一場新型冠狀病毒(COVID-19)，大大縮短了UVC LED技術(shù)的消費(fèi)者教育時(shí)間。自去年以來，應(yīng)用了UVC LED技術(shù)的產(chǎn)品如雨后春筍般瘋狂出現(xiàn)。

據(jù)了解，在疫情的影響之下，品牌廠商對于殺菌凈化的意識大幅提升，從家電消毒，到空氣殺菌、水凈化等，UVC LED市場需求居高不下，帶動(dòng)了UV LED整體市場規(guī)模的發(fā)展。

但就目前的技術(shù)水平而言，在產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)，UVC LED均面臨著各不相同的困難。

芯片是性能提升、降低成本的根本

芯片是UVC LED產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的難點(diǎn)。

瑞豐光電指出，目前市面上量產(chǎn)流通的UVC LED芯片的光電轉(zhuǎn)換效率只有3%左右，要想大幅度的提高光電轉(zhuǎn)換率，源頭在于芯片自身的提升。

升譜光電更是直言，外延片及芯片端是整個(gè)UVC LED產(chǎn)業(yè)鏈的根本所在，如果芯片的性能不好，無論封裝端如何提升結(jié)構(gòu)、技術(shù)，都無法從根本上解決問題。

據(jù)了解，當(dāng)前從事UVC LED芯片的廠商有許多，國內(nèi)以三安、圓融杰生、安芯美半導(dǎo)體、深紫科技、中科潞安、至芯半導(dǎo)體、至善半導(dǎo)體、寧波紫芯、華燦光電、華引芯、國星半導(dǎo)體等為主，國際的包括首爾半導(dǎo)體、日亞化、Photon Wave等。

但據(jù)TrendForce集邦咨詢旗下光電研究處LEDinside了解，市面上的UVC LED芯片規(guī)格以1020為主，其他規(guī)格開發(fā)難度較大，良率較低。

UVC LED產(chǎn)品目前仍然存在光電轉(zhuǎn)換效率低、性價(jià)比相對傳統(tǒng)光源低、壽命無法滿足大多數(shù)應(yīng)用場景的需求等問題，而這些問題中最基本的問題是光電轉(zhuǎn)化效率。

眾所周知，未能成功轉(zhuǎn)化為光的電能，則以熱能的形式呈現(xiàn)，而芯片的使用壽命又恰恰與溫度成反比。同時(shí)，由光電轉(zhuǎn)換效率低而帶來的高的發(fā)熱量，也對散熱提出了更大的要求，這無形中又再度增加了芯片的成本。

當(dāng)然，經(jīng)過多年的發(fā)展和培育，UVC LED芯片產(chǎn)業(yè)也取得了一定的進(jìn)步，比如國產(chǎn)MOCVD設(shè)備現(xiàn)已逐漸具備與國際廠商爭鋒的資格，這大大降低了UVC LED芯片的生產(chǎn)成本。

圓融杰生表示，公司投入U(xiǎn)VC外延生產(chǎn)的國產(chǎn)MOCVD已達(dá)6臺(tái)，可生產(chǎn)6000片/月高質(zhì)量UVC外延片，國產(chǎn)MOCVD在UVC LED的均勻性、亮度、壽命等方面均有優(yōu)良的表現(xiàn)，且國產(chǎn)MOCVD的容量大、維護(hù)方便、穩(wěn)定性好，適合量產(chǎn)。圓融杰生已與國產(chǎn)MOCVD生產(chǎn)廠家建立了良好的合作關(guān)系，通過外延工藝與MOCVD設(shè)備的共同進(jìn)步不斷推動(dòng)UVC LED的性能表現(xiàn)。

華引芯認(rèn)為，國產(chǎn)MOCVD設(shè)備在UVC LED外延生長的整體水平方面仍與海外MOCVD設(shè)備有一些差距，但MOCVD國產(chǎn)廠商在2020年進(jìn)步明顯，差距在縮小。

