一場新型冠狀病毒（COVID-19），大大縮短了UVC LED技術的消費者教育時間。自去年以來，應用了UVC LED技術的產品如雨後春筍般瘋狂出現。

據了解，在疫情的影響之下，品牌廠商對於殺菌淨化的意識大幅提升，從家電消毒，到空氣殺菌、水淨化等，UVC LED市場需求居高不下，帶動了UV LED整體市場規模的發展。

但就目前的技術水平而言，在產業鏈的不同環節，UVC LED均面臨著各不相同的困難。

晶片是性能提升，降低成本的根本

晶片是UVC LED產業鏈中最核心的難點。

瑞豐光電指出，目前市面上量產流通的UVC LED晶片的光電轉換效率只有3%左右，要想大幅度的提高光電轉換率，源頭在於晶片自身的提升。

升譜光電更是直言，外延片及晶片端是整個UVC LED產業鏈的根本所在，如果晶片的性能不好，無論封裝端如何提升結構、技術，都無法從根本上解決問題。

據了解，當前從事UVC LED晶片的廠商有許多，國內以三安、圓融傑生、安芯美半導體、深紫科技、中科潞安、至芯半導體、至善半導體、寧波紫芯、華燦光電、華引芯、國星半導體等為主，國際的包括首爾半導體、日亞化、Photon Wave等。

但據TrendForce集邦諮詢旗下光電研究處LEDinside了解，市面上的UVC LED晶片規格以1020為主，其他規格開發難度較大，良率較低。

UVC LED產品目前仍然存在光電轉換效率低、性價比相對傳統光源低、壽命無法滿足大多數應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化效率。

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

當然，經過多年的發展和培育，UVC LED晶片產業也取得了一定的進步，比如國產MOCVD設備現已逐漸具備與國際廠商爭鋒的資格，這大大降低了UVC LED晶片的生產成本。

圓融傑生表示，公司投入UVC外延生產的國產MOCVD已達6台，可生產6000片/月高質量UVC外延片，國產MOCVD在UVC LED的均勻性、亮度、壽命等方面均有優良的表現，且國產MOCVD的容量大、維護方便、穩定性好，適合量產。圓融傑生已與國產MOCVD生產廠家建立了良好的合作關係，透過外延製程與MOCVD設備的共同進步不斷推動UVC LED的性能表現。

華引芯認為，國產MOCVD設備在UVC LED外延生長的整體水平方面仍與海外MOCVD設備有一些差距，但MOCVD國產廠商在2020年進步明顯，差距在縮小。

至芯半導體則表示，從成本和性能上而言，國產MOCVD設備在生產可見光LED方面都優於國外廠商；而在UVC LED方面，國產設備雖起步稍晚，但目前已經取得較大進步。

至芯半導體指出，公司在現有國產設備上進行改造，生產的UV LED晶片已經具備較為優良的性能。

安芯美介紹，德國AIXTRON和美國VEECO為國際主流的可見光用MOCVD設備製造商，韓國TES公司的MOCVD設備在深紫外LED外延上有較好的表現。目前，國產MOCVD設備已可滿足UVC LED對溫度的需求，再結合安芯美對反應腔體及氣流等的二次改造升級優化，國產MOCVD有不錯的性能。

封裝的共性問題：封裝方式、材料、製程

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封裝與傳統白光LED封裝之間最大的區別，也是困難所在。

封裝方式

目前，UVC LED的封裝方式主要有三種：有機封裝，半無機封裝（也稱「近無機封裝」）以及全無機封裝。三種方式各有優缺點。

有機材料在長時間接受紫外照射下容易發生紫外降解。因此，有機封裝主要在白光LED封裝中得到應用，在UVC LED封裝中正逐漸被半無機封裝、全無機封裝取代。

此外，全無機封裝雖在性能方面較半無機封裝優越，但由於技術難度高，價格也更高，因此，目前市面上仍以半無機封裝為主。

據了解，升譜光電80%以上的客戶都選擇使用半無機封裝的產品結構，只有對產品的可靠性、氣密性要求比較高的應用場合會選擇採用全無機封裝。

瑞豐光電則針對不同應用場景及不同需求的客戶，提供了不同的封裝產品。據悉，瑞豐光電目前已經具備全無機封裝的量產技術。併計劃應用於高功率單芯封裝和集成封裝。

此外，至芯半導體、鴻利智匯、國星光電、銀月光、圓融傑生等均表示目前主推半無機封裝產品；安芯美半導體兼顧半無機及全無機封裝產品；而鴻利秉一、華引芯則以全無機封裝產品為主。

