基于uva的固化已经在工业应用中使用了多年。但是，使用高强度放电（hid）汞蒸气灯作为uv光源限制了它们适用的应用范围，因为这些灯虽然有效，但却很大、很脆弱并且启动很慢。

技术进步让uv led作为hid的替代品而兴起。led使用更少的电力、运行时温度较低，并且可以立即在特定的波长和功率周期下运行。这些特点正在改变紫外线固化行业，从提高效率到提供新的解决方案，例如手持式固化应用，这是hid灯所不能想象的。

而led仍然相对低效。 进入uva led的电力只有大约40%转换成光，其余的60%转换成了废热。这种废热需要尽快从led中移除，以防止led过热并超过其最高工作温度。未能消除这种热量可能会导致光质恶化，并最终导致led故障。

与hid灯不同，led的表面面积小及相对较低的温度，这意味着它们可以对流并散发的热量可以忽略不计。去除热量的唯一方法是将其从芯片的背面导出、通过pcb、到散热片、再到周围环境。为了使led芯片一直保持在其最优工作温度下，用于pcb的衬底材料需要高热效率。

氮化铝存在不足

在uva应用中，模块衬底倾向于是金属基板或电子级陶瓷，特别是高性能氮化铝（aln）。在功率密度更高的应用中，基于环氧树脂的mcpcb根本不具备必要的热性能（<100w/mk，而aln则是170w/mk），使得aln成为首选基板。

然而，氮化铝也不是完美的。材料本身就比较昂贵，且比较脆弱，对制造商来说很棘手。一般的氮化铝尺寸为4x4英寸（偶尔7x5英寸），更大尺寸的通常产率更低，其脆性更强。即使是4x4英寸，产量损失20%也并不罕见。

脆性的另一个问题是将完成的模块安装到散热器上。理想情况下，电路应尽可能牢固地连接，以减少电路与散热器之间的气隙。如果用力过大，上螺丝将氮化铝模块拧到散热器上时，很容易造成氮化铝模块断裂。

显然，假如有一种替代材料具有与aln相当的性能，并且有mcpcb的机械性能，那就十分理想了。那个选择就是纳米陶瓷。

纳米陶瓷更有优势

cambridge nanotherm采用专利的电化学氧化（eco）工艺，将铝板的表面转变成仅有几十微米厚的氧化铝（al2o3）陶瓷薄层。该氧化铝层用作上面的电路和下面的铝之间的电介质。与氮化铝相比，该层的薄度不止弥补了氧化铝相对较低的热效率，并且非常有效地传导热量。

电化学氧化工艺的下一个步骤是薄膜处理，将铜电路层直接喷到纳米陶瓷电介质，以进一步提高热效率。nanotherm dms（aln的直接替代品，用于uv模块）具有152 w/mk的复合散热性能，稍低于高等级的aln，除了最苛刻的uva应用之外，能满足所有其他应用。

因为纳米陶瓷本质上是铝pcb，所以与标准的mcpcb相同，可以用机械方法处理，不会因为脆性而有产量损失，而且可以用螺丝固定在散热器上，不会有任何破损的风险。因此，纳米陶瓷提供了两全其美的结果：既有aln的热性能，也有铝mcpcb的鲁棒性。

不仅仅是uva

uva并不是纳米陶瓷唯一可以发挥其独特性能的领域。它也可用于uvc。uvc辐射的独特杀菌特性让纳米陶瓷能通过破坏细菌dna防止繁殖而杀死细菌，这使uvc成为杀菌的理想选择。

与uva一样，hid灯虽然没有任何荧光粉涂层，但一直用于uvc。水银灯对于大规模的应用，如市政用水消毒，是非常有效的。在这些应用中，如果灯受到损坏，在汞可能造成危害之前，可以对有毒的灯泡进行严格的控制和快速更换。hid灯与uva市场一样，限制了可能应用的范围。

现在，led技术正在为小型便携式消毒设备创造一个全新的市场，这要归功于led的尺寸小巧、坚固耐用、功耗低。像便携式消毒“魔杖”这样的产品即将上市，消费者可以对智能手机、平板电脑和键盘等日常用品进行消毒。连接在供水管道上的水消毒装置也可以对地下水等进行消毒。

而且，消费品制造商现在可以将 uvc led技术嵌入到他们的产品中，将其变成“自我消毒”的物品。例如，牙刷可以在放回牙架后自行消毒，婴儿奶瓶可以自行消毒，瓶子可以通过按钮消毒里面的水。诸如此类的应用实际上有无限可能，这也许会对公共健康产生深远的影响。

uvc行业的增长潜力是巨大的，根据ledinside预测从2018年以后会飞速增长。但是，uvc led的热量挑战远远高于uva，这也是这个行业需要面临的挑战。

进入uvc led的功率大约95%被转换成热量，意味着只有5%的功率被转换成有用的光，这是由于uvc在短波长作业。uva在380nm作业，而uvc消毒设备在260nm的波长下作业。挑战在于，随着波长变短，led的外部量子效率（eqe）就会降低。在380nm波长（uva）下，eqe最好是40%。达到260nm（uvc）时，eqe下降到百分之几，这意味着对于uvc led来说，进入led的功率大约95%被转换成废热，需要快速去除。

为了减少外部量子效率（eqe），所有这些领域都有重大的进展，包括使用大块aln晶片作为外延工艺的基础，因为它具有较低的缺陷密度，这增加了内部量子效应。bulk aln也可以透射低于280nm的光线，有可能开创新的应用。围绕量子隧穿的项目正在探索减少电阻的方法，提高电子效率以改善电子注入效率，同时使用不同的芯片几何形状来改善光提取效率。

目前的事实是较短波长的紫外线应用效率非常低，并产生了大量的热量。为了获得合适的输出，需要输入大量的电力。这会产生多余的热量，需要从led中去除，以保持连接点处于其最高工作温度下。

对于uvc led来说，aln传统上是唯一的选择。mcpcb不具备所需的热性能，并且由于具有用于形成介电层的有机环氧树脂，它们会被uvc光降解。纳米陶瓷是目前最完美的选择：热效率高、耐用、无机且符合成本效益。如果热管理问题可以解决，则应用的可能将是巨大的。

热管理led：uv成功的关键

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