由于UV LED是集熱電光為一體的半導(dǎo)體元器件，因此在元器件研發(fā)制造和元器件應(yīng)用端的研發(fā)設(shè)計均應(yīng)考慮相關(guān)特性對其功能和壽命的影響。通過以下案例，我們能進(jìn)一步對其特性進(jìn)行了解。

由案例帶來的猜想

下圖為某系統(tǒng)廠家在電流700mA的條件下，采用水冷系統(tǒng)使用一段時間（兩個月）后，出現(xiàn)的不良現(xiàn)象，圖中明顯看出有燈珠變色的現(xiàn)象，那為什么會發(fā)生此現(xiàn)象呢？大家都會認(rèn)為應(yīng)該是散熱出了問題，從表面看是芯片表面變黃，那事實(shí)真是這樣嗎？

圖1：不良樣品

對猜想的驗(yàn)證

為尋找真實(shí)的原因，我們對此不良品進(jìn)行了分析與解剖，以確定真正變色的原因。

圖2：芯片視圖

從上圖中我們可以清晰的看到，兩組模組使用的芯片外觀完全不一樣，由此我們可以了解到，不同制造商或不同時期的產(chǎn)品放到了同一個系統(tǒng)中，通過查詢兩款芯片都是同一制造商的芯片，只是芯片有過改進(jìn)，而芯片工藝的改進(jìn)，會牽涉到相關(guān)的光電特性改變，而將不同工藝下的芯片放在一起進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，可能會引起光電參數(shù)的不匹配，從而影響產(chǎn)品熱性能的不平衡。

圖3：燈珠1光電測試數(shù)據(jù)

圖4：燈珠2光電測試數(shù)據(jù)

從以上光電參數(shù)分析，兩種工藝下的參數(shù)略有不同，燈珠1的電壓為12.82V，燈珠2的電壓為13.31V，按我司0.4V間距標(biāo)準(zhǔn)分檔，電壓范圍過寬，建議是不能放在一起使用的。從燈珠的輻射效率來看，燈珠2的小于燈珠1的，這說明有更多的電能轉(zhuǎn)化成熱能了。

圖5：去透鏡后圖

上圖是去掉玻璃透鏡后的圖片，從圖中不難看出，此封裝工藝是在芯片表面涂覆硅膠后再加蓋玻璃透鏡，此封裝工藝就是可見光LED的生產(chǎn)工藝，由于玻璃透鏡用膠粘的方式，其本身氣密性較差，為保護(hù)芯片、金線及腔體不受有害物質(zhì)的破壞，而采用在芯片表面涂覆一種硅膠進(jìn)行保護(hù)，在圖中我們也能看到膠體或芯片有變色的痕跡。那么到底是膠體變色，還是芯片變色呢？

圖6：去膠前后對比圖

將芯片表面的膠體去除后，我們發(fā)現(xiàn)芯片表面并無發(fā)黃現(xiàn)象，那么可以確定發(fā)黃的物質(zhì)其實(shí)就是膠體本身。

對于膠體黃化，我們會考慮到散熱的問題，熱傳導(dǎo)不出去，經(jīng)過一定時間后確實(shí)會產(chǎn)生此種現(xiàn)象，這是大功率白光封裝中常見的問題。進(jìn)一步分析封裝體導(dǎo)熱效果如何，我們對焊接層在X-Ray設(shè)備下進(jìn)行空洞率測試。

圖7：空洞率檢測

而且從圖1可以看出，兩塊模組中不良品全部集中在一塊模組上，如果是散熱不好，不良就不應(yīng)該只在一塊板上，這是否是前面提到的兩種工藝的芯片放在一起的原因呢？那這是真正的原因嗎？從圖7可以看出焊接空洞率在15%以內(nèi)，這在焊錫工藝來說已經(jīng)非常不錯了，那是否是芯片本身產(chǎn)生的熱沒有傳導(dǎo)出去呢？

下面我們對兩款芯片對應(yīng)的燈珠的散熱能力來分析是否是芯片工藝不同而導(dǎo)致的膠體變色。

圖8：燈珠1熱阻測試曲線

圖9：燈珠2熱阻測試曲線

從圖8、圖9中我們可以了解到燈珠1和燈珠2的熱阻均小于2K/W，此熱阻反映此燈珠本身導(dǎo)熱能力較好，且兩款燈珠的導(dǎo)熱能力相當(dāng)，也就是說此燈珠膠體變色并不是因?yàn)樾酒に嚥煌鴮?dǎo)致。

下面來分析下膠水的特性，一般目前做功率型的封裝，都會用到有機(jī)硅膠，而有機(jī)硅膠有甲基硅膠和苯基硅膠，甲基硅膠的透濕透氧率為20000～30000cm3/(m2×24H×atm），苯基硅膠的透濕透氧率為300～3000cm3/(m2×24H×atm），一般氣體和水都可滲透進(jìn)有機(jī)硅膠內(nèi)部，封裝材料的透濕透氧率高，器件的氣密性就差，外界環(huán)境中的有害物質(zhì)就容易透過封裝材料而入侵器件內(nèi)部而導(dǎo)致器件失效。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)材料長時間受UV光照射會發(fā)生光降解（有氧環(huán)境下發(fā)生光氧化）［1］，出現(xiàn)老化和黃化現(xiàn)象［2］，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)開裂［3］，使得器件的光萃取效率和可靠性大幅下降最終導(dǎo)致失效，這種現(xiàn)象在深紫外波段尤其嚴(yán)重。通過對膠水的特性分析，我們應(yīng)該清楚上面膠體黃化現(xiàn)象的原因，那就是膠水的氣密性差，空氣和水氣的入侵，在UV光的作用下而發(fā)生的黃化現(xiàn)象，那為什么同一個系統(tǒng)上，這種現(xiàn)象只出現(xiàn)在一種芯片上呢？這就是前面說過的不同工藝生產(chǎn)的芯片，其光電參數(shù)不同，從而影響膠體所在的熱環(huán)境不同，黃化時間也就不同，但這種有機(jī)UV LED的封裝，在一段時間的使用后，也必將發(fā)生膠體黃化現(xiàn)象。那么如何避免此類問題呢？

案例告訴我們?nèi)绾芜x擇UV LED封裝結(jié)構(gòu)

鴻利秉一采用的全無機(jī)封裝是陶瓷C+金屬M(fèi)+硬質(zhì)玻璃H，整個封裝過程并無有機(jī)材料，而玻璃是一種高質(zhì)密的無機(jī)物，其分子間間隙比水還小，所以一般氣體和水都無法透過玻璃，因此玻璃比有機(jī)硅膠更容易實(shí)現(xiàn)氣密性封裝。

圖10：CMH封裝結(jié)構(gòu)圖

圖11：封焊示意圖

此工藝可以在真空或干燥的保護(hù)氣環(huán)境下通過激光焊接的方式實(shí)現(xiàn)氣密性封裝，氣密性可達(dá)美國軍標(biāo)MIL-STD-883要求。能夠給芯片提供一個低氧、干燥的相對穩(wěn)定的使用環(huán)境，同時較有機(jī)材料而言，有更好的耐紫外性能，進(jìn)而保證UV LED長期使用不因含有機(jī)封裝材料而出現(xiàn)性能劣化。對于工業(yè)級的應(yīng)用，光源是關(guān)鍵部件，因此要求相對要高，為了確保應(yīng)用的可靠性，我相信全無機(jī)UV LED的封裝模式是最好的選擇。