本期，我們邀請(qǐng)到廣州市鴻利秉一光電科技有限公司總經(jīng)理吳乾帶來(lái)了“紫外發(fā)光二極管封裝及應(yīng)用探討”的精彩主題分享，以下為主要內(nèi)容：
一、紫外封裝技術(shù)
（一）傳統(tǒng)紫外光源特點(diǎn)回顧
1．發(fā)展了100多年，技術(shù)成熟、但是進(jìn)步空間很小。
2．光譜成分固定，可塑性差，新應(yīng)用很吃力。
3．UVA部分技術(shù)上UV LED完勝，UVC部分技術(shù)上UV LED差距大。
4．光源形式固定，UV LED光源可按照需要設(shè)計(jì)。
（二）決定封裝技術(shù)主要因素
封裝行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)的中游，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起到橋梁連接作用。
決定紫外發(fā)光二極管的封裝技術(shù)的因素：
1．應(yīng)用端的需求（光譜、發(fā)光角度、壽命要求、使用環(huán)境等）
2．上游的限制（光子能量、芯片結(jié)構(gòu)、芯片工作氛圍要求等）
3．封裝設(shè)備的開發(fā)和利用（激光封焊設(shè)備）
4．封裝工藝的發(fā)掘（全無(wú)機(jī)封裝）
5．應(yīng)用解決方案的需要
6．封裝材料的限制（透光率、抗紫外性能、老化性能、熱膨脹性能）
在UV里面封裝材料有非常大的限制，特別對(duì)UVC部分，無(wú)論是透光的，反光的，抗UV性能的，熱膨脹系數(shù)的材料，可選范圍很小，比如說(shuō)透光材料，只能選擇石英。反射材料，原有的鍍金工藝、鍍銀工藝，幾乎在UV LED里已經(jīng)不太適應(yīng)。雖然UVC封裝使用鍍金工藝，但鍍金工藝的反射性能很差。
UV LED與可見光LED大不相同，UVB、UVC和UVA封裝也有差別。
（三）紫外封裝技術(shù)現(xiàn)狀
當(dāng)期很多廠商都在積極的改變封裝形式，越來(lái)越多地采用無(wú)機(jī)材料封裝。越來(lái)越少的采用有機(jī)材料去封裝。有些有機(jī)材料，在UV里面，在某些領(lǐng)域里可以使用，但在有些領(lǐng)域比較困難，比如可靠性要求高，功率比較大的情況下，是不太適合的。
（四）紫外封裝技術(shù)發(fā)展方向
1.現(xiàn)有封裝技術(shù)的痛點(diǎn)
（1）光萃取效率不高
（2）光窗材料透過率不高
（3）反射材料的 性能不高
（4）低成本小角度產(chǎn)品光學(xué)結(jié)構(gòu)困難
（5）不同散熱方式對(duì)封裝要求不同（冷凝水）
2.紫外發(fā)光二極管封裝技術(shù)發(fā)展方向
（1）新型光學(xué)結(jié)構(gòu)
（2）新型透光材料的研發(fā)及使用
（3）新型反射材料及工藝的研發(fā)
（4）高效率低成本非球面石英、玻璃透鏡
（5）風(fēng)冷方式對(duì)封裝提出新的要求
（6）更短波段真空封裝
二、應(yīng)用發(fā)展探討
1.紫外發(fā)光二極管應(yīng)用分類
根據(jù)波段可以分為UVA、UVB、UVC，不同波段有不同的用途。目前來(lái)看，本次疫情空氣傳播為主，表面和空氣殺菌對(duì)疫情影響比較大。分析檢測(cè)部分，可以把紫外線作為發(fā)射光源，利用它的吸收光譜，在傳感器上有很多用途。另外，作為探測(cè)器或是探測(cè)元器件，在國(guó)防通訊上有些新的運(yùn)用。
2.紫外光應(yīng)用的基本原理
3. 紫外發(fā)光二極管應(yīng)用端特點(diǎn)
（1）UV LED與可見光LED區(qū)別很大
① UV LED效果需要作用對(duì)象來(lái)驗(yàn)證，固化效果與油墨、涂料相關(guān)；殺菌效果與微生物狀態(tài)有關(guān)等，行業(yè)細(xì)分就是因?yàn)樽饔脤?duì)象不同。
②照明效果是連續(xù)的，UV LED大部分應(yīng)用有閾值存在。UV固化存在閾值、消毒殺菌也存在閾值（動(dòng)態(tài)平衡）。需要注意。
③因?yàn)楣庾幽芰看?，UV LED到作用對(duì)象中間的介質(zhì)和界面的影響作用不可忽略，能量越大影響越大。
（2）UV行業(yè)內(nèi)涇渭分明
UVA與UVC所面對(duì)的市場(chǎng)完全不一樣。
UVA與UVC外延材料不同（InGaN 、AlGaN)。
UVA與UVC芯片結(jié)構(gòu)不同（垂直、倒裝)。
UVA與UVC封裝方式不同（全無(wú)機(jī)、半無(wú)機(jī)）