至芯半導(dǎo)體則表示，從成本和性能上而言，國產(chǎn)MOCVD設(shè)備在生產(chǎn)可見光LED方面都優(yōu)于國外廠商；而在UVC LED方面，國產(chǎn)設(shè)備雖起步稍晚，但目前已經(jīng)取得較大進(jìn)步。

至芯半導(dǎo)體指出，公司在現(xiàn)有國產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行改造，生產(chǎn)的UV LED芯片已經(jīng)具備較為優(yōu)良的性能。

安芯美介紹，德國AIXTRON和美國VEECO為國際主流的可見光用MOCVD設(shè)備制造商，韓國TES公司的MOCVD設(shè)備在深紫外LED外延上有較好的表現(xiàn)。目前，國產(chǎn)MOCVD設(shè)備已可滿足UVC LED對溫度的需求，再結(jié)合安芯美對反應(yīng)腔體及氣流等的二次改造升級優(yōu)化，國產(chǎn)MOCVD有不錯(cuò)的性能。

封裝的共性問題：封裝方式、材料、工藝

在UVC LED封裝過程中，需要全程注意材料的抗紫外性能，這是UVC LED封裝與傳統(tǒng)白光LED封裝之間最大的區(qū)別，也是困難所在。

封裝方式

目前，UVC LED的封裝方式主要有三種：有機(jī)封裝，半無機(jī)封裝（也稱“近無機(jī)封裝”）以及全無機(jī)封裝。三種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。

有機(jī)材料在長時(shí)間接受紫外照射下容易發(fā)生紫外降解。因此，有機(jī)封裝主要在白光LED封裝中得到應(yīng)用，在UVC LED封裝中正逐漸被半無機(jī)封裝、全無機(jī)封裝取代。

此外，全無機(jī)封裝雖在性能方面較半無機(jī)封裝優(yōu)越，但由于技術(shù)難度高，價(jià)格也更高，因此，目前市面上仍以半無機(jī)封裝為主。

據(jù)了解，升譜光電80%以上的客戶都選擇使用半無機(jī)封裝的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，只有對產(chǎn)品的可靠性、氣密性要求比較高的應(yīng)用場合會(huì)選擇采用全無機(jī)封裝。

瑞豐光電則針對不同應(yīng)用場景及不同需求的客戶，提供了不同的封裝產(chǎn)品。據(jù)悉，瑞豐光電目前已經(jīng)具備全無機(jī)封裝的量產(chǎn)技術(shù)。并計(jì)劃應(yīng)用于高功率單芯封裝和集成封裝。

此外，至芯半導(dǎo)體、鴻利智匯、國星光電、銀月光、圓融杰生等均表示目前主推半無機(jī)封裝產(chǎn)品；安芯美半導(dǎo)體兼顧半無機(jī)及全無機(jī)封裝產(chǎn)品；而鴻利秉一、華引芯則以全無機(jī)封裝產(chǎn)品為主。

其中，安芯美半導(dǎo)體指出，半無機(jī)封裝產(chǎn)品在成本上有一定優(yōu)勢，而全無機(jī)封裝則將在中大功率產(chǎn)品的應(yīng)用上占據(jù)重要地位。

封裝材料和工藝

封裝材料主要包括出光材料、散熱基板材料、焊接鍵合材料；工藝則主要包括固晶、打線（或倒裝共晶）和焊接。不同的材料需要搭配不同的工藝。

同時(shí)，熱能作為整個(gè)UVC LED產(chǎn)業(yè)鏈的“頭號公敵”，是相關(guān)企業(yè)各顯神通“欲除之而后快”的一個(gè)難題。

