一般来说，UV LED器件的散热路径主要有三个：

①芯片-金线-线路层-碗杯-环境；

②芯片-外封胶(气体或空气)-透镜(盖板)-环境；

③芯片-固晶层-基板-环境。

相比之下，路径①和②的散热能力很有限，路径③是主要的散热途径。那么，对比采用垂直结构UV LED芯片的COB和DOB的散热路径可以发现，DOB在器件上多了两层很薄的镀金层和一层氮化铝陶瓷以及在基板和器件间多了一层焊料层，但在基板上少了一层绝缘层(导热系数如表三所示)。在不考虑扩散热阻等因素的理想状态下，对COB与DOB进行热阻计算。

相比DOB，COB的总热阻要大得多，这是因为COB铜基板内的绝缘层的热阻过大。而对于DOB来说，其焊接互联层(包括固晶层和锡膏层等)对其总热阻的占比较大，如果互联层的焊接质量不佳，例如焊料不足或空洞很多，其对总热阻的影响将更大。

有研究表明，LED互联层的互联质量对LED的出光效率、总热阻和可靠性有很大影响。其中，对于热阻的影响，Amy S. Fleischer等人研究发现：多个随机分布的小的空洞(总百分比V%)对器件总热阻(Rjc)的影响关系为Rjc=0.007V%+1.4987，而多个比较大的空洞对器件总热阻的影响关系为Rjc=1.427e0.015V% 。因此，DOB的焊接互联层的焊接质量至关重要。

与传统紫外光源相比，UV LED具有节能环保、寿命长、功耗低和波长可选等诸多优势。按照发光波长的大小，UV LED可以分为长波紫外UVA(315~400 nm)、中波紫外UVB(280~315 nm)和短波紫外UVC(200~280 nm)。一般来说，发光波长大于300 nm的属于浅紫外，小于300 nm的属于深紫外。

UV LED光源相对于传统UV光源具有环保、低功耗和波段可选等优势。UV LED应用于印刷行业中通常会面临多方面的挑战，其中可靠性问题尤为突出。

有机材料具有抗UV性能差和透湿透氧率高的特性，其性能的劣化会大幅降低UV LED的可靠性。基于CMH封装技术的全无机UV LED 100%采用无机材料封装，具有气密性好、可靠性高、寿命长和热阻低等优点。

针对贴装时UV LED器件与基板间的焊接层空洞率过大问题(普遍在20%以上)，通过大量实验获得了最优工艺参数，焊接层空洞率可100%控制在10%以下，且5%左右空洞率的占比在80%以上，较大程度地降低了焊接层空洞率对器件的光热性能和可靠性等的影响。

本文分别从UV LED分立器件和UV LED集成模组两个方面对UV LED在印刷行业应用中的可靠性进行了研究与论述。

二、UVLED分立器件

按照封装材料的不同，UV LED分立器件可以分为有机材料封装UV LED和无机材料封装UV LED。有机材料封装UV LED仍采用可见光LED器件的封装方式，即在UV LED芯片上涂覆一层有机封装材料，比如环氧树脂、有机硅胶等，或者采用有机材料作为UV LED器件的碗杯，例如市面上常见的EMC系列产品。而无机材料封装UV LED在封装方式上进行了改进，一般以陶瓷作为碗杯，玻璃或金属玻璃作为盖板。在材料特性上，有机材料与无机材料具有较大的差别，两种材料应用于UV LED封装时对于整个器件的性能、寿命和可靠性等方面的影响也有较大的差别。为便于论述，有机材料以有机硅胶为代表，无机材料以玻璃为代表，两者在以下几个方面进行了对比。

(1)透过率

芯片出光路径上的封装材料在UV波段的透过率直接影响UV LED的光输出，材料在UV波段的透过率越高，UV LED的光输出就越高。由于材料特性不同，不同的材料在同一UV波段的透过率会有很大的差别。在整个紫外波段的各个波长下，有机硅胶(甲基硅胶和苯基硅胶)的初始透过率相对玻璃都没有优势。而且，随着波长的减小，有机硅胶和玻璃的初始透过率会有不同程度的下降，相比玻璃，有机材料的初始透过率的下降速度要快很多。在300 nm时，甲基硅胶的初始透过率已经低于85%，这对芯片的光输出有很大的影响，所以甲基硅胶不适用于波段较低的紫外波段。另外，将有机硅胶和玻璃暴露于365nm的UV光24小时后，有机硅胶在UV波段的透过率有大幅的下降，而玻璃的透过率基本没有变化。可见，在紫外波段，玻璃的初始透过率和UV老化后的透过率都要优于有机硅胶。

