UV LED在印刷行业中的应用.doc

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1、UVLED在印刷行业中的应用　　UVLED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。UVLED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UVLED的可靠性。基于CMH封装技术的全无机UVLED100%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。因COB与DOB模组在封装物料和生产工艺上的不同，两者的性能和可靠性有较大的差别。基板绝缘层的热阻对COB总热阻的占比极大，而焊接互联层对DO

2、B的热阻影响较大。针对贴装时UVLED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。　　一、引言　　十九世纪六十年代，第一款UV固化油墨面世。随着UV固化技术的飞速发展，印刷行业，例如数码印刷、钢网印刷、平板印刷、柔板印刷和凹版印刷等，已普遍采用UV固化油墨，与之相匹配的UV固化光源多采用紫外汞灯等传统光源。然而，传统的紫外光源

3、因环保原因已被越来越多的国家限制使用，这使得紫外发光二极管(Ultra-VioletLightEmittingDiode,UVLED)的市场规模迅速增长。　　与传统紫外光源相比，UVLED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，UVLED可以分为长波紫外UVA(315~400nm)、中波紫外UVB(280~315nm)和短波紫外UVC(200~280nm)。一般来说，发光波长大于300nm的属于浅紫外，小于300nm的属于深紫外。按照封装方式与集成度的不同，UVLED又可分为

4、分立式器件与集成模组，如表一所示。其中，集成模组可以分为COB(ChipOnBoard)和DOB(DeviceOnBoard)。COB是将多颗LED芯片直接焊接在一块基板上，而DOB是先将LED芯片封装在器件内再将多个器件焊接在一块基板上。　　作为新兴光源，UVLED在应用于印刷行业时同样面临各种挑战，例如有机材质暴露于UV能量下产生光降解[1]、UV固化油墨的过曝导致油墨表面过硬或曝光量不足导致粘结力不足[1]、有害物质侵入UV固化光源内部导致光源失效、UV固化光源与UV固化油墨的波段匹配、UV固化光源

5、的出光均匀性与出光效率和UV固化光源的寿命、稳定性及可靠性等。目前，各LED封装公司的封装技术水平不同，市面上的UVLED光源种类较多且质量参差不齐，这使得应用端常因为光源出现各种可靠性问题而蒙受损失。因此，本文分别从UVLED分立器件和UVLED集成模组两个方面对UVLED在印刷行业应用中的可靠性进行了研究与论述。　　　　表一UVLED的几种典型封装产品　　二、UVLED分立器件　　如表一所示，按照封装材料的不同，UVLED分立器件可以分为有机材料封装UVLED和无机材料封装UVLED。有机材料封装UV

6、LED仍采用可见光LED器件的封装方式，即在UVLED芯片上涂覆一层有机封装材料，比如环氧树脂、有机硅胶等[2]，或者采用有机材料作为UVLED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UVLED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UVLED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。　

7、　（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UVLED的光输出。材料在UV波段的透过率越高，UVLED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。如图一所示，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300nm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，

8、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。　　　　图一典型有机材料与无机材料在UV照射前后的透过率　　(2)热性能　　对于有机材料封装的UVLED，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