由于UV LED是集熱電光為一體的半導體元器件，因此在元器件研發制造和元器件應用端的研發設計均應考慮相關特性對其功能和壽命的影響。通過以下案例，我們能進一步對其特性進行了解。

由案例帶來的猜想

下圖為某系統廠家在電流700mA的條件下，采用水冷系統使用一段時間（兩個月）后，出現的不良現象，圖中明顯看出有燈珠變色的現象，那為什么會發生此現象呢？大家都會認為應該是散熱出了問題，從表面看是芯片表面變黃，那事實真是這樣嗎？

圖1：不良樣品

對猜想的驗證

為尋找真實的原因，我們對此不良品進行了分析與解剖，以確定真正變色的原因。

圖2：芯片視圖

從上圖中我們可以清晰的看到，兩組模組使用的芯片外觀完全不一樣，由此我們可以了解到，不同制造商或不同時期的產品放到了同一個系統中，通過查詢兩款芯片都是同一制造商的芯片，只是芯片有過改進，而芯片工藝的改進，會牽涉到相關的光電特性改變，而將不同工藝下的芯片放在一起進行產品設計，可能會引起光電參數的不匹配，從而影響產品熱性能的不平衡。

圖3：燈珠1光電測試數據

圖4：燈珠2光電測試數據

從以上光電參數分析，兩種工藝下的參數略有不同，燈珠1的電壓為12.82V，燈珠2的電壓為13.31V，按我司0.4V間距標準分檔，電壓范圍過寬，建議是不能放在一起使用的。從燈珠的輻射效率來看，燈珠2的小于燈珠1的，這說明有更多的電能轉化成熱能了。

圖5：去透鏡后圖

上圖是去掉玻璃透鏡后的圖片，從圖中不難看出，此封裝工藝是在芯片表面涂覆硅膠后再加蓋玻璃透鏡，此封裝工藝就是可見光LED的生產工藝，由于玻璃透鏡用膠粘的方式，其本身氣密性較差，為保護芯片、金線及腔體不受有害物質的破壞，而采用在芯片表面涂覆一種硅膠進行保護，在圖中我們也能看到膠體或芯片有變色的痕跡。那么到底是膠體變色，還是芯片變色呢？

圖6：去膠前后對比圖

將芯片表面的膠體去除后，我們發現芯片表面并無發黃現象，那么可以確定發黃的物質其實就是膠體本身。

對于膠體黃化，我們會考慮到散熱的問題，熱傳導不出去，經過一定時間后確實會產生此種現象，這是大功率白光封裝中常見的問題。進一步分析封裝體導熱效果如何，我們對焊接層在X-Ray設備下進行空洞率測試。

圖7：空洞率檢測

而且從圖1可以看出，兩塊模組中不良品全部集中在一塊模組上，如果是散熱不好，不良就不應該只在一塊板上，這是否是前面提到的兩種工藝的芯片放在一起的原因呢？那這是真正的原因嗎？從圖7可以看出焊接空洞率在15%以內，這在焊錫工藝來說已經非常不錯了，那是否是芯片本身產生的熱沒有傳導出去呢？

下面我們對兩款芯片對應的燈珠的散熱能力來分析是否是芯片工藝不同而導致的膠體變色。

圖8：燈珠1熱阻測試曲線

圖9：燈珠2熱阻測試曲線

從圖8、圖9中我們可以了解到燈珠1和燈珠2的熱阻均小于2K/W，此熱阻反映此燈珠本身導熱能力較好，且兩款燈珠的導熱能力相當，也就是說此燈珠膠體變色并不是因為芯片工藝不同而導致。

下面來分析下膠水的特性，一般目前做功率型的封裝，都會用到有機硅膠，而有機硅膠有甲基硅膠和苯基硅膠，甲基硅膠的透濕透氧率為20000～30000cm3/(m2×24H×atm），苯基硅膠的透濕透氧率為300～3000cm3/(m2×24H×atm），一般氣體和水都可滲透進有機硅膠內部，封裝材料的透濕透氧率高，器件的氣密性就差，外界環境中的有害物質就容易透過封裝材料而入侵器件內部而導致器件失效。研究發現，有機材料長時間受UV光照射會發生光降解（有氧環境下發生光氧化）［1］，出現老化和黃化現象［2］，嚴重的甚至出現開裂［3］，使得器件的光萃取效率和可靠性大幅下降最終導致失效，這種現象在深紫外波段尤其嚴重。通過對膠水的特性分析，我們應該清楚上面膠體黃化現象的原因，那就是膠水的氣密性差，空氣和水氣的入侵，在UV光的作用下而發生的黃化現象，那為什么同一個系統上，這種現象只出現在一種芯片上呢？這就是前面說過的不同工藝生產的芯片，其光電參數不同，從而影響膠體所在的熱環境不同，黃化時間也就不同，但這種有機UV LED的封裝，在一段時間的使用后，也必將發生膠體黃化現象。那么如何避免此類問題呢？

案例告訴我們如何選擇UV LED封裝結構

鴻利秉一采用的全無機封裝是陶瓷C+金屬M+硬質玻璃H，整個封裝過程并無有機材料，而玻璃是一種高質密的無機物，其分子間間隙比水還小，所以一般氣體和水都無法透過玻璃，因此玻璃比有機硅膠更容易實現氣密性封裝。

圖10：CMH封裝結構圖

圖11：封焊示意圖

此工藝可以在真空或干燥的保護氣環境下通過激光焊接的方式實現氣密性封裝，氣密性可達美國軍標MIL-STD-883要求。能夠給芯片提供一個低氧、干燥的相對穩定的使用環境，同時較有機材料而言，有更好的耐紫外性能，進而保證UV LED長期使用不因含有機封裝材料而出現性能劣化。對于工業級的應用，光源是關鍵部件，因此要求相對要高，為了確保應用的可靠性，我相信全無機UV LED的封裝模式是最好的選擇。