熱管理與材料、工藝息息相關(guān)，不同企業(yè)采用了不同的材料組合及工藝方案。

出光材料正轉(zhuǎn)向石英玻璃、藍(lán)寶石等無機(jī)透明材料來對UVC LED進(jìn)行封裝。

具體到各個(gè)企業(yè)，鴻利智匯、安芯美、國星光電、升譜光電等主要采用石英玻璃，而至芯半導(dǎo)體則表示石英玻璃、藍(lán)寶石兩種材料均有所運(yùn)用。

據(jù)悉，石英玻璃物化性能穩(wěn)定，在深紫外波段具有高透過率（＞90%），并具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性好、氣密性高等特點(diǎn)，因此成為UVC LED封裝用透鏡材料的熱門選項(xiàng)。

散熱基板材料主要有樹脂類、金屬類和陶瓷類三種。

圓融杰生采用AlN及Al2O3陶瓷，具備良好的絕緣性及導(dǎo)熱性。其中AJ及BX系列采用一體設(shè)計(jì)圍壩，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，背部無其他高熱阻絕緣層，整體熱阻小。

其中，華引芯采用了氮化鋁覆銅材料配合共晶技術(shù)焊接芯片的方案；至芯半導(dǎo)體采用AlN陶瓷+電鍍工藝，保證了良好的散熱通道；銀月光采用的是高導(dǎo)熱性的ALN基板。

安芯美則選擇AlN作為基板的基材。該公司表示，AlN材料具備非常優(yōu)秀的導(dǎo)熱能力，其導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到20W/m·K，且AlN的機(jī)械性能好，抗折強(qiáng)度高于Al2O3和BeO陶瓷，可以用于常壓燒結(jié)。

升譜光電則選用了氮化鋁基板。該公司認(rèn)為，氮化鋁基板能使熱量更迅速、更有效地通過專用通道把熱量導(dǎo)出，確保器件光效高輸出、導(dǎo)熱性能好、穩(wěn)定可靠。

焊接鍵合材料方面，UVC LED的焊接材料主要包括芯片固晶材料和基板焊接材料，分別用于芯片、透鏡與基板之間的焊接。

國星光電在共晶焊工藝技術(shù)方面的優(yōu)勢和特色較為突出。該公司具備10年的共晶技術(shù)沉淀，回流共晶空洞率基本控制在10%以內(nèi)，大大低于市面上同類產(chǎn)品。據(jù)介紹，在降低焊接空洞率方面，該公司已形成了一套較為領(lǐng)先和完善的工藝技術(shù)。目前，其UVC LED產(chǎn)品總體空洞面積在10%以下，單顆最大空洞面積在2%以下。

此外，國星光電也實(shí)現(xiàn)了全無機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)，配合高功率UVC LED芯片，可以有效解決UVC衰減偏大的問題。

圓融杰生表示，公式是國內(nèi)較早采用共晶的方式進(jìn)行UVC封裝廠，2020年共晶UVC燈珠產(chǎn)出超過30KK。通過不斷地技術(shù)創(chuàng)新，封裝空洞率低，散熱性能優(yōu)良。此外燈珠蓋板采用藍(lán)寶石雙面鍍膜工藝，在提高UVC光萃取效率的同時(shí)通過提高蓋板、膠水、金屬的浸潤性，提高封裝的粘接力和防塵防水等級。

至芯半導(dǎo)體采用真空共晶焊接紫外芯片與支架，以此降低焊接空洞率；銀月光以共晶工藝焊接，提升芯片和基板的結(jié)合強(qiáng)度和導(dǎo)熱率，且在焊接過程中保證處于低壓氮?dú)猸h(huán)境下，有效降低了空洞率。

安芯美認(rèn)為，倒裝芯片方案中，空洞率的檢查一直是比較難的一項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樾酒碾姌O小、錫薄，所以產(chǎn)生的空洞都不容易被發(fā)現(xiàn)。為此，安芯美采用的是高可靠性金錫倒裝芯片，使用真空共晶爐方式，再配合一些獨(dú)有的檢驗(yàn)方式，以此降低空洞率，提高燈珠穩(wěn)定性。

