英国Cambridge Nanotherm公司的John Cafferkey以为,曾经有句话说“发生的热量要比光更多”,现在这句话也总结了UVC LED这个日益增长的商场面对的“热量应战”。现在,UVC LED首要用于为医疗仪器、水和其他日常消费品消毒。

  UVC技能起源于20世纪初,那时水银灯初次进行批量出产。

  紫外线发射灯在1910年用于饮用水消毒。可是,那家原型厂因被证明是不太牢靠的,因而遭到封闭。

  在20世纪50年代,新的UVC水处理体系被试用,到20世纪80年代中期,欧洲共有约1500家工厂。

  除水处理外,UVC用于一系列运用中,包含清洁医疗设备和医院室,为空调体系消毒以避免病原体分散等。

  尽管水银蒸气灯在这些大型运用中十分有用,可是灯泡很软弱,以及运用风险汞意味着它们不适合更便携的及环境友爱型的运用。

  近年来,LED制造商开宣布越来越有用的UVC LED。尽管不如UVA LED(用于固化油墨和油漆)那么有用,但它们可用于低功率运用。

  因而,职业分析师以为接下来几年UVC LED将会敏捷发展。这种昌盛的根底是UVC LED为便携式、消费友爱型的UVC运用中发明了商场。例如,消费者将会购买便携式消毒“魔杖”,它们可以用来消毒日常用品,如智能手机、平板电脑或键盘。

  消费品制造商可以将LED UVC技能嵌入到产品中进行自我消毒。例如,牙刷用完后放回到架子上,可以进行主动消毒;可以按下按钮,婴儿奶瓶就可以进行主动灭菌;当运用时,水龙头可以对水进行灭菌。这些可能性是无止境的。

  解救生命的潜力

  可是,UVC的一些更深化的运用才是令人重视的。便携式灭菌瓶可以改进发展中国家向其公民供给清洁饮水的办法,需求饮用时,就可以对水进行消毒。这在一些区域特别有价值,比方没有集中式水消毒根底设施的区域,或许可以敏捷供给安全用水的灾区。

  除了新的运用之外,乃至医院(UVC已在医院运用多年)都可以获益。在全球范围内,每年超越70万患者住院时受到感染,75000人逝世。UVC技能可以嵌入医疗器械中,如听诊器和解剖刀,可以在几秒钟内消毒。

  UVC LED有潜力将UVC的消毒才能带入群众商场,可能对公共卫生发生严重影响。

  热应战

  该技能还处于起步阶段,其间一个应战是UVC LED的热办理。像任何电子元件一样,LED对热灵敏。

  UVC LED具有特别低的外量子效率(EQE)- 它们只将大约5%的功率输入转换成光。剩下95%的功率被转换成热量,热量有必要要快速去除,以坚持LED芯片低于其最大工作温度。假设没有及时将LED芯片冷却,将终究缩短其运用寿数,乃至不能运用。

  跟着UVC LcccccED越来越强壮,制造商需求考虑新的办法来应对这一应战。现在,问题仍然是怎么处理UV LED的高热需求,一起保证组件坚持本钱效益、经用、本领紫外线光源自身的磨损。

  由于UV LED太小,很多的热量无法从其外表分散,所以有用让热量排放的仅有途径是经过LED反面。热量有必要从LED芯片导出,经过模块PCB,抵达散热片,然后释放到大气中。

  热量也是PCB的问题

  装置LED的PCB有必要具有高导热性,关于可见光LED一般是金属基印刷电路板(MCPCB)。可是,这些不适用于UVC运用。MCPCB由一块金属(一般为铝或铜)制成,上面的铜电路层附有一层电介质层,由导电但电绝缘的环氧树脂组成。

  根据环氧电介质的MCPCB可用于可见光运用,但UV(特别是UVC)会降解有机物质,如环氧树脂,进而明显降低了UV运用中MCPCB的寿数。仅有可行的代替计划是运用电子级陶瓷。

  其间,氮化铝(AIN)具有优异的导热性(140W/mK-170W/ mK),但很贵重。氧化铝(Al2O3)是更具本钱效益的代替品,但没有供给UV LED所需的热导率(20W/mK-30W/mK)。一起,这两者都很软弱,而且简单损坏,这意味着它们不简单用螺丝装置,而且不适合于更强壮的运用。

  代替计划是具有溅射电路层的纳米陶瓷。这供给150 W/mK以上的热导率,而且在所需的热范围内。

  英国Cambridge Nanotherm运用专利的电化学氧化(ECO)工艺,运用这种办法将铝板的外表转变成几十微米薄的氧化铝(Al2O3)陶瓷。

  氧化铝(Al2O3)陶瓷层作为上面的电路和下面的铝之间的电介质。由于ECO工艺出产的氧化铝陶瓷层十分薄,因而热量可以很简单地经过,使其具有很好的导热性。

  该薄膜处理或溅射过程遵从ECO工艺,直接将铜电路层附到纳米陶瓷电介质上,以进一步进步热效率。由于在任何阶段都没有运用有机环氧树脂,所以紫外线没有什么可以降解。

  这种办法可以出产出与氮化铝(AlN)适当热功能的MCPCB,但没有任何与出产或脆性相关的问题。

  由LED完成的UVC消毒技能可以带来真实的革新作用,可是制造商和规划人员需求保证可以战胜UV LED所面对的热应战。