UVLED作為一種融合熱電光特性的半導(dǎo)體元器件，無論是在其自身的研發(fā)制造環(huán)節(jié)，還是在應(yīng)用端的設(shè)計(jì)考量中，都必須審慎對(duì)待相關(guān)特性對(duì)其功能發(fā)揮與使用壽命的深遠(yuǎn)影響。接下來，我們將通過一個(gè)具體案例來深入挖掘其中的奧秘。

某系統(tǒng)制造企業(yè)在設(shè)定電流為700mA 并運(yùn)用水冷系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，驚現(xiàn)燈珠變色的不良狀況。初看之下，人們往往會(huì)下意識(shí)地將其歸咎于散熱環(huán)節(jié)出了差錯(cuò)，畢竟表面上呈現(xiàn)出芯片表面泛黃的跡象。然而，事實(shí)遠(yuǎn)非如此簡(jiǎn)單直白。

仔細(xì)審視后可以發(fā)現(xiàn)，兩組模組所采用的芯片在外觀上有著明顯的不同。盡管它們均源自同一制造商，但卻經(jīng)歷了不同階段的改進(jìn)。芯片制造工藝的每一次演進(jìn)，都不可避免地伴隨著光電特性的相應(yīng)改變。當(dāng)把這些源于不同工藝的芯片放置在同一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，極有可能引發(fā)光電參數(shù)之間的不匹配現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品的熱性能處于一種失衡的狀態(tài)。舉例來說，燈珠 1 的電壓值為 12.82V，而燈珠 2 的電壓則達(dá)到了 13.31V，按照常規(guī)的 0.4V 間距標(biāo)準(zhǔn)分檔衡量，這樣的電壓范圍顯然過寬，是不適合搭配在一起使用的。從輻射效率的維度進(jìn)行對(duì)比，燈珠 2 的輻射效率明顯低于燈珠 1，這也就意味著燈珠 2 在工作過程中有更多的電能轉(zhuǎn)化成了熱能，進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)內(nèi)部的能量分布不均衡。

再深入探究其封裝工藝，此次采用的是在芯片表面先涂覆硅膠，隨后再加蓋玻璃透鏡的方式，這實(shí)際上是可見光LED常用的生產(chǎn)工藝。由于玻璃透鏡是借助膠粘的方式進(jìn)行固定，其本身的氣密性相對(duì)較差。為了切實(shí)保護(hù)芯片、金線以及腔體免受外界有害物質(zhì)的侵蝕與破壞，便在芯片表面涂覆了一種硅膠作為防護(hù)層。那么，究竟是膠體發(fā)生了變色，還是芯片本身出現(xiàn)了問題呢？當(dāng)我們小心翼翼地將芯片表面的膠體去除后，驚奇地發(fā)現(xiàn)芯片表面并未呈現(xiàn)出發(fā)黃的現(xiàn)象，由此可以確鑿地判定，發(fā)黃的物質(zhì)其實(shí)就是膠體本身。

針對(duì)膠體黃化這一現(xiàn)象，我們最初的確會(huì)優(yōu)先考慮是否是散熱問題所導(dǎo)致。因?yàn)槿绻麩醾鲗?dǎo)過程不順暢，經(jīng)過一定時(shí)長(zhǎng)的積累后，確實(shí)有可能產(chǎn)生這樣的結(jié)果，這在大功率白光封裝領(lǐng)域也是較為常見的棘手問題。為了進(jìn)一步剖析封裝體的導(dǎo)熱效果究竟如何，我們借助 X-Ray 設(shè)備對(duì)焊接層進(jìn)行了空洞率測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果中可以清晰地看到，兩塊模組中的不良品竟然全部集中在其中一塊模組之上。倘若僅僅是散熱不佳的原因，那么不良現(xiàn)象理應(yīng)不會(huì)僅僅局限于一塊板上。從圖 7 的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，焊接空洞率處于 15%以內(nèi)，就焊錫工藝而言，這已經(jīng)屬于相當(dāng)不錯(cuò)的水平了，所以基本可以排除是芯片本身產(chǎn)生的熱量無法傳導(dǎo)出去而導(dǎo)致的問題。