升譜光電表示，在全無機(jī)封裝上，公司采用了與晶片工藝相同的共晶制程，也就是對石英玻璃邊緣進(jìn)行特殊處理，然后與框架進(jìn)行金屬化焊接；半無機(jī)封裝涉及到粘接膠窗口密封，因此公司對窗口的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使UVC光輻射的強(qiáng)度在窗口端降到最低，避免對粘接膠造成攻擊；在UVC晶片共晶方面則使用了真空爐加工，大大降低了UVC晶片底部焊接空洞的出現(xiàn)。

瑞豐光電表示，公司一直在改良產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、散熱方式及生產(chǎn)方式。公司指出，理論上，共晶工藝比錫膏工藝的散熱性好。

應(yīng)用場景多點(diǎn)開花，但代替汞燈仍待時(shí)日

UVC LED無須預(yù)熱時(shí)間、不使用汞，具有環(huán)保、壽命長、節(jié)能、熱損失較少等優(yōu)點(diǎn)，可充分對應(yīng)到小型空間與表面/空調(diào)殺菌的市場需求。

TrendForce集邦咨詢旗下光電研究處LEDinside指出，相較于2020年COVID-19帶動(dòng)的攜便式市場需求、主要規(guī)格為3-5mW的UVC LED產(chǎn)品，2021年中國、歐美、韓國、日本品牌廠商計(jì)劃在新款家電產(chǎn)品之中導(dǎo)入U(xiǎn)VC LED。其中，空氣殺菌將是2021年領(lǐng)導(dǎo)品牌廠商的重點(diǎn)布局領(lǐng)域，且主流產(chǎn)品趨勢朝向20-50mW UVC LED，甚至是更高光功率。

除了家電市場外，2021年UVC LED應(yīng)用市場包含汽車空調(diào)、商業(yè)用、動(dòng)態(tài)水殺菌、工業(yè)與制造業(yè)、工廠自動(dòng)化應(yīng)用與醫(yī)療用等。根據(jù)TrendForce集邦咨詢旗下光電研究處LEDinside調(diào)查，計(jì)劃導(dǎo)入或是正在導(dǎo)入U(xiǎn)VC LED的品牌廠商高達(dá)35家以上。

但UVC LED欲在短期內(nèi)完全取代汞燈市場仍然是一個(gè)不可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

業(yè)界認(rèn)為，UVC LED目前仍存在光電轉(zhuǎn)換效率低、殺菌效果難以可視化、價(jià)格過高、性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)未完善、壽命較低等問題，這是UVC LED在技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用推廣過程中必須去面對和解決的難題。

圓融杰生認(rèn)為，隨著外延和芯片技術(shù)的進(jìn)步、新的材料和封裝形式的引入，UVC LED的發(fā)光效率以及價(jià)格問題會(huì)得到較快解決。預(yù)計(jì)到2023年，UVC LED可以小部分取代汞燈，而到2025年以后則可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模替代。

至芯半導(dǎo)體認(rèn)為，UVC LED完全取代汞燈還比較難，前期可以發(fā)揮UVC LED便攜小巧、定向性好、直流低壓等優(yōu)勢，在一些緊湊型應(yīng)用產(chǎn)品中優(yōu)先實(shí)現(xiàn)使用或替代。性能提升之后，全面取代汞燈是一個(gè)必然趨勢，估計(jì)需要2-3年時(shí)間。

安芯美半導(dǎo)體指出，UVC LED最終取代汞燈是趨勢，但從當(dāng)前到將來，UVC LED行業(yè)最應(yīng)該做的是充分利用UVC LED的環(huán)保、便攜、易智能化等優(yōu)勢，通過全產(chǎn)業(yè)鏈及橫向聯(lián)合的突破性創(chuàng)新，植入并創(chuàng)造出很多新的應(yīng)用方式與場景，就像智能手機(jī)對功能手機(jī)，不僅僅是取代，更是創(chuàng)造了很多新的應(yīng)用場景及產(chǎn)業(yè)。

