WPE冲刺6%！国星光电UVC LED封装技术获突破
来源:中国半导体行业协会发布时间:2021-06-24
询问 AI疫情防控常态化的背景下，健康观念逐渐深入人心，合理的市场秩序也将逐步建立，可以预见，UVCLED的发展潜力依旧无限大。尤其是，当前全球疫情变化反复无常，已被多方证实能够灭活新冠病毒的UVCLED产品逐渐成为终端产品的优先选择，未来市场需求将持续保持增长。
不过，目前很多应用场景仍是汞灯的天下，UVCLED技术还未能取代汞灯的根本原因在于光电转换效率（WPE）低而成本高企。行业厂商普遍认为，UVCLED技术替代汞灯仍需2-3年，甚至3-5年的时间。
尽管道路险阻，UVCLED也已经成功进入了很多杀菌净化的应用场景。技术方面，全球厂商也正不遗余力地突破UVCLED的技术难点，从设备、外延、芯片、封装、模组到成品，UVCLED技术进步已经显而易见了。
WPE突破5.6%，封装技术更进一竿
在集邦咨询2021UVCLED产业现状及技术趋势研讨会上，国星光电非视觉光源事业部研发部主任李玉容分享了国星光电的最新技术进展――WPE突破5.6%，产品已可批量供货。
李玉容介绍，国星光电基于其领先的UVC封装结构，采用先进的新材料，结合纳米新材料，成功将中小功率UVCLED产品的WPE提升至5.6%。
值得注意的是，目前市面上普遍使用的UVCLED产品电压为6-7V，国星光电通过WPE的提升产品电压典型值控制在5V左右，产品续航能力提升27％。
同时，产品光功率可以实现0.2-0.5mw分bin，并且，在典型波长在270-280nm，实现10nm应用，可提高产品一致性。
李玉容透露，国星光电正力争在今年第四季度将WPE提升至6%。
除了WPE之外，国星光电在气密性和散热管理方面也取得了突破。
气密性方面，国星光电从微观结构设计产品的气密性，结合UVCLED产品半无机/全无机封装结构，在原材料设计增加微观纳米结构设计，提升产品气密性；同时对产品封装工艺进行检测，模拟高湿条件，在90%RH条件下，产品可以稳定长期工作，确保稳定的产品品质。
散热管理方面，国星光电从共晶焊接温度设计到模拟终端使用条件展开热分析计算，优化热电分离设计，模拟热分布，降低器件的热阻。
李玉容介绍，对于高功率产品来说，热阻越低，产品热量累积越少，产品的散热通道更快速。相比常规产品，国星优化设计之后，热阻可以降低3-4K/W，产品寿命得到提高。
目前，国星光电可提供0.1-10W的UVCLED器件及模组产品，光功率范围覆盖5-200mW。接下来，国星光电将继续优化外延结构和封装结构，不断提升产品的出光效率。
李玉容表示，UVCLED量子效率低的主要原因是外延材料质量差、电注入效率和光提取效率低等。从材料入手是解决UVCLED问题的根本，例如，最新的NPSS技术就是一个很好的解决方案。此外，降低外延材料的位错密度、提高材料质量、缓解应力和新型封装结构等方面，也能提高UVCLED的出光效率。
空气净化、表面杀菌、水处理多点开花
今年以来，在LG、三星、海尔、美的、海信等品牌厂商的积极导入下，UVCLED在家电行业的发展呈现出欣欣向荣之势。不仅如此，UVCLED在工业及军事等领域的应用程度也在不断加深，应用场景不断拓宽。
李玉容指出，当前水净化、杀菌消毒、医疗卫生、光催化、光电等领域对高性价比、高功率的UVCLED的迫切需求越来越明显，UVCLED在健康消杀的市场应用也会越来越大。
国星光电已经针对空气净化、表杀抑菌、净水处理、过流式杀菌等推出了相应的解决方案，部分产品已投入实际应用。
空气净化应用设计上，国星光电采用2mm厚铝基板搭配UVCLED灯珠和石英罩玻璃，实现外部直接散热，增加了散热面积，同时满足杀菌要求。通过结构设计的优化，帮助客户降低系统成本。目前，国星光电正在积极配合客户出货。
表杀抑菌应用设计上，以智能杀菌马桶为例。国星光电利用智能控制系统，实现关盖自动杀菌，开盖自动断电，提供杀菌功能，同时保证安全性。
针对360度杀菌需求，国星光电设计了正面+侧面UVCLED发光的方案，形成360度全范围杀菌区域；水箱部分采用了UVC+UVA的方案，同时满足杀菌和抑菌的效果；另外，通过灯带结合UVALED灯珠的方案，对马桶坐垫进行抑菌。
净水杀菌应用设计上，国星光电的净水杀菌模组经过验证可有效杀菌，目前正在配合不同净水模组的方案联合开发。李玉容表示，UVCLED水净化系统具有紧凑性的优势，可以轻松导入房屋，房车或船上等应用场景。
过流式水杀菌应用上，国星光电也正在根据不同的水流量设计相应的解决方案。目前，国星光电的UVCLED模组可以满足过流式水杀菌应用中较严苛的温度和辐射功率等要求。通过设计不同的组合方式，实现杀菌消毒的效果和系统成本的降低。
结语
李玉容坦言，尽管目前UVCLED的外量子效率仍无法媲美同族的蓝光LED，但随着外延技术的突破和材料质量的提升，未来UVCLED的外量子效率有望提升至25%，寿命超过10000小时，技术参数可以接近或达到汞灯的水平。
综合诸多积极因素，可以预期UVCLED将在包括消毒净化、环境监测、光固化、无创光疗、非视距保密通信在内的众多应用场景和领域获得更广泛的应用。
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