關(guān)于現(xiàn)在的UVC LED的熱管理以及影響壽命的一些因素

在科技高度發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。

UVC技術(shù)起源于20世紀(jì)初，那時水銀燈首次進行批量生產(chǎn)。紫外線發(fā)射燈在1910年用于飲用水消毒。但是，那家原型廠因被證明是不太可靠的，因此遭到關(guān)閉。在20世紀(jì)50年代，新的UVC水處理系統(tǒng)被試用，到20世紀(jì)80年代中期，歐洲共有約1500家工廠。目前，UVC LED主要用于為醫(yī)療儀器、水和其他日常消費品消毒。

熱管理是指對包裝中的耗熱組件和系統(tǒng)使用合理的冷卻和散熱技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以控制其內(nèi)部溫度，以確保電子設(shè)備和系統(tǒng)的正?？煽啃?。目的是使用各種方法消散這些熱量，以將包裝的溫度保持在允許的范圍內(nèi)。

UVC LED技術(shù)仍處于起步階段，最大的挑戰(zhàn)是UVC LED的熱管理。像任何電子組件一樣，LED對熱非常敏感。 UVC LED具有特別低的外部量子效率(EQE)-它們僅將大約5%的輸入功率轉(zhuǎn)換為光。剩余的95%的功率被轉(zhuǎn)換為熱量，必須迅速將其移除以使LED芯片保持在其最高工作溫度以下。如果未及時冷卻LED芯片，則最終會縮短其使用壽命甚至無法使用。

254nm是滅菌的最佳波長，這是一種誤解，因為低壓汞燈的峰值波長(僅由燈的物理特性決定)為253.7nm。實際上，如上所述，一定范圍的波長具有殺菌作用。然而，通常認為265nm的波長是最佳的，因為該波長是DNA吸收曲線的峰。因此，UVC是最適合滅菌的條帶。

像任何電子組件一樣，UVC LED對熱敏感。 UVC LED具有較低的外部量子效率。在輸入功率中，通常只有不到5%的功率被轉(zhuǎn)換為光(目前，據(jù)說相關(guān)制造商的工業(yè)產(chǎn)品的效率已經(jīng)超過5%)，而其余超過95%的功率被轉(zhuǎn)換為光熱。這會導(dǎo)致UVC LED芯片產(chǎn)生異常嚴(yán)重的熱量。此時，如果不能迅速消除熱量并將LED芯片保持在最高工作溫度以下，則UVC LED的壽命和可靠性將受到直接影響，甚至可能無法使用。

市場上可用的UVC LED光功率文件范圍從2mW，10 mW到100 mW。不同的應(yīng)用有不同的電源要求。一般來說，可以通過組合照明距離，動態(tài)需求或靜態(tài)需求來匹配光功率。照射距離越大，動態(tài)需求就越大，所需的光功率就越大。

隨著UVC LED市場的擴大，制造商需要考慮新方法來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，仍然存在的問題是如何應(yīng)對UV LED的高熱需求，同時確保組件保持成本效益，耐用性以及對UV光源本身的磨損的抵抗力。由于UVC LED的尺寸很小，因此大部分熱量無法從正面散發(fā)，因此LED背面成為有效散發(fā)熱量的唯一方法。改善散熱的任務(wù)已轉(zhuǎn)移到下游封裝和模塊。此時，如何在包裝過程中做好熱管理顯得尤為重要。

帶有平面透鏡的燈珠的光輸出角度通常在120-140°之間，而帶有球形透鏡的封裝的光輸出角度在60-140°之間可調(diào)。實際上，無論選擇多大的UVC LED，都可以設(shè)計足夠的LED以完全覆蓋所需的滅菌空間。在對滅菌范圍不敏感的場景中，較小的出光角度可使光線更加集中，從而縮短了滅菌時間。

因此，安裝有LED的PCB必須具有較高的導(dǎo)熱性。對于可見光LED，通常是基于金屬的印刷電路板(MCPCB)。但是，這些不適用于UVC應(yīng)用?；诃h(huán)氧電介質(zhì)的金屬基材可用于可見光應(yīng)用，但是紫外線(尤其是UVC)會降解有機物質(zhì)，例如環(huán)氧樹脂，這會大大縮短紫外線應(yīng)用中金屬基材的壽命。唯一可行的替代方法是使用電子級陶瓷。

隨著UVC LED市場進一步擴大，制造商需要考慮新的方法來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，問題仍然是如何處理UV LED的高熱需求，同時確保組件保持成本效益、耐用、能耐紫外線光源本身的磨損。由LED實現(xiàn)的UVC消毒技術(shù)可以帶來真正的變革效果，產(chǎn)業(yè)發(fā)展中需要確保能夠克服UV LED所面臨的熱挑戰(zhàn)。

雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設(shè)計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。