國星光電則表示，UVC LED市場滲透率的提升需要整個(gè)產(chǎn)品鏈的投入，且發(fā)光效率快速達(dá)到汞燈的性能后才能快速占領(lǐng)市場，預(yù)計(jì)需要3-5年。

瑞豐光電則認(rèn)為，在一些消費(fèi)類及小功率類產(chǎn)品，UVC LED能在短期內(nèi)取代汞燈，但是在工業(yè)類應(yīng)用領(lǐng)域，受限于成本及散熱等問題，UVC LED無法在短期內(nèi)取代汞燈。

升譜光電指出，從長遠(yuǎn)趨勢來看，UVC LED替代汞燈是一種必然，但當(dāng)前依然處于共存發(fā)展的階段。何時(shí)可以替代汞燈則關(guān)鍵取決于UVC LED的技術(shù)進(jìn)步：如果UVC的光電轉(zhuǎn)換率能夠在現(xiàn)有基礎(chǔ)上（3%左右）增加3～5倍，則可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模替換汞燈；如果能增加8～10倍，則汞燈將完全退出歷史舞臺(tái)。

慧億提到，汞燈目前在大功率應(yīng)用領(lǐng)域具有極大的成本優(yōu)勢，適用于集中式殺菌場合，如自來水廠集中式水處理系統(tǒng)或者超大儲(chǔ)水系統(tǒng)的殺菌消毒，但迫于《水俁公約》的壓力，其應(yīng)用范圍會(huì)逐漸萎縮；UVC LED應(yīng)發(fā)揮體積小、應(yīng)用簡單的優(yōu)勢，化集中式殺菌應(yīng)用為分布式殺菌應(yīng)用，比如將自來水廠的集中式殺菌，轉(zhuǎn)化為個(gè)人家庭的水龍頭式殺菌，以達(dá)到迅速替代的目標(biāo)。

結(jié)語：UVC LED的AB面

UVC LED的A面，是不斷上揚(yáng)的市場需求。

TrendForce集邦咨詢在最新的《2021深紫外線LED應(yīng)用市場與品牌策略》報(bào)告中指出，預(yù)估2025年UV LED市場規(guī)模將有可能到達(dá)23.96億美金，2020-2025年復(fù)合成長率為51%。其中，UVC LED市場需求持續(xù)表現(xiàn)亮麗，帶動(dòng)整體UV LED市場規(guī)模發(fā)展。

UVC LED的B面，是不成熟、無序的發(fā)展現(xiàn)狀。

自2020年下半年開始，UVC消費(fèi)類市場就開始逐漸冷卻，整個(gè)UVC LED市場需求也有所降溫。

難道說，疫情漸趨穩(wěn)定了，UVC LED就沒有市場了嗎？

實(shí)則不然。UVC LED市場在2020年上半年的瘋狂擴(kuò)張中顯得十分混亂，市場魚龍混雜、產(chǎn)品良莠不齊、殺菌效果未達(dá)預(yù)期、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一。許多UVC LED技術(shù)并不完善的產(chǎn)品和企業(yè)瘋狂涌入市場，發(fā)了一筆疫情財(cái)，卻也大大拉低了UVC LED在消費(fèi)者心中的信任度，也損害了UVC LED市場的正常發(fā)展。

進(jìn)入2021年，行業(yè)從狂熱逐漸冷靜，UVC LED市場在博弈中逐步走向成熟階段。

欲戴王冠，必承其重。作為一項(xiàng)高技術(shù)門檻的技術(shù)，UVC LED是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的機(jī)遇，卻也需要企業(yè)加大研發(fā)力度，才能在激烈而殘酷的市場競爭中博得一席之地。

不逞一時(shí)之快，不貪一時(shí)之利，不慕一時(shí)之名，才是長久之道。（文：LEDInside Lynn）

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