A indústria LED entrou numa fase madura e saturada, levando os fabricantes a ajustarem as suas estratégias de desenvolvimento e a expandirem-se para nichos de mercado, como o da iluminação automóvel, iluminação de plantas, LED UV, LED infravermelho, bem como novos campos de exibição, como pitch pequeno, Mini/MicroLED. Entre estes, no setor de LED UV, embora muitos fabricantes estejam envolvidos há algum tempo, a aceitação de produtos LED UV no mercado tem sido relativamente baixa no passado. Consequentemente, a indústria de LED UV está em sua infância, especialmente para LEDs UVC, que colocam maiores dificuldades técnicas e preços.

No entanto, desde a propagação global da nova epidemia de pneumonia por coronavírus, a conscientização do consumidor sobre esterilização e desinfecção aumentou rapidamente. As oportunidades de prevenção de epidemias impulsionaram um aumento na procura de produtos LED UVC, estimulando esforços globais para desenvolver a tecnologia LED UVC e dando origem a uma variedade de produtos. No entanto, todos esses produtos atendem aos requisitos relevantes?

Na verdade, há muitos fatores a serem considerados ao selecionar produtos LED UVC confiáveis. Por exemplo, diferentes vírus e bactérias requerem diferentes doses e tempos de irradiação para alcançar efeitos de desinfecção e esterilização. Além disso, no processo de produção, há muitos fatores a serem considerados, desde chips epitaxiais até embalagens e produtos acabados. Nesse contexto, A tecnologia Yingfeng revelou os materiais, processos, desafios técnicos, e tendências de desenvolvimento necessárias para embalagens LED UVC para entender melhor os produtos de embalagens LED UVC.

Especificamente, existem três formas de embalagem LED UVC: embalagens orgânicas, embalagens semi-inorgânicas (também conhecido como “embalagens quase inorgânicas”), e embalagem inorgânica completa.

As embalagens orgânicas usam materiais orgânicos, como gel de silicone, resina de silicone, ou resina epóxi. Isso inclui produtos como lâmpadas, SMDs, e molduras cerâmicas. Embora a tecnologia geral seja relativamente madura, a resistência à radiação UV ainda precisa ser melhorada.

As embalagens semi-inorgânicas utilizam materiais orgânicos de silício combinados com materiais inorgânicos, como vidro. Embalagem totalmente inorgânica evita totalmente o uso de materiais orgânicos, alcançar a combinação de lente e substrato através de métodos como soldagem a laser, soldagem por onda, ou soldagem por resistência. Isso elimina completamente problemas relacionados à atenuação da luz induzida por materiais orgânicos e falhas causadas por estresse térmico, melhorando efetivamente a estabilidade e a confiabilidade dos dispositivos LED UVC.

Atualmente, produtos de embalagens semi-inorgânicas continuam a ser a tendência dominante no mercado interno, consistindo principalmente em suportes de cerâmica e vidro de quartzo. A colocação da lente é obtida aplicando adesivo resistente a UV na área da borda do copo de substrato cerâmico e depois curando-o cobrindo-o com vidro de quartzo.

Em termos de seleção de materiais, A embalagem UVC LED difere da embalagem geral de LED. Primeiramente, o vidro de quartzo é escolhido porque é inorgânico, não afetado pela luz UV, e tem alta transmitância na faixa de comprimento de onda UVC. Em segundo lugar, para substratos de dissipação de calor, substratos de nitreto de alumínio de alta condutividade térmica são comumente usados ​​devido à baixa eficiência de conversão óptico-elétrica dos LEDs UVC, com a maior parte da energia sendo convertida em calor. Adicionalmente, já que o UVC é prejudicial aos adesivos, os requisitos de resistência aos raios UV do vidro e do suporte de colagem adesiva são mais elevados em comparação com as embalagens LED em geral.

Vale ressaltar que alguns fabricantes utilizam substratos de dissipação de calor de óxido de alumínio. Ambos os substratos de nitreto de alumínio e óxido de alumínio são substratos cerâmicos, mas a principal diferença está na sua condutividade térmica. A condutividade térmica do nitreto de alumínio é geralmente em torno de 140W/mK-170W/mK, enquanto o do óxido de alumínio é de apenas cerca de 30W/mK.

