L’industria dei LED è entrata in una fase matura e saturata, spingendo i produttori ad adeguare le loro strategie di sviluppo e ad espandersi in mercati di nicchia come quello dell’illuminazione automobilistica, illuminazione delle piante, LED UV, LED IR, così come nuovi campi di visualizzazione come il passo piccolo, Mini/MicroLED. Tra questi, nel settore UV LED, anche se molti produttori sono coinvolti da tempo, In passato l'accettazione dei prodotti UV LED sul mercato è stata relativamente bassa. Di conseguenza, l’industria dei LED UV è agli albori, soprattutto per i LED UVC, che pongono maggiori difficoltà tecniche e prezzi.

Tuttavia, dalla diffusione globale dell’epidemia di polmonite da nuovo coronavirus, la consapevolezza dei consumatori riguardo alla sterilizzazione e alla disinfezione è aumentata rapidamente. Le opportunità di prevenzione dell’epidemia hanno determinato un aumento della domanda di prodotti LED UVC, stimolando gli sforzi globali per sviluppare la tecnologia LED UVC e dando origine a una varietà di prodotti. Tuttavia, tutti questi prodotti soddisfano i requisiti pertinenti?

Infatti, ci sono molti fattori da considerare quando si selezionano prodotti LED UVC affidabili. Ad esempio, diversi virus e batteri richiedono dosi e tempi di irradiazione diversi per ottenere effetti di disinfezione e sterilizzazione. Inoltre, nel processo di produzione, ci sono molti fattori da considerare, dai chip epitassiali agli imballaggi e ai prodotti finiti. In questo contesto, Yingfeng Technology ha rivelato i materiali, processi, sfide tecniche, e le tendenze di sviluppo necessarie per gli imballaggi LED UVC per comprendere meglio i prodotti di imballaggio LED UVC.

Nello specifico, esistono tre forme di imballaggio LED UVC: imballaggio biologico, imballaggi semi-inorganici (noto anche come “imballaggi quasi inorganici”), e imballaggio inorganico completo.

L'imballaggio biologico utilizza materiali organici come il gel di silicone, resina siliconica, o resina epossidica. Ciò include prodotti come le lampade, SMD, e modanature in ceramica. Mentre la tecnologia complessiva è relativamente matura, la resistenza ai raggi UV deve ancora essere migliorata.

L'imballaggio semi-inorganico utilizza materiali di silicio organico combinati con materiali inorganici come il vetro. L'imballaggio completamente inorganico evita completamente l'uso di materiali organici, ottenere la combinazione di lente e substrato attraverso metodi come la saldatura laser, saldatura ad onda, o saldatura a resistenza. Ciò elimina completamente i problemi legati all'attenuazione della luce indotta dai materiali organici e ai guasti causati dallo stress termico, migliorando efficacemente la stabilità e l'affidabilità dei dispositivi LED UVC.

Attualmente, i prodotti di imballaggio semi-inorganici rimangono la corrente principale nel mercato interno, costituito principalmente da staffe di supporto in ceramica e vetro al quarzo. Il posizionamento della lente si ottiene applicando un adesivo resistente ai raggi UV sull'area del bordo della coppa del substrato ceramico e quindi polimerizzandolo coprendolo con vetro al quarzo.

In termini di selezione dei materiali, L'imballaggio LED UVC è diverso dall'imballaggio LED generale. Innanzitutto, il vetro al quarzo viene scelto perché è inorganico, inalterato dalla luce UV, e ha un'elevata trasmittanza nella gamma di lunghezze d'onda UVC. In secondo luogo, per substrati di dissipazione del calore, substrati in nitruro di alluminio ad alta conduttività termica sono comunemente utilizzati a causa della bassa efficienza di conversione ottico-elettrica dei LED UVC, con la maggior parte dell’energia convertita in calore. Inoltre, poiché l'UVC è dannoso per gli adesivi, i requisiti di resistenza ai raggi UV del vetro adesivo e della staffa sono più elevati rispetto agli imballaggi LED generali.

Vale la pena notare che alcuni produttori utilizzano substrati di dissipazione del calore in ossido di alluminio. Sia i substrati di nitruro di alluminio che quelli di ossido di alluminio sono substrati ceramici, ma la differenza principale sta nella loro conduttività termica. La conduttività termica del nitruro di alluminio è generalmente intorno a 140 W/mK-170 W/mK, mentre quella dell'ossido di alluminio è solo di circa 30 W/mK.

Le ceramiche di allumina sono generalmente bianche e hanno una bassa conduttività termica, tipicamente utilizzato per prodotti a basso consumo. Tuttavia, le ceramiche di allumina sono più fragili e soggette a frattura rispetto al nitruro di alluminio, soprattutto durante il processo di cubettatura, dove la scheggiatura è comune. Le ceramiche al nitruro di alluminio sono generalmente grigio-nere, con elevata conduttività termica, tipicamente utilizzato per prodotti ad alta potenza. Inoltre, sul mercato sono disponibili ceramiche di allumina drogate con polvere di carbonio, che appaiono anch'essi grigio-neri ma hanno una conduttività termica inferiore.

