不同胶量对UVC LED玻璃黏结性能的影响

麦家儿，章金惠，欧叙文

佛山市国星光电股份有限公司，广东 佛山 528000

0 引言

随着《关于汞的水俣公约》的实施，一批含汞产品在2020年已经被淘汰，而UV LED随着技术的逐渐成熟，慢慢步入大众的视线。相较于汞灯，UV LED优势明显。首先，UV LED不含汞，光源纯度高，不存在因为破碎而导致汞蒸气泄露污染的问题，而且UV LED能瞬间启动，无须预热，汞灯则均需要预热一段时间才能正常工作；其次，UV LED属于点光源，照射集中，而且小巧方便，便于使用，而汞灯属于面光源，无法实现集中照射，且体积较大，在一些场合无法使用。

UV LED，特别是UVC LED，由于其特殊性质，对有机材料比白光的影响更大，且部分用途特殊，因而市场上有多种关于不同的UV LED封装形式，但UVC目前的主流封装方式为在带杯的支架上采用抗UV的胶水黏结石英玻璃[1-2]。业界已经有对UVC LED芯片亮度提升，封装分类、黏结材料对比可靠性，器件散热分析等的相关研究[3]，然而，对于本身石英玻璃封装中黏结胶量不同所导致的可靠性区别，如良率、推力、红墨水气密性等方面进行的试验分析和不良分析对比相对缺乏，目前关于这些方面的文献、报道相对比较少。

基于此，文章围绕UVC LED石英玻璃封装的形式，对不同胶量的黏结的UVC封装器件进行可靠性对比分析，比如对良率、推力、红墨水气密性等方面进行试验分析和不良分析对比，为封装优化提供技术参考。

1 UVC LED封装概述

UV LED，特别是UVC LED对有机封装材料具有较大的破坏作用，因而UVC LED封装相对于常规LED封装会比较特殊。市场上UV LED封装主要有3种封装形式，分别是有机封装、半无机封装以及全无机封装。有机封装与常规白光LED封装类似，采用抗UV的硅胶，特别是氟树脂来对芯片进行直接封装，这种封装形式主要取决于芯片的光功率和封装树脂的耐UV性能，性能上参差不齐[4]。半无机封装是目前UVC LED的主流封装形式，其采用石英玻璃作为封装材料，石英玻璃是无机物，UV对其没有影响，因此关键在于石英玻璃的透光率，其主要采用抗UV的黏结材料将石英玻璃和支架黏结在一起，其可靠性和稳定性均比大部分的有机封装材料要好很多[5-6]。全无机封装即将封装的有机材料全部剔除，可靠性高，但工艺难度也较高。

文章选取市场主流的半无机封装形式，为了更好地对比不同胶量黏结的UVC封装器件的性能，用相同支架的产品进行对比。支架尺寸为3.6 mm×3.6 mm，材质为陶瓷基板带杯镀金，采用不同胶量进行封装，固化条件一致。封装形式如图1所示。

图1 封装形式示意图

围绕0.000 25 mL、0.000 35 mL、0.000 45 mL、0.000 55 mL、0.000 65 mL这几种胶量展开试验，试验数量为每种胶量各点一块基板，每块板总数为324 PCS，对不同参数进行试验分析，来研究不同胶量对该款半无机封装产品的可靠性的影响。

2 不同胶量对封装良率的影响

对不同胶量封装的产品进行外观检查，统计各种不良的数量以及总的不良率，其数据结果如表1、图2所示。

表1 和图2表明，随着点胶量的增加，气体通道和外观不良呈现下降趋势，而溢胶不良则呈现上升趋势，总不良数为先下降后上升。其主要原因为，当胶量偏少时，胶不足够实现玻璃和陶瓷的全面结合，导致了更多的外观不良以及气体通道不良；而当胶量开始增加到一定程度，已经足够实现玻璃和陶瓷的全面结合时，外观和气体通道的不良将趋于没有；胶量继续增加的情况下，胶量就会太多，导致多余的胶流到腔体内部，造成了溢胶不良。综上所述，在胶量少的时候主要是外观和气体通道不良，胶量偏多时为溢胶不良，并在点胶量为0.000 45 mL时趋于最优值。3种不良如图3所示。

图2 不同胶量的不良对比

图3 3种不良图示

表1 不同胶量的不良对比

3 不同胶量对封装玻璃推力的影响

对不同胶量黏结的玻璃进行推力测试，同时对气体通道、溢胶、外观不良3种不良进行推力测试对比，记录分析所有的推力数据，选取不同胶量的器件各5个，分别编号为1号～5号，结果如表2、表3所示。

表3 不同不良的推力对比

从表2可以看出，不同点胶量良品的推力差异较小，基本在4.5 kg以上；而气体通道、溢胶、外观不良中，溢胶的推力和良品基本一致，气体通道和外观不良的推力会比正常品低15%以上。溢胶不良与其他两个不良的不同点在于，其胶水覆盖玻璃和基板的面积和良品一致，而其他两种不良覆盖的面积偏少。这说明不管胶量多少，只要胶水能完全覆盖玻璃和基板的结合面，其推力会达到一个最大值，且趋于稳定；而当胶水不能完全覆盖时，推力将下降。

表2 不同胶量良品的推力对比

4 不同胶量对红墨水可靠性的影响

对不同胶量黏结的器件良品以及对气体通道、溢胶、外观不良3种不良进行常温24 h红墨水失效对比，数量为各20 PCS，记录分析不同胶量对红墨水可靠性的影响，结果如表4、表5所示。

表4 不同胶量的红墨水失效对比

表5 不同不良的红墨水失效对比

表4 、表5数据表明，不同胶量对UVC器件的红墨水可靠性没有影响，失效率均为0%；而对比3种不良的红墨水试验发现，气体通道不良的失效率为100%，溢胶和外观不良的失效率为0%。因为不管是良品，还是溢胶和外观不良品，均对整个器件进行了密封，所以红墨水无法进入器件内部导致失效；而气体通道不良品由于没有密封，导致红墨水经由气体通道进入UVC器件内部，从而导致器件失效。红墨水试验后的良品和不良品失效如图4所示。

图4 红墨水试验后的良品和不良品图示

5 结论

UV LED特别是UVC LED相比常规LED而言，封装形式相对特殊。文章采用目前市面上主流的半无机玻璃封装形式进行了试验。根据试验结果可以得出以下结论：（1）随着点胶量的增加，气体通道和外观不良呈现下降趋势，而溢胶不良则呈上升趋势，总的不良数为先下降后上升的情况；（2）不同点胶量良品的推力差异不大，基本均在4.5 kg以上，而气体通道、溢胶、外观不良中，溢胶的推力和良品基本一致，气体通道和外观不良的推力会比正常品低15%以上；（3）不同胶量对UVC器件的红墨水可靠性没有影响，失效率均为0%，而对比3种不良的红墨水试验，气体通道不良的不良率为100%，溢胶和外观不良的失效率也0%。

从几种胶量对比情况来看，总体是0.000 45 mL的胶量效果最好，更适合器件封装，而对于其他不同尺寸、不同结构的封装，胶量需要另外摸索。对于几种不良，在部分应用领域，该不良其实对应用端是否有影响也需要进一步明确。综上所述，在实际使用时需要明确不同UVC产品所适配的胶量并结合UVC器件的实际用途，以便定义UVC LED不良。