(2)热性能

对于有机材料封装的UV LED，有机材料不仅受到芯片发出的紫外光照射，还会受到芯片产生的热量的影响。尤其是直接涂覆在芯片表面的有机材料，芯片表面的高热量以热传导的方式直接传递给有机材料，使得有机材料长时间处于高温工作状态。而高温会加速有机材料热老化，如果采用的有机材料的耐热性能差，极易出现黄化现象，严重的甚至会出现碳化(变黑)或开裂等异常。如果器件长期处于开关或者高低温循环状态下，由于芯片与有机材料的热膨胀系数(CTE, Coefficient of Thermal Expansion)不匹配，芯片与有机材料的粘接处很容易产生剥离异常。黄化和剥离等异常都会降低器件的光输出和可靠性。

(3)可靠性试验

研究发现，有机材料长时间受UV照射会发生光降解(有氧环境下发生光氧化)，出现老化和黄化现象，严重的甚至出现开裂，使得器件的光效和可靠性大幅下降，最终导致失效，这种现象在深紫外波段尤其严重。为评估UV LED的可靠性水平或封装材料的抗UV性能，通常会进行一系列的可靠性试验。以常温老化试验为例，在环境温度为常温的条件下同时对玻璃封装和甲基硅胶封装的UV LED进行点亮(芯片波段为395 nm)，每48H进行一次辐射通量检测和外观观察。

玻璃封装的UV LED的辐射通量随着老化时间的增加而慢慢降低，在点亮528H时的辐射通量大约为老化前的93.1%，且外观无明显变化。而甲基硅胶封装的UV LED的辐射通量在老化初期时就开始大幅度降低，而在外观上并未发现任何明显异常，主要原因是甲基硅胶的透过率下降以及芯片老化特性(老化初期辐射通量值下降较快)。随着老化时间的增加，其辐射通量的降低速率开始变小，此时外观检测发现硅胶内部已出现裂纹(主要分布于芯片附近)，且硅胶与芯片的粘接界面已出现了剥离，甲基硅胶裂纹的出现表明断键已发生，而剥离异常是由于硅胶与芯片的热膨胀系数不匹配。在老化336H左右开始，甲基硅胶封装的UV LED的辐射通量的下降速率又明显变大，且在528H时的辐射通量约为老化前的63.4%。此时外观检测发现芯片正上方的硅胶已有明显的开裂(如图三(右)所示)，这是辐射通量加速下降的主要原因。如果定义UV LED的寿命为辐射通量降为初始值的70%时的时间，那么硅胶封装的UV LED的寿命要远短于玻璃封装的UV LED。

(4)气密性

UV LED器件的气密性高低受制于封装材料的透湿透氧率和封装工艺水平等。封装材料的透湿透氧率高，器件的气密性就差，外界环境中的有害物质就容易透过封装材料侵入器件内部而导致器件失效。器件的气密性差会引发各种可靠性问题，例如芯片腐蚀和镀银层硫化发黑等。

有机封装材料的透氧透湿率比玻璃高，例如，甲基硅胶的透氧率通常为20000~30000 cm3/(m2×24H×atm)，苯基硅胶一般为300~3000 cm3/(m2×24H×atm)，一般气体和水都可渗透进有机硅胶内部。而玻璃是一种高致密的无机物，其分子间间隙比水还小，所以一般气体和水都无法透过玻璃。因此，玻璃比有机硅胶更容易实现气密性封装。

(5)电性能

有机材料例如有机硅胶通常会含有一定量的Na+、K+和Cl-等离子，而且有机材料在使用时或多或少都会有小分子物质的释出。有机材料涂覆于芯片表面，有机材料内部的离子或释出的小分子物质过多都会对芯片的电性能造成一定程度的损害，例如芯片反向漏电流的产生及增大。而玻璃不会出现这种异常。

