選購UVC LED 芯片，有哪些注意事項(xiàng)？

    新冠疫情爆發(fā)后，2020年上半年UVC LED市場呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，尤其是芯片市場熱火朝天，一度供不應(yīng)求。而隨著疫情逐漸被控制，UVC LED市場發(fā)展回歸理性，如何選到對(duì)的UVC LED 芯片，在選購過程中需要注意哪些事項(xiàng)，成為封裝企業(yè)甚至是消費(fèi)端都非常關(guān)注的部分。

    下面我們從目前主流芯片結(jié)構(gòu)、目前UVC LED的主要問題以及芯片的關(guān)鍵指標(biāo)等層面來一一分析。

一、主流芯片結(jié)構(gòu)分析：芯片主要有正裝、倒裝和垂直三種結(jié)構(gòu)。

  1、倒裝結(jié)構(gòu)

    目前， UVC-LED芯片的難點(diǎn)在于：良率低、外量子效率低、可靠性不佳，從而導(dǎo)致成本居高。其中，正裝芯片由于正面出光面的P型層上的P-GaN會(huì)吸收深紫外線，影響光效，因此目前主流芯片為倒裝結(jié)構(gòu)。

  2、垂直結(jié)構(gòu)

    垂直結(jié)構(gòu)是在正裝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，這種芯片是將傳統(tǒng)藍(lán)寶石襯底的芯片倒過來鍵合在導(dǎo)熱能力較好的硅襯底或金屬等襯底上，再將藍(lán)寶石襯底激光剝離。該結(jié)構(gòu)目前是UVA-LED（365nm-395nm）中大功率主流的芯片結(jié)構(gòu)，UVA-LED中小功率還是以水平結(jié)構(gòu)為主。

    不過，雖然目前310nm以下，倒裝是主流，但不代表是最優(yōu)結(jié)構(gòu)。基于垂直結(jié)構(gòu)電流擴(kuò)展更好，吸光少，散熱好等，將有機(jī)會(huì)成為UVC-LED大功率主流，前提是找到將藍(lán)寶石襯底剝離的經(jīng)濟(jì)而又簡單的方法。此前垂直結(jié)構(gòu)UVC-LED量產(chǎn)廠商代表是韓系的LGIT（但LGIT已經(jīng)宣布退出LED行業(yè)）。

二、目前UVC LED芯片的主要問題：目前UVC LED芯片端，主要的問題在于氮化鋁系材料生長難度高，預(yù)反應(yīng)嚴(yán)重等導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換效率低——熱量高，晶體質(zhì)量不高——良率低

    1、散熱問題：根據(jù)能量守恒原理，未轉(zhuǎn)化成光的電能，以熱能的形式呈現(xiàn)，而LED芯片的使用壽命又和溫度成反比。由于UV LED芯片的發(fā)光效率偏低，因此帶來很高的發(fā)熱量，從而對(duì)散熱的要求極高。按現(xiàn)有的散熱方式，難以做到大功率UVB/UVC-LED芯片的有效散熱，甚至在多芯片集成的UVC-LED光源中，有的需要加裝風(fēng)扇進(jìn)行散熱，從而再度增加成本。

    2、良率問題：UVC LED的光電轉(zhuǎn)化效率低，短時(shí)間內(nèi)又很難取得質(zhì)的飛躍，現(xiàn)階段要獲得功率的提升，產(chǎn)業(yè)普遍通過調(diào)整材料和MQW來實(shí)現(xiàn)。但是，由于外延片表面缺陷較多，在劃片階段，小尺寸（小功率）可以避開缺陷，而大尺寸較難避開，因此導(dǎo)致大尺寸（大功率）芯片良率較低。

三、選購時(shí)看哪些參數(shù)，有哪些注意事項(xiàng)：那么在選購UVC LED芯片時(shí)，除了看芯片結(jié)構(gòu)，評(píng)估散熱情況和良率外，還可以依據(jù)場景需求，從波長，光功率，電光轉(zhuǎn)換效率及壽命等方面進(jìn)行考量。