La gestione del calore e l'ermeticità influiscono sulla qualità dei prodotti di imballaggio LED UVC, ed entrambe rappresentano sfide tecniche nel processo di confezionamento. La gestione del calore influisce direttamente sulla durata dei prodotti di imballaggio LED UVC, mentre la tenuta all'aria determina in gran parte la loro affidabilità.

I LED UVC sono sensibili al calore, con bassa efficienza quantistica esterna (SALTARE), ciò significa che solo una piccola parte dell'energia elettrica viene convertita in luce, mentre la maggior parte viene convertita in calore, influenzando direttamente la durata del chip. Detto questo, molti prodotti attualmente utilizzano la tecnologia flip-chip combinata con substrati di nitruro di alluminio ad alta conduttività termica. Il nitruro di alluminio vanta un'eccellente conduttività termica, in grado di resistere all'invecchiamento delle sorgenti luminose UV e soddisfare gli elevati requisiti di gestione del calore dei LED UVC.

A parte i materiali, Anche i processi di confezionamento svolgono un ruolo nella gestione del calore. I processi di imballaggio si concentrano principalmente sulla tecnologia di incollaggio, compresa la saldatura con pasta d'argento, saldatura con pasta saldante, e saldatura eutettica oro-stagno.

Mentre la pasta per saldatura d'argento ha una buona adesione, è incline alla migrazione dell'argento, portando al guasto del dispositivo. Per quanto riguarda la saldatura con pasta saldante, il suo punto di fusione è solo intorno 220 gradi Celsius, quindi dopo aver montato il dispositivo, la saldatura a riflusso può causare la rifusione, portando al distacco e alla rottura del truciolo, compromettendo l'affidabilità dei LED UVC.

La saldatura eutettica oro-stagno si basa principalmente sulla saldatura eutettica tramite flusso di saldatura, migliorando efficacemente la forza di adesione e la conduttività termica tra il chip e il substrato, con conseguente maggiore affidabilità e migliore controllo di qualità dei prodotti LED UVC. Perciò, la saldatura eutettica oro-stagno è ampiamente utilizzata sul mercato.

Nei processi di saldatura, la questione dei vuoti è particolarmente significativa. I vuoti di saldatura si riferiscono a difetti formati durante il processo di incollaggio di chip e substrati LED, presentandosi come vuoti in apparenza. È un indicatore importante che influenza la dissipazione del calore: minore è il tasso di vuoto, migliore è l'effetto di dissipazione del calore, maggiore è la durata del prodotto, e migliore è la qualità.

Resta inteso che la tecnologia di imballaggio inorganico di Yingfeng utilizza una miscela di gas inerti e gas riducenti per proteggere i chip durante un processo di saldatura eutettica con pressatura a caldo, aumentando ulteriormente l’efficienza della connessione elettrica, riducendo i tassi di nullità, e stabilizzare le temperature di giunzione dei LED.

I vantaggi e le caratteristiche di Yingfeng nella tecnologia di saldatura eutettica sono importanti. L'azienda ha accumulato 10 anni di precipitazione della tecnologia eutettica, con tassi di vuoto eutettico di riflusso controllati all'interno 10%, significativamente inferiore rispetto a prodotti simili sul mercato. Ha formato un insieme relativamente leader e completo di tecnologie di processo per ridurre i tassi di vuoto. Attualmente, l'area vuota complessiva dei prodotti LED UVC è riportata di seguito 10%, e l'area vuota massima per chip è inferiore 2%, rispetto ai tassi di vuoto di prodotti simili nel mercato di 15%-30%, con conseguente eccellente dissipazione del calore, maggiore durata del prodotto, e un migliore controllo della qualità del prodotto.

Per quanto riguarda l'affidabilità, mentre la forma dell'imballaggio è un fattore, la chiave sta nella tenuta all'aria. In confezione semi-inorganica, la lente di vetro e il substrato della tazza di ceramica formano una cavità sigillata attraverso il legame adesivo. Poiché l'aspirazione della cavità chiusa non è fattibile, quando l'adesivo polimerizza, l'aria all'interno della cavità è soggetta a dilatazione termica, con conseguente traboccamento e formazione di bolle, e nei casi più gravi, la formazione di canali aerei. A questo punto, l'umidità esterna e le impurità possono penetrare nel prodotto attraverso bolle e canali d'aria, materiali contaminanti come trucioli e substrati, compromettendo seriamente la tenuta all'aria del prodotto e, successivamente, resa luminosa e affidabilità