综上所述，无机材料的各项性能都优于有机材料。有机材料常匹配近紫外波段UV LED芯片以用于对性能和可靠性要求较低的场合，而在高温高湿等恶劣环境下或其他要求较高的场合应使用无机材料封装的UV LED。广州市鸿利秉一光电科技有限公司开发的全无机UV LED产品(结构如图四所示，产品性能如表二所示)采用CMH全无机封装技术(Ceramic陶瓷，Metal金属，Hard glass/quartz硬质玻璃)，即以陶瓷作为基板，UV LED芯片放置在陶瓷基板的腔体内，金属和硬质玻璃作为盖板，将盖板和基板进行焊接，腔体内填充氮气，就可以形成气密性封装(气密性测试通过了美国军标MIL-STD-883)。因其100%采用无机材料进行封装，完全避免了有机材料性能劣化而造成的可靠性问题。与其他UV LED器件相比，基于CMH封装技术的全无机UV LED器件具有热阻低、寿命长、气密性好和可靠性高等优点，适用于印刷行业的多种场合。

三、UV LED集成模组

目前市面上常见的UV LED集成模组主要有COB和DOB两种。两种模组的区别主要体现在以下几个方面封装物料、生产工艺、光性能、电性能、热性能。

(1)封装物料

在封装物料的选择上，COB与DOB的主要区别在于芯片和基板。目前市面上，采用横向结构芯片的COB和垂直结构芯片的COB都很常见，而DOB基本都采用垂直结构芯片。用于UV LED集成模组的基板主要有两种，即铜基板和氮化铝(AlN)陶瓷基板。

(2)生产工艺

主要体现在以下两个方面。一、COB一般属于客制化产品，很难实现标准化或者大规模生产，而DOB由于是将已标准化大规模化生产的UV LED器件贴装于基板上。二、COB的制造工艺难度比DOB更大，一旦出现制造不良，比如塌线，整个COB就报废，而DOB就只损失某个器件。而且，在使用过程中一旦发生光源失效，COB只能将整个光源更换，而DOB只需要更换失效的器件。

(4)光性能

因横向结构芯片通常采用蓝宝石作为衬底，所以其散热性能要比垂直结构芯片要差。因此，垂直结构芯片可允许通过的最大正向电流以及光功率密度等都比横向结构芯片的要大。采用横向结构UV LED芯片的COB因其芯片特性限制而常用于低功率(几十瓦以下)要求的场合。

(5)电性能

目前，UV LED的防静电保护基本采用加齐纳的方式来实现。因此，COB无法做到每颗芯片的防静电保护，而DOB可以。所以，COB的抗静电性能要比DOB差很多。而且，DOB模组可以通过基板的线路设计实现单颗器件的点亮测试和漏电流测试，便于失效分析。

(6)热性能

静电：

COB光源对静电敏感，所以在使用COB光源时必须采取有效的防护措施。尤其是静电产生的高压电流超过产品的最大额定值，会引起产品的损坏，或者可能使产品完全失效。客户使用产品时，应采取安全的防止静电和电涌的对应措施。接地电阻≤10欧。

使用防静电手环，防静电垫子，防静电工作服和工作鞋，手套和防静电容器，都是有效的防止静电和电涌的对应措施，烙铁点应正确接地。

焊接：

使用烙铁人手焊接：

推荐使用少于20W的烙铁，而且烙铁的温度必须保持不高于300℃，一次焊接时间不超过3秒。

回流焊：

(a)按照标准的温度曲线进行设置。

(b) 在焊接完成，产品的温度下降到室温后，小心注意处理产品。

LED接面温度在LED寿命与效能表现扮演相当关键的角色，较低的接面温度由于劣化程度较低，因此寿命较长，此外，LED在温度较低时，每单位功率输入的光输出也较高。简单来说，COB封装可让终端使用者以更少的温度管理需求或更低的系统成本，得到比传统离散式元件封装更好的效能表现。