    1、波長：UVC LED的波長范圍在200-280nm之間，其中 265nm左右的波長，殺菌效率最高。

對(duì)于目前UVC LED芯片來說，波長越短，制造成本越高，對(duì)應(yīng)的光效也越低，因此權(quán)衡波長，光效及成本多方面的考量，目前大部分廠商會(huì)選擇260-280nm的波長段芯片產(chǎn)品，典型波長范圍是265nm、275nm和280nm。

    2、光功率：當(dāng)前市場上可供選擇的UVC LED芯片尺寸有1020mil、2020mil、3030mil、4545mil等，尺寸越大，理論上對(duì)應(yīng)的光功率越大，從2mW-60 mW不等。光功率的選擇主要取決于應(yīng)用場景根據(jù)不同產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品要求的輻射劑量和照射時(shí)間等而定。其中紫外線滅菌公式為：紫外線照射劑量（mJ/c㎡）=照射時(shí)間（s）×UVC輸出強(qiáng)度（mW/c㎡）

內(nèi)量子效率-IQE、外量子效率-EQE與電光轉(zhuǎn)換效率WPE

內(nèi)量子效率-IQE：PN結(jié)中產(chǎn)生的光子數(shù)與復(fù)合總載流子數(shù)之比；其中產(chǎn)生的光子數(shù)很少，大部分復(fù)合產(chǎn)生的是熱。

外量子效率-EQE：LED芯片發(fā)出的光子數(shù)與PN結(jié)產(chǎn)生的光子總數(shù)之比；受材料折射率、芯片結(jié)構(gòu)和封裝結(jié)構(gòu)等影響，大約只有20%左右的轉(zhuǎn)換效率。

電光轉(zhuǎn)換效率-WPE：LED的光功率與輸入電功率之比。WPE是目前較常用來評(píng)估發(fā)光效率的重要指標(biāo)。所以，選購芯片時(shí)，需要考量以上幾個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)化效率。目前市場上UVC LED IQE普遍在50%-80%，WPE主流水平在2-3%，部分廠商可達(dá)4-5%。

    3、壽命：UVC LED長時(shí)間工作會(huì)光衰引起老化，尤其對(duì)大功率UVC LED來說，光衰問題更加嚴(yán)重。在衡量UVC LED的壽命時(shí)，一般以UVC LED的光衰減百分比來規(guī)定LED的壽命。

    由于滅菌公式：紫外線照射劑量（mJ/c㎡）=照射時(shí)間（s）×UVC輸出強(qiáng)度（mW/c㎡）中，照射劑量一定的情況下，光源的輸出功率與照射時(shí)間成反比。

四、針對(duì)光源壽命選擇的問題，產(chǎn)業(yè)目前有兩種技術(shù)路線：

    1.低功率路線：需要長時(shí)間照射才能達(dá)到相應(yīng)的紫外線劑量，光衰相對(duì)低，壽命相對(duì)較長，適用于常規(guī)消毒場景。傳統(tǒng)汞燈的消毒即是這是使用方案，市場批量汞燈在幾百mW的紫外線輸出功率，壽命從幾千到幾萬不等。未來，UVC LED替換汞燈，這是一條重要的技術(shù)路線。

    2.瞬間大功率紫外功率輸出路線: 在極短的時(shí)間內(nèi)照射即達(dá)到殺菌劑量， 如目前應(yīng)用的脈沖氙燈，瞬間紫外線輸出功率能從幾W到幾百W。對(duì)于UVC LED來說，此技術(shù)路線需要提高飽和電流值，在瞬間通入幾A甚至更大的脈沖大電流，而得到大功率的紫外功率輸出，未來可取代脈沖氙燈消毒市場。

    3、目前，UVC LED，大家比較關(guān)注的還是技術(shù)路線1 ，故在選購時(shí)，需依據(jù)具體場景應(yīng)用來考量對(duì)壽命的需求，找到最匹配的UVC LED芯片。

    4、當(dāng)然，除了從以上幾個(gè)方面進(jìn)行綜合對(duì)比和選擇，最后一步還是需對(duì)芯片進(jìn)行實(shí)測，對(duì)比測試結(jié)果與需求的匹配程度后，方能做出較為正確的判斷和選擇。