UVA與UVC應(yīng)用重點(diǎn)不同（工業(yè)級(jí)固化、消費(fèi)級(jí)殺菌消毒）
4.傳統(tǒng)紫外光源替代方案
隨著技術(shù)進(jìn)步的成本的下降UV LED將逐步替代傳統(tǒng)紫外光源。替代方案將分為：光源替代、系統(tǒng)改造。對(duì)于UVC LED將主要是光源替代，對(duì)于UVA LED將主要是系統(tǒng)改造。
三、行業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)
1.行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)
（1）原有UV行業(yè)規(guī)模不大，國(guó)際企業(yè)也不大（IST、Philips、Osram、雪萊特）。
（2）細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域多，容易形成市場(chǎng)的小霸主。
（3）2019年UV LED封裝全球產(chǎn)值僅2億多美金。今年疫情影響會(huì)有大的增長(zhǎng)，但是基數(shù)太小總量仍不樂觀，目前UVC LED在對(duì)疫情影響大的空氣殺菌上基本上無(wú)用武之地。
（4）UV LED特別是UVC LED難以有主干市場(chǎng)支撐起基本盤。不像照明，殺菌消毒除特殊場(chǎng)合不是剛性需求。人本來(lái)是細(xì)菌共生的，UV LED殺菌的廣譜性可能會(huì)影響人類健康。
（5）UV LED的新應(yīng)用值得探索。比如對(duì)農(nóng)業(yè)、健康、化工合成等新領(lǐng)域。
2.行業(yè)發(fā)展方向
（1）UV LED作為一個(gè)發(fā)射器件將更多與傳感器件配合。
（2）UV LED的發(fā)展更依靠多學(xué)科融合的過程。
（3）UV LED行業(yè)還有很多基本工作未完成（比如標(biāo)準(zhǔn)）。
（4）從上下游分工看，垂直整合策略無(wú)成功先例，分工合作才是王道。
（5）行業(yè)將依據(jù)技術(shù)進(jìn)步，逐漸滲透規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大。
（6）疫情將吸引更多關(guān)注，市場(chǎng)規(guī)模將瞬間增大，但長(zhǎng)久影響有限，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)加劇。
（7）封裝企業(yè)將各有所長(zhǎng)。
（8）傳統(tǒng)汞燈光源欠缺光譜成分甚多，UV LED將有望填補(bǔ)空白。
四、鴻利秉一簡(jiǎn)介
感謝極智課堂讓大家聚在一起，一起探討交流，關(guān)于UV LED封裝及應(yīng)用，也希望與行業(yè)同仁更多交流。
問答環(huán)節(jié)
1.目前UVC LED器件壽命多少？是否必須氣密封裝？
吳乾：UVC的應(yīng)用環(huán)境大都是消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，所以不建議做氣密性封裝，成本也非常高。另外，當(dāng)前芯片壽命大概5000~10000小時(shí)，如果氣密性封裝可以到30年，功率很小的情況下，意義不大。
純粹從技術(shù)角度，氣密性封裝對(duì)LED器件壽命有幫助，但目前芯片壽命的情況，特別是做消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品。氣密性封裝意義不大，但是在工業(yè)級(jí)的使用中，比如在芯片壽命達(dá)到的情況下，用UVC做光固化、精細(xì)化工加工、光分解、廢氣、污水的處理需要壽命很長(zhǎng)，這種情況適合使用氣密性封裝。
2.目前鴻利秉一上述幾款器件都是否批量供貨，公司產(chǎn)能有多少？
吳乾：目前，鴻利秉一的產(chǎn)品當(dāng)中，6868、3535的產(chǎn)品，特別是帶球頭的已經(jīng)大量在供應(yīng)， UVC產(chǎn)品平面跟球頭系列產(chǎn)品，也可以大量供應(yīng)，都是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。
不過，2525的UVC產(chǎn)品還在開發(fā)當(dāng)中，6868的平面系列也在開發(fā)當(dāng)中，都是根據(jù)客戶要求在開發(fā)。