可靠度的改善

热能累积在愈接近LED 元件的部位，影响LED元件的可靠度愈大,封装体在高温(70℃)下运作的劣化情形，由于散热界面的减少，元件可靠度的维持并无疑虑。

更精简的光学设计

采用COB封装设计的光源体，相当类似于点光源;照明所需要的配光要求，如道路照明的二方向性配光曲线等，都可以针对COB光源体的类点光源特性进行光学透镜设计而达成。

COB封装符合LED照明应用期待

从灯具系统的观点来看，使得灯具可靠度容易掌控，无须过多的散热设计与成本;相对于离散式元件组装而成的多点式光源，COB封装具有点光源的特性，更接近人类对于照明光源的需求。在正确的系统设计下，COB封装技术可以提供更高的系统灯具光输出，预计未来将有更多的照明灯具采取此一系统方案。

1.颜色：主要有红色、绿色、蓝色、青色、黄色、白色、琥珀色。

2.电流：根据功率级的不同，常用的LED电流在20mA-2A不等。

3.电压：电压与颜色有关系，一般红、绿、蓝的VF在1.8-2.4V之间;白、蓝、绿的电压在3.0-3.6之间。

4.反向电压Vrm：LED所允许的最大反向电压。超过此值，LED可能被击穿损坏。需注意的是，有的LED是不允许反向的(如OSRAM)，一般Vrm在3-5V之间。

5.色温：以绝对温度K来表示。eg.夏日正午阳光5500K,下午日光4000。

6.发光强度：以坎德拉cd来计。这个量表明发光体在空间发射的会聚能力，是对光功率和会聚能力的一个共同描述。eg.Ф5的LED的I约为5mcd。

7.光通量：以流明lm来计。此量是描述光源的发光总量的大小，与光功率等价。现有的1W的LED光通量可以做到80-130lm。

8.光照度：以勒克斯lux来计。即均匀分布在1㎡表面上的光通量。

9.显色性：以CRI来表示。eg.Luxeon冷白为70，中性白为75，暖白为85。

10.半值角：发光强度为峰值的一半时距中心线的2倍角度。根据不同应用，可以分为高指向性、标准型和散射型。eg.XP-C的半值角110°。

11.寿命：维持到初始光通量70%的时间，而这个时间可以到30.000-100.000小时。

1.二基色荧光粉转换

二基色白光LED是利用蓝光LED芯片和YAG荧光粉制成的。一般使用的蓝光芯片是InGaN芯片，另外也可以使用A1InGaN芯片。蓝光芯片LED配YAG荧光粉方法的优点是：结构简单，成本较低，制作工艺相对简单，而且YAG荧光粉在荧光灯中应用了许多年，工艺比较成熟。其缺点是，蓝光LED效率不够高，到使LED效率较低;荧光粉自身存在能量损耗;荧光粉与封装材料随着时间老化，导致色温漂移和寿命缩短等。

2.三基色荧光粉转换

在较高效率前提下有效提升LED的显色性。得到三基色白光LED的最常用办法是，利用紫外光LED激发一组可被辐射有效的三基色荧光粉。这种类型的白光LED具有高显色性，光色和色温可调，使用高转换效率的荧光粉可以提高LED的光效。不过，紫外LED+三基色荧光粉的方法还存在一定的缺陷，比如荧光粉在转换紫外辐射时效率较低;粉体混合较为困难;封装材料在紫外光照射下容易老化，寿命较短等。

3.多芯片白光LED光源

将红、绿、蓝三色LED芯片封装在一起，将它们发出的光混合在一起，也可以得到白光。这种类型的白光LED光源，称为多芯片白光LED光源。与荧光粉转换白光LED相比，这种类型LED的好处是避免了荧光粉在光转换过程中的能量损耗，可以得到较高的光效;而且可以分开控制不同光色LED的光强，达到全彩变色效果，并可通过LED的波长和强度的选择得到较好的显色性。此方法弊端在于，不同光色的LED芯片的半导体材质相差很大，量子效率不同，光色随驱动电流和温度变化不一致，随时间的衰减速度也不同。为了保持颜色的稳定性，需要对3种颜色的LED分别加反馈电路进行补偿和调节，这就使得电路过于复杂。另外，散热也是困扰多芯片白光LED光源的主要问题。

