UVC LED應(yīng)用遭遇熱管理挑戰(zhàn) 英國(guó)公司研發(fā)出對(duì)策破行業(yè)難題
文章來(lái)源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2017-09-12
瀏覽次數(shù):次
英國(guó)Cambridge Nanotherm公司的John Cafferkey認(rèn)為,，以前有句話說(shuō)“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(gè)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)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(fèi)品消毒,。
UVC技術(shù)起源于20世紀(jì)初，那時(shí)水銀燈首次進(jìn)行批量生產(chǎn),。
紫外線發(fā)射燈在1910年用于飲用水消毒,。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，設(shè)計(jì),，為空調(diào)系統(tǒng)消毒以防止病原體擴(kuò)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,，建筑照明,，以及使用危險(xiǎn)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(lái),，LED制造商開(kāi)發(fā)出越來(lái)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(lái)幾年UVC LED將會(huì)迅速發(fā)展。這種繁榮的基礎(chǔ)是UVC LED為便攜式,、消費(fèi)友好型的UVC應(yīng)用中創(chuàng)造了市場(chǎng),。例如，消費(fèi)者將會(huì)購(gòu)買便攜式消毒“魔杖”,，它們可以用來(lái)消毒日常用品,，如智能手機(jī)、平板電腦或鍵盤(pán)。
消費(fèi)品制造商能夠?qū)ED UVC技術(shù)嵌入到產(chǎn)品中進(jìn)行自我消毒,。例如,，牙刷用完后放回到架子上，可以進(jìn)行自動(dòng)消毒,；可以按下按鈕,，嬰兒奶瓶就可以進(jìn)行自動(dòng)滅菌；當(dāng)使用時(shí),，水龍頭可以對(duì)水進(jìn)行滅菌,。這些可能性是無(wú)止境的。
拯救生命的潛力
但是,，LED射燈,，UVC的一些更深入的應(yīng)用才是令人關(guān)注的。便攜式滅菌瓶可以改善發(fā)展中國(guó)家向其公民提供清潔飲水的方式,，需要飲用時(shí),，就可以對(duì)水進(jìn)行消毒。這在一些地區(qū)尤其有價(jià)值,，比如沒(méi)有集中式水消毒基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū),，或者可以迅速提供安全用水的災(zāi)區(qū)。
除了新的應(yīng)用之外,，口碑,，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),，商業(yè)照明燈具,，每年超過(guò)70萬(wàn)患者住院時(shí)受到感染，技術(shù)資訊,，恒光電器,，75000人死亡。UVC技術(shù)可以嵌入醫(yī)療器械中,，如聽(tīng)診器和解剖刀,，可以在幾秒鐘內(nèi)消毒。
UVC LED有潛力將UVC的消毒能力帶入大眾市場(chǎng),，可能對(duì)公共衛(wèi)生產(chǎn)生重大影響,。
熱挑戰(zhàn)
該技術(shù)還處于起步階段，其中一個(gè)挑戰(zhàn)是UVC LED的熱管理,。像任何電子元件一樣,，LED對(duì)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芯片低于其最大工作溫度。假如沒(méi)有及時(shí)將LED芯片冷卻,，將最終縮短其使用壽命,，甚至不能使用。
隨著UVC LED越來(lái)越強(qiáng)大,，制造商需要考慮新的方法來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)�,，F(xiàn)在，問(wèn)題仍然是如何處理UV LED的高熱需求,，同時(shí)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(wú)法從其表面擴(kuò)散,，超市照明,，所以有效讓熱量排放的唯一途徑是通過(guò)LED背面。熱量必須從LED芯片導(dǎo)出,，通過(guò)模塊PCB,，到達(dá)散熱片，然后釋放到大氣中,。
熱量也是PCB的問(wèn)題
安裝LED的PCB必須具有高導(dǎo)熱性,，對(duì)于可見(jiàn)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， led亮化工程公司,，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(shù)脂組成。
基于環(huán)氧電介質(zhì)的MCPCB可用于可見(jiàn)光應(yīng)用,，但UV（尤其是UVC）會(huì)降解有機(jī)物質(zhì),， led室內(nèi)照明，如環(huán)氧樹(shù)脂,，進(jìn)而顯著降低了UV應(yīng)用中MCPCB的壽命,。唯一可行的替代方案是使用電子級(jí)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(méi)有提供UV LED所需的熱導(dǎo)率(20W/mK-30W/mK),。同時(shí),，這兩者都很脆弱，并且容易損壞,，家用照明,，這意味著它們不容易用螺絲安裝，并且不適合于更強(qiáng)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，LED-T5一體化燈管,，并且在所需的熱范圍內(nèi),。
英國(guó)Cambridge Nanotherm使用專利的電化學(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(guò),，使其具有很好的導(dǎo)熱性,。
該薄膜處理或?yàn)R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,，建筑照明,，以進(jìn)一步提高熱效率。因?yàn)樵谌魏坞A段都沒(méi)有使用有機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂,，裝修照明,，所以紫外線沒(méi)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,，質(zhì)量,，但沒(méi)有任何與生產(chǎn)或脆性相關(guān)的問(wèn)題。
由LED實(shí)現(xiàn)的UVC消毒技術(shù)可以帶來(lái)真正的變革效果,，但是制造商和設(shè)計(jì)人員需要確保能夠克服UV LED所面臨的熱挑戰(zhàn),。（編譯：LED網(wǎng) James）
更多LED相關(guān)資訊，請(qǐng)點(diǎn)擊LED網(wǎng)或關(guān)注微信公眾賬號(hào)（cnledw2013）,。