关于现在的UVC LED的热管理以及影响寿命的一些因素

在科技高度发展的今天，电子产品的更新换代越来越快，LED灯的技术也在不断发展，为我们的城市装饰得五颜六色。

UVC技术起源于20世纪初，那时水银灯首次进行批量生产。紫外线发射灯在1910年用于饮用水消毒。但是，那家原型厂因被证明是不太可靠的，因此遭到关闭。在20世纪50年代，新的UVC水处理系统被试用，到20世纪80年代中期，欧洲共有约1500家工厂。目前，UVC LED主要用于为医疗仪器、水和其他日常消费品消毒。

热管理是指对包装中的耗热组件和系统使用合理的冷却和散热技术以及结构优化设计，以控制其内部温度，以确保电子设备和系统的正常可靠性。目的是使用各种方法消散这些热量，以将包装的温度保持在允许的范围内。

UVC LED技术仍处于起步阶段，最大的挑战是UVC LED的热管理。像任何电子组件一样，LED对热非常敏感。 UVC LED具有特别低的外部量子效率(EQE)-它们仅将大约5%的输入功率转换为光。剩余的95%的功率被转换为热量，必须迅速将其移除以使LED芯片保持在其最高工作温度以下。如果未及时冷却LED芯片，则最终会缩短其使用寿命甚至无法使用。

254nm是灭菌的最佳波长，这是一种误解，因为低压汞灯的峰值波长(仅由灯的物理特性决定)为253.7nm。实际上，如上所述，一定范围的波长具有杀菌作用。然而，通常认为265nm的波长是最佳的，因为该波长是DNA吸收曲线的峰。因此，UVC是最适合灭菌的条带。

像任何电子组件一样，UVC LED对热敏感。 UVC LED具有较低的外部量子效率。在输入功率中，通常只有不到5%的功率被转换为光(目前，据说相关制造商的工业产品的效率已经超过5%)，而其余超过95%的功率被转换为光热。这会导致UVC LED芯片产生异常严重的热量。此时，如果不能迅速消除热量并将LED芯片保持在最高工作温度以下，则UVC LED的寿命和可靠性将受到直接影响，甚至可能无法使用。

市场上可用的UVC LED光功率文件范围从2mW，10 mW到100 mW。不同的应用有不同的电源要求。一般来说，可以通过组合照明距离，动态需求或静态需求来匹配光功率。照射距离越大，动态需求就越大，所需的光功率就越大。

随着UVC LED市场的扩大，制造商需要考虑新方法来应对这一挑战。现在，仍然存在的问题是如何应对UV LED的高热需求，同时确保组件保持成本效益，耐用性以及对UV光源本身的磨损的抵抗力。由于UVC LED的尺寸很小，因此大部分热量无法从正面散发，因此LED背面成为有效散发热量的唯一方法。改善散热的任务已转移到下游封装和模块。此时，如何在包装过程中做好热管理显得尤为重要。

带有平面透镜的灯珠的光输出角度通常在120-140°之间，而带有球形透镜的封装的光输出角度在60-140°之间可调。实际上，无论选择多大的UVC LED，都可以设计足够的LED以完全覆盖所需的灭菌空间。在对灭菌范围不敏感的场景中，较小的出光角度可使光线更加集中，从而缩短了灭菌时间。

因此，安装有LED的PCB必须具有较高的导热性。对于可见光LED，通常是基于金属的印刷电路板(MCPCB)。但是，这些不适用于UVC应用。基于环氧电介质的金属基材可用于可见光应用，但是紫外线(尤其是UVC)会降解有机物质，例如环氧树脂，这会大大缩短紫外线应用中金属基材的寿命。唯一可行的替代方法是使用电子级陶瓷。

随着UVC LED市场进一步扩大，制造商需要考虑新的方法来应对这一挑战。现在，问题仍然是如何处理UV LED的高热需求，同时确保组件保持成本效益、耐用、能耐紫外线光源本身的磨损。由LED实现的UVC消毒技术可以带来真正的变革效果，产业发展中需要确保能够克服UV LED所面临的热挑战。

虽然LED在生活中处处可见，但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备，这样才能设计出更加符合生活所需的产品。