LED光源就是发光二极管(LED)为发光体的光源。发光二极管发明于20世纪60年代，在随后的数十年中，其基本用途是作为收录机等电子设备的指示灯。这种灯泡具有效率高、寿命长的特点，可连续使用10万小时，比普通白炽灯泡长100倍。

1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

2.效能：LED消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。

3.适用性：LED很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。

4.稳定性：LED可使用10万小时，光衰为初始的50%。

5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

6.驱动：LED使用低压直流电即可驱动，具有负载小、干扰弱的优点，对使用环境要求较低。

7.显色性高：LED的显色性高，不会对人的眼睛造成伤害。

COB光源是指芯片直接在整个基板上进行邦定封装，即在里基板上把N个芯片继承集成在一起进行封装。主要用来解决小功率芯片制造大功率LED灯问题，可以分散芯片散热，提高光效，同时改善LED灯的眩光效应。COB光通量密度高，眩光少光柔和，发出来的是一个均匀分布的光面。

COB光源是在LED芯片直接贴在高反光率的镜面金属基板上的高光效集成面光源技术，此技术剔除了支架概念，无电镀、无回流焊、无贴片工序，因此工序减少近三分之一，成本也节约了三分之一。

COB光源可以简单理解为高功率集成面光源，可以根据产品外形结构设计光源的出光面积和外形尺寸。

1、散光光源，无刺眼炫光。

颗粒LED光源功率越大光线越刺眼，不适合小孩家庭使用，但LED面光源 生产工艺解决了led发光的眩光问题，使用范围更广，更安全。

2、高导热，低光衰，长寿命。

一带二代led封装技术散热设计不良，led二次焊接后即使用大量散热器也无法快速导出热量，导致成品led灯具光衰极快。 led面光源采用cob工艺生产，摒弃了草帽管和贴片灯珠的金属支架封装模式，直接将芯片贴装在导热性能极佳的金属基板上，散热效率比灯珠式led光源提高几十倍，大幅度降低了led光源的光衰，有效保证了led灯具的使用寿命。

3、出光均匀，无色斑。

单颗大功率LED光源大多使用透镜改善光效，即增加成本又使光视角变小;而使用多颗led灯珠的灯具会出现出光不均匀以及鬼影现象。led面光源是整面封装，先进的工艺完美的解决了led灯珠色光不均的问题，整面出光，光照均匀光效好，是未来室内照明用节能光源的不二之选。

4、性能稳定，组装简易，应用方便。

颗粒式led灯珠组合成一盏灯具需要二次焊接再组装整灯，成本高，故障 多，无形中大幅增加了企业的生产成本;led面光源整体封装成型，实现了led照明灯具光源的模块化生产，用户无需二次加工即可使用，使用简单，可直接应用于整灯生产，适合广泛推广。

5、发光无频闪，无紫外线波段，绿色环保，更符合节能环保需求。

1、烙铁焊接：烙铁(最高30W)尖端温度不超过300℃;焊接时间不超过3秒;焊接位置至少离胶体4毫米。

2、浸焊：浸焊最高温度260℃;浸焊时间不超过5秒;浸焊位置至少离胶体4毫米。

一、LED尺寸大小：0603、0805、1210、5050是指LED灯带上使用的发光元件----LED的尺寸大小(英制/公制)，下面是这些规格的详细介绍：

0603：换算为公制是1005，即表示LED元件的长度是1.0mm，宽度是0.5mm。行业简称1005，英制叫法是0603.

0805：换算为公制是2125，即表示LED元件的长度是2.0mm，宽度是1.25mm.行业简称2125，英制叫法是0805.

1210：换算为公制是3528，即表示LED元件的长度是3.5mm，宽度是2.8mm。行业简称3528，英制叫法是1210.

5050：这是公制叫法，即表示LED元件的长度是5.0mm，宽度是5.0mm。行业简称5050.

