选购UVC LED 芯片注意事项

新冠疫情爆发后，2020年上半年UVC LED市场呈现爆发式增长，尤其是芯片市场热火朝天，一度供不应求。而随着疫情逐渐被控制，UVC LED市场发展回归理性，如何选到对的UVC LED 芯片，在选购过程中需要注意哪些事项，成为封装企业甚至是消费端都非常关注的部分。

下面我们从目前主流芯片结构、目前UVC LED的主要问题以及芯片的关键指标等层面来一一分析。


※ 主流芯片结构分析
芯片主要有正装、倒装和垂直三种结构。


➤ 倒装结构


目前， UVC-LED芯片的难点在于：良率低、外**效率低、可靠性不佳，从而导致成本居高。其中，正装芯片由于正面出光面的P型层上的P-GaN会吸收深紫外线，影响光效，因此目前主流芯片为倒装结构。


图1：UV LED芯片结构图


➤ 垂直结构


垂直结构是在正装结构的基础上产生的，这种芯片是将传统蓝宝石衬底的芯片倒过来键合在导热能力较好的硅衬底或金属等衬底上，再将蓝宝石衬底激光剥离。该结构目前是UVA-LED（365nm-395nm）中大功率主流的芯片结构，UVA-LED中小功率还是以水平结构为主。


不过，虽然目前310nm以下，倒装是主流，但不代表是较优结构。基于垂直结构电流扩展更好，吸光少，散热好等，将**会成为UVC-LED大功率主流，前提是找到将蓝宝石衬底剥离的经济而又简单的方法。此前垂直结构UVC-LED量产厂商代表是韩系的LGIT（但LGIT已经宣布退出LED行业）。


※ 目前UVC LED芯片的主要问题
目前UVC LED芯片端，主要的问题在于氮化铝系材料生长难度高，预反应严重等导致的转换效率低——热量高，晶体质量不高——良率低


➤ 散热问题


根据能量守恒原理，未转化成光的电能，以热能的形式呈现，而LED芯片的使用寿命又和温度成反比。由于UV LED芯片的发光效率偏低，因此带来很高的发热量，从而对散热的要求较高。按现有的散热方式，难以做到大功率UVB/UVC-LED芯片的有效散热，甚至在多芯片集成的UVC-LED光源中，有的需要加装风扇进行散热，从而再度增加成本。


➤ 良率问题


UVC LED的光电转化效率低，短时间内又很难取得质的飞跃，现阶段要获得功率的提升，产业普遍通过调整材料和MQW来实现。但是，由于外延片表面缺陷较多，在划片阶段，小尺寸（小功率）可以避开缺陷，而大尺寸较难避开，因此导致大尺寸（大功率）芯片良率较低。


※ 选购时看哪些参数，有哪些注意事项
那么在选购UVC LED芯片时，除了看芯片结构，评估散热情况和良率外，还可以依据场景需求，从波长，光功率，电光转换效率及寿命等方面进行考量。


➤ 波长


UVC LED的波长范围在200-280nm之间，其中 265nm左右的波长，杀菌效率较高。


波长与杀菌率的关系见下图：


图2：波长与杀菌率的关系


对于目前UVC LED芯片来说，波长越短，制造成本越高，对应的光效也越低，因此权衡波长，光效及成本多方面的考量，目前大部分厂商会选择260-280nm的波长段芯片产品，典型波长范围是265nm、275nm和280nm。


➤ 光功率


当前市场上可供选择的UVC LED芯片尺寸有1020mil、2020mil、3030mil、4545mil等，尺寸越大，理论上对应的光功率越大，从2mW-60 mW不等。光功率的选择主要取决于应用场景根据不同产品尺寸、产品要求的辐射剂量和照射时间等而定。其中紫外线灭菌公式为：紫外线照射剂量（mJ/c㎡）=照射时间（s）×UVC输出强度（mW/c㎡）


➤ 内**效率-IQE、外**效率-EQE与电光转换效率WPE


内**效率-IQE：PN结中产生的光子数与复合总载流子数之比；其中产生的光子数很少，大部分复合产生的是热。


外**效率-EQE：LED芯片发出的光子数与PN结产生的光子总数之比；受材料折射率、芯片结构和封装结构等影响，大约只有20%左右的转换效率。


电光转换效率-WPE：LED的光功率与输入电功率之比。WPE是目前较常用来评估发光效率的重要指标。所以，选购芯片时，需要考量以上几个关键转化效率。


目前市场上UVC LED IQE普遍在50%-80%，WPE主流水平在2-3%，部分厂商可达4-5%。


➤ 寿命


UVC LED长时间工作会光衰引起老化，尤其对大功率UVC LED来说，光衰问题更加严重。在衡量UVC LED的寿命时，一般以UVC LED的光衰减百分比来规定LED的寿命。


由于灭菌公式：紫外线照射剂量（mJ/c㎡）=照射时间（s）×UVC输出强度（mW/c㎡）中，照射剂量一定的情况下，光源的输出功率与照射时间成反比。


针对光源寿命选择的问题，产业目前有两种技术路线：


1.低功率路线：需要长时间照射才能达到相应的紫外线剂量，光衰相对低，寿命相对较长，适用于常规消毒场景。传统汞灯的消毒即是这是使用方案，市场批量汞灯在几百mW的紫外线输出功率，寿命从几千到几万不等。未来，UVC LED替换汞灯，这是一条重要的技术路线。


2.瞬间大功率紫外功率输出路线: 在较短的时间内照射即达到杀菌剂量， 如目前应用的脉冲氙灯，瞬间紫外线输出功率能从几W到几百W。对于UVC LED来说，此技术路线需要提高饱和电流值，在瞬间通入几A甚至更大的脉冲大电流，而得到大功率的紫外功率输出，未来可取代脉冲氙灯消毒市场。


目前，UVC LED，大家比较关注的还是技术路线1 ，故在选购时，需依据具体场景应用来考量对寿命的需求，找到较匹配的UVC LED芯片。


➤ 实测

当然，除了从以上几个方面进行综合对比和选择，较后一步还是需对芯片进行实测，对比结果与需求的匹配程度后，方能做出较为正确的判断和选择。

上述就是小编为你介绍的关于选购UVC LED 芯片注意事项的内容，对此你还有什么不了解的，欢迎前来咨询我们网站，我们会有技术人员为你讲解。

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