產(chǎn)能方面，鴻利秉一UVA與UVC的產(chǎn)能是不重合的，UVA的產(chǎn)能是每月3KK，UVC的設(shè)計(jì)產(chǎn)能是每個(gè)月2KK。
3.鴻利秉一目前UVC封裝是采用真空嗎？如何堅(jiān)持封裝器件不含氧？
吳乾：UVC封裝目前不是真空封裝，UVA的全無(wú)機(jī)封裝是氮?dú)夥庋b，里面是排除氧氣的，但是UVC沒有用真空封裝，因?yàn)槌杀咎?，而且芯片的壽命支撐不起現(xiàn)在那么長(zhǎng)的封裝壽命。現(xiàn)在是芯片的壽命低于封裝壽命上面，用真空封裝是沒有意義的。
對(duì)于一些功率比較大、可靠性要求比較高、波段比較低（低于243nm)的情況，一定要用真空封裝，至少把氧氣排除掉。
4.目前鴻利秉一在UVA產(chǎn)品上有半無(wú)機(jī)封裝及全無(wú)機(jī)封裝，兩者在同等條件下，壽命是否會(huì)有差別？
吳乾：同等條件下，我們沒有把這兩個(gè)封裝形式放在同一款產(chǎn)品里使用，比如3535的產(chǎn)品，可能會(huì)選擇大尺寸的芯片，或是波段低一點(diǎn)的芯片做全無(wú)機(jī)封裝。其他小尺寸的芯片做半無(wú)機(jī)封裝。
壽命方面，在我們與同行競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候，客戶有兩方面感受，一是鴻利秉一的透鏡可能需要老虎鉗才能弄下來(lái)，而有些公司的產(chǎn)品可能手摸一摸就可以掉，在半無(wú)機(jī)封裝中會(huì)存在這樣的情況。二是365nm產(chǎn)品表現(xiàn)比較突出，有些產(chǎn)品一個(gè)星期就會(huì)老化、黃化，會(huì)影響到封裝壽命，封裝壽命降低的話，等于整個(gè)元器件的壽命降低。
因?yàn)槲覀僓VA半無(wú)機(jī)封裝開發(fā)出來(lái)時(shí)間還不長(zhǎng)，我們也在做M-80的老化實(shí)驗(yàn)，一旦出結(jié)果，一定會(huì)在中國(guó)半導(dǎo)體照明網(wǎng)上發(fā)表文章，將結(jié)果公布給大家，到時(shí)候大家如果對(duì)這兩個(gè)封裝形式感興趣，可以把那個(gè)報(bào)告分享出來(lái)。
5.目前UVC產(chǎn)品70%光功率維持率在多長(zhǎng)時(shí)間？
吳乾：大概5000個(gè)小時(shí)左右，因?yàn)樾酒灰粯?，封裝還有區(qū)別，但主要還是芯片的問題，也有認(rèn)為是1萬(wàn)個(gè)小時(shí)，我們的感受是5000個(gè)小時(shí)左右。事實(shí)上，5000個(gè)小時(shí)看起來(lái)很短，其實(shí)在有些UV的應(yīng)用中，已經(jīng)足夠了，比如市場(chǎng)上比較火的殺菌包包，在小空間里殺菌，就是隔一段時(shí)間用一下，比如一個(gè)小時(shí)用上五分鐘，5000小時(shí)可以用很長(zhǎng)時(shí)間。
6．如何檢測(cè)器件中已經(jīng)沒有氧氣了？
吳乾：事實(shí)上，用的過程中，不是靠檢測(cè)，而是靠環(huán)境里氮?dú)獬潭瓤刂?，比如?huì)采用五個(gè)九的氮?dú)馊プ鲞@件事，不太好檢測(cè)，因?yàn)闆]有類似的實(shí)驗(yàn)條件控制。我們可以控制的是腔體里用的是五個(gè)九的氮?dú)?，我們可以通過時(shí)間，包括抽真空的時(shí)間去控制，也可以測(cè)試一下里面氮?dú)獾某潭龋涂梢灾览锩嫜鯕獾某潭仁鞘裁礃幼印?/p>
7.一般認(rèn)為UVC LED貼片封裝的焊料等是否會(huì)引入附加電阻，電容？即芯片本身電容為50pF，封裝后電容變化?；蛐酒旧?V開啟，封裝后為6.2V開啟。
吳乾：封裝肯定會(huì)增加電阻，也會(huì)增加電容。如果芯片是6V，封裝后為6.2V，建議去檢測(cè)陶瓷的導(dǎo)電性能，明顯是有問題的， 6.2V太高了，電容肯定也會(huì)增加，做高頻電路設(shè)計(jì)時(shí)，電容也確實(shí)是需要考慮的。
8.UVC消毒光對(duì)哪些物品不要直接照射消毒？
吳乾：對(duì)人來(lái)說(shuō)，特別是人的眼睛、皮膚等等，這些不能直接接觸到。對(duì)于物品，如果光強(qiáng)度太強(qiáng)，對(duì)于一些塑料材料。膠材料，有機(jī)材料、家具等都會(huì)有影響，需要評(píng)估物品老化性能。
9.UV LED的封裝與UV photo detector的封裝有無(wú)共通性？
吳乾：這兩個(gè)封裝之間有共通性，大部分的工藝方法是相通的。
（文字根據(jù)直播內(nèi)容編輯整理，略有刪減）