LED灯数：15灯、30灯、60灯是指LED灯带每米长度上焊接了多少颗LED元件，一般来说1210规格灯带是每米60颗LED，5050规格灯带是每米30颗LED，特殊的有每米60颗LED。不同LED数量的LED灯带价格是不同的，这也是区分LED灯带价格的一个重要因素。

发光强度，常用单位是mcd，即毫坎德拉。数值越高，说明发光强度越大，也就是越亮。这是评定LED灯带亮度的重要指标，亮度要求越高的灯带价格越贵。这是因为高亮度的LED芯片价格偏贵，并且亮度越高，封装难度越大。

SMD元件的发光角度都是120度。发光角度越大，起散光效果越好，但相对的，其发光的亮度也就相应减小了。发光角度小，光的强度是上去了，但照射的范围又会缩小。因此，评定LED灯带的另一个重要指标就是发光角度。现在市面上有一些不良厂家，为了提高发光的亮度以赚取更高的利润，故意把发光角度减小，稍有不慎，就会买到这样的以次充好的元件。

LED灯带的输入电压，一般常用的规格是直流12V，也有的是24V。

1、最好用“纯”直流电源供电

一些供应商生产的LED产品通过“阻容降压”的方法给LED供电，这种方法会给LED产品的寿命造成影响。最好是用开关电源，这样不仅使LED电源“纹波系数”减小，还能使电压更加稳定。

2、做好静电防护

加工生产的时候LED要采取一定的防静电方法，比如：工作台要和地面接触，工人都要穿上防静电服装，带上防静电环，还有防静电手套也要带上，条件好的还可以安装防静电离子风机，期间还要保证车间的湿度在65%左右，这样就能避免空气太过干燥产生静电，与其他颜色LED一比较绿色和蓝色的容易被静电给破坏。还有LED的质量关系到他的抗电能力，质量好的LED抗静电能力要好一些。

3、温度会影响LED的内阻

LED额定电流大概是20mA，温度升高的时候，它的内阻就会变小。如果用稳压的方法供电的话会造成LED电流升高的现象，而电流超过20mA的时候，LED的寿命就会受到影响，情况严重的话LED直接烧坏。所以最好选用恒流源供电，这样可以确保LED的电流不会因为温度的变化而变化。

1、生产时一定要戴防静电手套，防静电手腕，电烙铁一定要接地，严禁徒手触摸白光LED的两只引线脚。因为白光LED的防静电为100V，而在工作台上工作湿度为60%-90%时人体的静电会损坏发光二极管的结晶层，工作一段时间后(如10小时)二极管就会失效(不亮)，严重时会立即失效。

2、焊接温度为260℃，3秒。温度过高，时间过长会烧坏芯片。为了更好地保护LED，LED胶体与PC板应保持2mm以上的间距，以使焊接热量在引脚中散除。

3、LED的正常工作电流为20mA，电压的微小波动(如0.1V)都将引起电流的大幅度波动(10%-15%)。因此，在电路设计时应根据LED的压降配对不同的限流电阻，以保证LED处于最佳工作状态。电流过大，LED会缩短寿命，电流过小，达不到所需光强。

一般在批量供货时会将LED分光分色，即同一包产品里的LED光强、电压、光色都是一致的，并在分光色表上注明。

关于LED漏电的问题，很多人都遇到过。有的是在生产检测时就发现，有得是在客户使用时发现。漏电出现的时机也各有不同。有些是在LED封装完 成后的测试时就有，有些是在仓库放置一段时间后出现，有些是在老化一段时间后出现，有些是在客户焊接后出现，有些是在客户使用一段时间后出现。

对LED漏电问题的具体发生原因，一直困扰着封装厂的工程师。不少人认为LED漏电的原因不外如下——

静电损坏、晶片本身漏电、银胶问题、打线偏焊、运输过程静电击穿漏电、封装时机台调试不当或封装后认为造成成品漏电。

纵观网上的结论，绝多数人将LED漏电原因归结于静电损坏。他们提出的解决措施不外乎强调防静电措施。这让封装厂和使用者都很为难。因为即使他 们做好的防静电措施，LED漏电现象依然会有存在。那么，LED漏电原因到底是什么呢?在目前，LED漏电原因最可能是以下几点(按可能性大小 排序)：

1、芯片收到玷污(最主要、最高发问题)

2、银胶过高

3、打线偏焊

4、应力

5、使用不当

6、晶片本身漏电

7、工艺不当使得芯片开裂

8、静电

9、其它原因