接下來，我們對(duì)兩款芯片所對(duì)應(yīng)的燈珠的散熱能力展開深入分析，以此來判斷是否是由于芯片工藝的不同而引發(fā)了膠體變色現(xiàn)象。通過數(shù)據(jù)反饋，我們了解到燈珠 1 和燈珠 2 的熱阻均小于 2K/W，這一熱阻數(shù)據(jù)充分表明此燈珠本身具備良好的導(dǎo)熱能力，并且兩款燈珠在導(dǎo)熱能力方面相差無幾。綜上所述，我們可以得出結(jié)論：此燈珠膠體變色并非是因?yàn)樾酒に嚨牟煌鴮?dǎo)致的。

那么，究竟是什么原因?qū)е铝四z體黃化呢？讓我們把目光聚焦到膠水的特性上來。一般而言，在當(dāng)前的功率型封裝作業(yè)中，有機(jī)硅膠是較為常用的材料。有機(jī)硅膠又可細(xì)分為甲基硅膠和苯基硅膠。其中，甲基硅膠的透濕透氧率處于 20000 - 30000cm3/(m2×24H×atm）的范圍，而苯基硅膠的透濕透氧率則為 300 - 3000cm3/(m2×24H×atm）。由于有機(jī)硅膠普遍存在透濕透氧率較高的特性，這就直接導(dǎo)致了封裝材料的氣密性相對(duì)較差。如此一來，外界環(huán)境中的各種有害物質(zhì)便能夠輕而易舉地透過封裝材料，進(jìn)而入侵到器件內(nèi)部，最終導(dǎo)致器件失效。經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)材料在長(zhǎng)時(shí)間受到 UV 光照射的情況下，會(huì)不可避免地發(fā)生光降解現(xiàn)象（在有氧環(huán)境下則會(huì)發(fā)生光氧化反應(yīng)），進(jìn)而出現(xiàn)老化和黃化的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生開裂的情況。一旦出現(xiàn)這種情況，器件的光萃取效率將會(huì)大打折扣，可靠性也會(huì)急劇下降，直至最終徹底失效。尤其需要注意的是，這種現(xiàn)象在深紫外波段表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。通過對(duì)膠水特性的全面分析，我們此刻已經(jīng)清晰地洞察到上述膠體黃化現(xiàn)象的根源所在，那就是膠水的氣密性較差，致使空氣和水氣得以順利入侵，然后在 UV 光的持續(xù)作用下發(fā)生了黃化現(xiàn)象。那么，為什么在同一個(gè)系統(tǒng)上，這種膠體黃化現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在一種芯片上呢？這其實(shí)就是我們之前所提到的，不同工藝生產(chǎn)的芯片，其光電參數(shù)存在差異，這種差異會(huì)進(jìn)一步影響膠體所處的熱環(huán)境，從而導(dǎo)致黃化時(shí)間出現(xiàn)不同。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這種有機(jī)UVLED的封裝方式，在經(jīng)過一段時(shí)間的使用之后，膠體黃化現(xiàn)象的發(fā)生幾乎是難以避免的。

既然如此，我們又該如何有效地避免此類問題的發(fā)生呢？首先，在膠水的選擇上，我們應(yīng)當(dāng)更加注重其氣密性指標(biāo)，盡量挑選透濕透氧率較低的有機(jī)硅膠或者探索其他新型的封裝材料，以此來增強(qiáng)封裝的氣密性，減少外界有害物質(zhì)的入侵。其次，在芯片的選用過程中，要嚴(yán)格遵循工藝匹配原則，對(duì)不同工藝的芯片進(jìn)行詳細(xì)的光電參數(shù)測(cè)試與分析，確保搭配使用的芯片能夠在光電特性上相互兼容，避免因參數(shù)不匹配而引發(fā)的熱性能失衡問題。此外，在封裝工藝方面，也應(yīng)當(dāng)持續(xù)投入研發(fā)力量，尋求更加優(yōu)化的封裝方案，例如改進(jìn)玻璃透鏡的固定方式，提高整體封裝的穩(wěn)定性與防護(hù)性。只有通過在膠水選擇、芯片匹配以及封裝工藝優(yōu)化等多個(gè)方面多管齊下，才能夠切實(shí)有效地延長(zhǎng)UVLED元器件的使用壽命，保障其在各種應(yīng)用場(chǎng)景下的功能穩(wěn)定與可靠運(yùn)行。