英國Cambridge Nanotherm公司的John Cafferkey認(rèn)為，以前有句話說“產(chǎn)生的熱量要比光更多”，現(xiàn)在這句話也總結(jié)了UVC LED這個日益增長的市場面臨的“熱量挑戰(zhàn)”。目前，UVC LED主要用于為醫(yī)療儀器、水和其他日常消費品。

UVC技木起源于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。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。

除水處理外，UVC用于一系列應(yīng)用中，包括清潔醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)院室，為空調(diào)系統(tǒng)以防止病原體擴散等。

雖然水銀蒸氣燈在這些大型應(yīng)用中非常有效，但是燈泡很脆弱，以及使用危險汞意味著它們不適合更便攜的及環(huán)境友好型的應(yīng)用。

近年來，LED制造商開發(fā)出越來越有效的UVC LED。雖然不如UVA LED(用于固化油墨和油漆)那么有效，但它們可用于低功率應(yīng)用。

因此，行業(yè)分析師認(rèn)為接下來幾年UVC LED將會迅速發(fā)展。這種繁榮的基礎(chǔ)是UVC LED為便攜式、消費友好型的UVC應(yīng)用中創(chuàng)造了市場。例如，消費者將會購買便攜式“魔杖”，它們可以用來日常用品，如智能手機、平板電腦或鍵盤。

消費品制造商能夠?qū)ED UVC技木嵌入到產(chǎn)品中進行自我。例如，牙刷用完后放回到架子上，可以進行自動;可以按下按鈕，嬰兒奶瓶就可以進行自動;當(dāng)使用時，水龍頭可以對水進行。這些可能性是無止境的。

拯救生命的潛力

但是，UVC的一些更深入的應(yīng)用才是令人關(guān)注的。便攜式瓶可以改善發(fā)展中國家向其公民提供清潔飲水的方式，需要飲用時，就可以對水進行。這在一些地區(qū)尤其有價值，比如沒有集中式水基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)，或者可以迅速提供全用水的災(zāi)區(qū)。

除了新的應(yīng)用之外，甚至醫(yī)院(UVC已在醫(yī)院使用多年)都可以受益。在全球范圍內(nèi)，每年超過70萬患者住院時受到感染，75000人死亡。UVC技木可以嵌入醫(yī)療器械中，如聽診器和解剖刀，可以在幾秒鐘內(nèi)。

UVC LED有潛力將UVC的能力帶入大眾市場，可能對公共衛(wèi)生產(chǎn)生重大影響。

熱挑戰(zhàn)

該技木還處于起步階段，其中一個挑戰(zhàn)是UVC LED的熱管理。像任何電子元件一樣，LED對熱敏感。

UVC LED具有特別低的外量子效率(EQE)- 它們只將大約5%的功率輸入轉(zhuǎn)換成光。剩余95%的功率被轉(zhuǎn)換成熱量，熱量必須要快速去除，以保持LED芯片低于其大工作溫度。假如沒有及時將LED芯片冷卻，將蕞終縮短其使用壽命，甚至不能使用。

隨著UVC LED越來越強大，制造商需要考慮新的方法來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。現(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。

由于UV LED太小，大量的熱量無法從其表面擴散，所以有效讓熱量排放的W一途徑是通過LED背面。熱量必須從LED芯片導(dǎo)出，通過模塊PCB，到達(dá)散熱片，然后釋放到大氣中。

熱量也是PCB的問題

安裝LED的PCB必須具有高導(dǎo)熱性，對于可見光LED通常是金屬基印刷電路板(MCPCB)。但是，這些不適用于UVC應(yīng)用。MCPCB由一塊金屬(通常為鋁或銅)制成，上面的銅電路層附有一層電介質(zhì)層，由導(dǎo)電但電絕緣的環(huán)氧樹脂組成。

基于環(huán)氧電介質(zhì)的MCPCB可用于可見光應(yīng)用，但UV(尤其是UVC)會降解有機物質(zhì)，如環(huán)氧樹脂，進而顯著降低了UV應(yīng)用中MCPCB的壽命。W一可行的替代方案是使用電子級陶瓷。

其中，氮化鋁(AIN)具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性(140W/mK-170W/ mK)，但很昂貴。氧化鋁(Al2O3)是更具成本效益的替代品，但沒有提供UV LED所需的熱導(dǎo)率(20W/mK-30W/mK)。同時，這兩者都很脆弱，并且容易損壞，這意味著它們不容易用螺絲安裝，并且不適合于更強大的應(yīng)用。

替代方案是具有濺射電路層的納米陶瓷。這提供150 W/mK以上的熱導(dǎo)率，并且在所需的熱范圍內(nèi)。

英國Cambridge Nanotherm使用磚利的電化學(xué)氧化(ECO)工藝，使用這種方法將鋁板的表面轉(zhuǎn)變成幾十微米薄的氧化鋁(Al2O3)陶瓷。

氧化鋁(Al2O3)陶瓷層作為上面的電路和下面的鋁之間的電介質(zhì)。由于ECO工藝生產(chǎn)的氧化鋁陶瓷層非常薄，因此熱量可以很容易地通過，使其具有很好的導(dǎo)熱性。

該薄膜處理或濺射步驟遵循ECO工藝，直接將銅電路層附到納米陶瓷電介質(zhì)上，以進一步提高熱效率。因為在任何階段都沒有使用有機環(huán)氧樹脂，所以紫外線沒有什么可以降解。

這種方法可以生產(chǎn)出與氮化鋁(AlN)相當(dāng)熱性能的MCPCB，但沒有任何與生產(chǎn)或脆性相關(guān)的問題。

由LED實現(xiàn)的UVC技木可以帶來真正的變革效果，但是制造商和設(shè)計人員需要確保能夠克服UV LED所面臨的熱挑戰(zhàn)。