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为什么UVLED固化机比UV汞灯固化机更高的价格

发布时间:2023-03-11 人气:518

为什么UVLED固化机比UV汞灯固化机更高的价格

UVLED固化机 在固化速度、安全性能、环保、操作灵活度等方面,毋庸置疑胜于UV汞灯固化机。其价格更高,也是因为组成结构、生产工艺等原因。三昆科技作为UVLED固化机UV汞灯固化机生产厂家,今天就带您了解一下为什么UVLED固化机比UV汞灯固化机更高的价格。

1、外延的技术难题

目前UV外延片还是使用现有的蓝绿光设备生长外延结构,蓝宝石衬底还是主流,目前铟镓氮(InGaN)材料是蓝光与绿光LED的主流,我们利用铟(In)组分的不同可以得到红光到紫外光的波长范围,光电转换效率最大值在430~450nm波长,往长波长呈缓慢递减,往短波长会快速递减,波长低于380纳米后效率会更低,氮化镓的带隙宽度是3.4电子伏特(eV),刚好落在365nm的波长,也是铟镓氮材料的极限,但是UV短波长LED的困难点就在于此,在365纳米以下的UVA LED,有非常多的问题需要克服,我认为有两个关键技术难点比较重要。

下图是UVLED外延结构示意图,如图所示,第一个问题是发光层以外的各层材料光吸收问题,当波长短于370纳米之后,P型的氮化镓会吸光,导致量子井发出的光被大量吸收,另外一个问题就是波长越短需要更低的铟组分,铟组分降低会导致铟镓氮发光层的非均匀性被破坏,进而导致电光转换效率的降低,所以为了得到更短的波长,在发光层引入四元的AlInGaN与氮化铝AlN(6.2eV,197纳米)材料是更短波长的UVLED技术迫切需要的技术,氮化镓带隙波长位在365nm, 往短波長須拉高铝(Al)含量 ,会使的结构产生伸张应力(tensile strain), 往長波長須拉高銦含量(In)会使的结构产生压缩应力(compress strain),相对于传统蓝光与绿光的压缩应力,铝含量升高的伸张应力會使得外延難度上升非常多。

目前这个问题还是一直困扰着UV LED的外延工程师,导致UVC的内部量子效率始终只有不到50%。当然发光波长越短,其它P型层与N型层的材料更需要加入Al的组分,让吸光的比率降低,所以氮化铝(AlN)与铝镓氮(AlGaN)材料的生长更重要,这就需要更高温的MOCVD系统设计,目前主流的蓝光MOCVD系统还不具备这样的条件。

所以,因为这些问题的积累,限制了目前UVA的365nm波长与UVC波段的外延技术,最后导致成本居高不下。

2、芯片的技术难题

在UVLED固化机生产中,芯片的问题不比外延少,主要是正装芯片工艺已经无法满足UVLED固化机的要求了,尤其是380纳米以下的UVLED芯片,目前UVA最主流的技术是垂直结构芯片,由于垂直结构芯片的发光面在N型材料,可以有效的降低光被吸收的问题,另外垂直结构的光型稳定,大部分都是轴向光,几乎没有侧向光,辐射效率高,在固化制程上有比较稳定与均匀的光分布。目前垂直结构的芯片有硅衬底化学剥离技术与蓝宝石衬底激光剥离技术,由于两种工艺的良率较低,工艺较复杂所以成本都比较高,单价是目前正装芯片的3到5倍价格。

而针对UVC结构的280nm与265nm,目前主流的技术是倒装结构,关键问题还是如何降低氮化镓对UVC的光吸收以及良好的欧姆反射电极,而与N型铝镓氮合适的欧姆接触电极也是非常重要的。

下面是UVLED三种结构的比较示意图,由性能与成本来看,385nm以上的波长使用便宜的正装结构与性能优异的垂直结构各具优势,375nm以下波长的UVA适合垂直结构,由于有较好的散热路径,UVC的波段适合倒装结构,这也是目前市场上为什么385nm以上的器件很便宜,但是波长越短的UV,价格越来越贵的原因之一吧。

3、封装的技术难题

虽然相对容易一些,但是难度跟传统LED封装相比,困难了许多,主要是目前的LED封装材料都无法满足UV波段的要求,通常为应对UV LED封装要求,采用无机气密玻璃封装的UV LED,应对UVLED高能的辐射。因此,减少使用有机类的材料,甚至是完全不采用有机类材料对UV LED进行封装,进而减少或避免因为有机材料导致的衰减问题与湿热应力导致失效的问题。在UV波段有较高的穿透率无机材料,目前的玻璃,石英与NOVAXIL玻璃是UV封装的必备材料。

   

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