的情況都考慮到，還要考慮周邊溫度和極端條件)。