As cerâmicas de alumina são geralmente brancas e têm baixa condutividade térmica, normalmente usado para produtos de baixo consumo de energia. No entanto, cerâmicas de alumina são mais frágeis e propensas a fraturas em comparação com nitreto de alumínio, especialmente durante o processo de corte em cubos, onde lascar é comum. A cerâmica de nitreto de alumínio é geralmente cinza-preta, com alta condutividade térmica, normalmente usado para produtos de alta potência. Adicionalmente, existem cerâmicas de alumina dopadas com pó de carbono disponíveis no mercado, que também aparecem preto-acinzentados, mas têm menor condutividade térmica.

O gerenciamento de calor e a estanqueidade ao ar afetam a qualidade dos produtos de embalagem LED UVC, e ambos são desafios técnicos no processo de embalagem. O gerenciamento de calor afeta diretamente a vida útil dos produtos de embalagem LED UVC, enquanto a estanqueidade ao ar determina em grande parte sua confiabilidade.

LEDs UVC são sensíveis ao calor, com baixa eficiência quântica externa (PULAR), o que significa que apenas uma pequena porção da energia elétrica é convertida em luz, enquanto a maior parte é convertida em calor, afetando diretamente a vida útil do chip. Dado isso, muitos produtos atualmente utilizam tecnologia flip-chip combinada com substratos de nitreto de alumínio de alta condutividade térmica. O nitreto de alumínio possui excelente condutividade térmica, capaz de suportar o envelhecimento das fontes de luz UV e atender aos altos requisitos de gerenciamento de calor dos LEDs UVC.

Além dos materiais, os processos de embalagem também desempenham um papel no gerenciamento de calor. Os processos de embalagem concentram-se principalmente na tecnologia de colagem de matrizes, incluindo solda com pasta de prata, solda em pasta de solda, e soldagem eutética ouro-estanho.

Embora a solda com pasta de prata tenha boa adesão, é propenso à migração de prata, levando à falha do dispositivo. Quanto à soldagem com pasta de solda, seu ponto de fusão é apenas em torno 220 graus Celsius, então depois que o dispositivo for montado, soldagem por refluxo pode causar novo derretimento, levando ao desprendimento e falha do chip, afetando a confiabilidade dos LEDs UVC.

A soldagem eutética ouro-estanho depende principalmente da soldagem eutética por meio de fluxo de soldagem, aumentando efetivamente a força de ligação e a condutividade térmica entre o chip e o substrato, resultando em maior confiabilidade e melhor controle de qualidade dos produtos LED UVC. Portanto, a soldagem eutética ouro-estanho é amplamente utilizada no mercado.

Em processos de soldagem, a questão dos vazios é particularmente significativa. Vazios de solda referem-se a defeitos formados durante o processo de ligação de chips e substratos de LED, apresentando-se como vazios na aparência. É um indicador importante que afeta a dissipação de calor: quanto menor a taxa de anulação, melhor será o efeito de dissipação de calor, quanto maior a vida útil do produto, e quanto melhor a qualidade.

Entende-se que a tecnologia de embalagem inorgânica da Yingfeng utiliza uma mistura de gases inertes e gases redutores para proteger os chips sob um processo de soldagem eutética por prensagem a quente, aumentando ainda mais a eficiência da conexão elétrica, reduzindo taxas de anulação, e estabilização das temperaturas de junção do LED.

As vantagens e características da Yingfeng na tecnologia de soldagem eutética são proeminentes. A empresa acumulou 10 anos de precipitação de tecnologia eutética, com taxas de vazios eutéticos de refluxo controladas dentro 10%, significativamente inferior a produtos similares no mercado. Formou um conjunto relativamente líder e completo de tecnologias de processo para reduzir as taxas de vazios. Atualmente, a área vazia geral de seus produtos LED UVC está abaixo 10%, e a área máxima vazia por chip está abaixo 2%, em comparação com as taxas de nulidade de produtos similares no mercado de 15%-30%, resultando em excelente dissipação de calor, maior vida útil do produto, e melhor controle de qualidade do produto.

Em relação à confiabilidade, enquanto a forma da embalagem é um fator, a chave está na estanqueidade ao ar. Em embalagens semi-inorgânicas, a lente de vidro e o substrato do copo cerâmico formam uma cavidade selada através de colagem adesiva. Como aspirar a cavidade fechada não é viável, quando o adesivo cura, o ar dentro da cavidade é propenso à expansão térmica, resultando em transbordamento e formação de bolhas, e em casos graves, a formação de canais de ar. Neste ponto, umidade externa e impurezas podem entrar no produto através de bolhas e canais de ar, materiais contaminantes, como chips e substratos, afetando seriamente a estanqueidade do produto e, posteriormente, saída de luz e confiabilidade