選購UVC LED 芯片，有哪些注意事項？

    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，如何選到對的UVC LED 芯片，在選購過程中需要注意哪些事項，成為封裝企業(yè)甚至是消費端都非常關注的部分。

    下面我們從目前主流芯片結構、目前UVC LED的主要問題以及芯片的關鍵指標等層面來一一分析。

一、主流芯片結構分析：芯片主要有正裝、倒裝和垂直三種結構。

  1、倒裝結構

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

  2、垂直結構

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

    不過，雖然目前310nm以下，倒裝是主流，但不代表是最優(yōu)結構?；诖怪苯Y構電流擴展更好，吸光少，散熱好等，將有機會成為UVC-LED大功率主流，前提是找到將藍寶石襯底剝離的經濟而又簡單的方法。此前垂直結構UVC-LED量產廠商代表是韓系的LGIT（但LGIT已經宣布退出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，預反應嚴重等導致的轉換效率低——熱量高，晶體質量不高——良率低

    1、散熱問題：根據(jù)能量守恒原理，未轉化成光的電能，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，有的需要加裝風扇進行散熱，從而再度增加成本。

    2、良率問題：UVC LED的光電轉化效率低，短時間內又很難取得質的飛躍，現(xiàn)階段要獲得功率的提升，產業(yè)普遍通過調整材料和MQW來實現(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，因此導致大尺寸（大功率）芯片良率較低。

三、選購時看哪些參數(shù)，有哪些注意事項：那么在選購UVC LED芯片時，除了看芯片結構，評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，電光轉換效率及壽命等方面進行考量。

    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。

對于目前UVC LED芯片來說，波長越短，制造成本越高，對應的光效也越低，因此權衡波長，光效及成本多方面的考量，目前大部分廠商會選擇260-280nm的波長段芯片產品，典型波長范圍是265nm、275nm和280nm。

    2、光功率：當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，理論上對應的光功率越大，從2mW-60 mW不等。光功率的選擇主要取決于應用場景根據(jù)不同產品尺寸、產品要求的輻射劑量和照射時間等而定。其中紫外線滅菌公式為：紫外線照射劑量（mJ/c㎡）=照射時間（s）×UVC輸出強度（mW/c㎡）

內量子效率-IQE、外量子效率-EQE與電光轉換效率WPE

內量子效率-IQE：PN結中產生的光子數(shù)與復合總載流子數(shù)之比；其中產生的光子數(shù)很少，大部分復合產生的是熱。

外量子效率-EQE：LED芯片發(fā)出的光子數(shù)與PN結產生的光子總數(shù)之比；受材料折射率、芯片結構和封裝結構等影響，大約只有20%左右的轉換效率。

電光轉換效率-WPE：LED的光功率與輸入電功率之比。WPE是目前較常用來評估發(fā)光效率的重要指標。所以，選購芯片時，需要考量以上幾個關鍵轉化效率。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4-5%。

    3、壽命：UVC LED長時間工作會光衰引起老化，尤其對大功率UVC LED來說，光衰問題更加嚴重。在衡量UVC LED的壽命時，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㎡）=照射時間（s）×UVC輸出強度（mW/c㎡）中，照射劑量一定的情況下，光源的輸出功率與照射時間成反比。

四、針對光源壽命選擇的問題，產業(yè)目前有兩種技術路線：

    1.低功率路線：需要長時間照射才能達到相應的紫外線劑量，光衰相對低，壽命相對較長，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路線。

    2.瞬間大功率紫外功率輸出路線: 在極短的時間內照射即達到殺菌劑量， 如目前應用的脈沖氙燈，瞬間紫外線輸出功率能從幾W到幾百W。對于UVC LED來說，此技術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，大家比較關注的還是技術路線1 ，故在選購時，需依據(jù)具體場景應用來考量對壽命的需求，找到最匹配的UVC LED芯片。

    4、當然，除了從以上幾個方面進行綜合對比和選擇，最后一步還是需對芯片進行實測，對比測試結果與需求的匹配程度后，方能做出較為正確的判斷和選擇。