其中，安芯美半導體指出，半無機封裝產品在成本上有一定優勢，而全無機封裝則將在中大功率產品的應用上佔據重要地位。

封裝材料和製程

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

同時，熱能為整個UVC LED產業鏈的頭號公敵，是相關企業各顯神通欲除之而後快。

熱管理與材料、製程息息相關，不同企業採用了不同的材料組合及製程方案。

出光材料正轉向石英玻璃、藍寶石等無機透明材料來對UVC LED進行封裝。

具體到各個企業，鴻利智匯、安芯美、國星光電、升譜光電等主要採用石英玻璃，而至芯半導體則表示石英玻璃、藍寶石兩種材料均有所運用。

據悉，石英玻璃物化性能穩定，在深紫外波段具有高透過率（＞90%），並具有機械強度高、耐熱性好、氣密性高等特點，因此成為UVC LED封裝用透鏡材料的熱門選項。

散熱基板材料主要有樹脂類、金屬類和陶瓷類三種。

圓融傑生採用AlN及Al2O3陶瓷，具備良好的絕緣性及導熱性。其中AJ及BX系列採用一體設計圍壩，結構更穩定，背部無其他高熱阻絕緣層，整體熱阻小。

其中，華引芯採用了氮化鋁覆銅材料配合共晶技術焊接晶片的方案；至芯半導體採用AlN陶瓷+電鍍製程，保證了良好的散熱通道；銀月光采用的是高導熱性的ALN基板。

安芯美則選擇AlN做為基板的基材。該公司表示，AlN材料具備非常優秀的導熱能力，其導熱係數可以達到20W/m·K，且AlN的機械性能好，抗折強度高於Al2O3和BeO陶瓷，可以用於常壓燒結。

升譜光電則選用了氮化鋁基板。該公司認為，氮化鋁基板能使熱量更迅速、更有效地透過專用通道把熱量導出，確保器件光效高輸出、導熱性能好、穩定可靠。

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

國星光電在共晶焊製程技術方面的優勢和特色較為突出。該公司具備10年的共晶技術沉澱，回流共晶空洞率基本控制在10%以內，大大低於市面上同類產品。據介紹，在降低焊接空洞率方面，該公司已形成了一套較為領先和完善的製程技術。目前，其UVC LED產品總體空洞面積在10%以下，單顆最大空洞面積在2%以下。

此外，國星光電也實現了全無機產品的開發，配合高功率UVC LED晶片，可以有效解決UVC衰減偏大的問題。

圓融傑生表示，公式是國內較早採用共晶的方式進行UVC封裝廠，2020年共晶UVC燈珠產出超過30KK。透過不斷地技術創新，封裝空洞率低，散熱性能優良。此外燈珠蓋板採用藍寶石雙面鍍膜製程，在提高UVC光萃取效率的同時透過提高蓋板、膠水、金屬的浸潤性，提高封裝的粘接力和防塵防水等級。

至芯半導體採用真空共晶焊接紫外晶片與支架，以此降低焊接空洞率；銀月光以共晶製程焊接，提升晶片和基板的結合強度和導熱率，且在焊接過程中保證處於低壓氮氣環境下，有效降低了空洞率。

安芯美認為，倒裝晶片方案中，空洞率的檢查一直是比較難的一項技術，因為晶片的電極小、錫薄，所以產生的空洞都不容易被發現。為此，安芯美採用的是高可靠性金錫倒裝晶片，使用真空共晶爐方式，再配合一些獨有的檢驗方式，以此降低空洞率，提高燈珠穩定性。

升譜光電表示，在全無機封裝上，公司採用了與晶片製程相同的共晶製程，也就是對石英玻璃邊緣進行特殊處理，然後與框架進行金屬化焊接；半無機封裝涉及到粘接膠窗口密封，因此公司對窗口的結構進行了優化設計，使UVC光輻射的強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。

瑞豐光電表示，公司一直在改良產品的結構、散熱方式及生產方式。公司指出，理論上，共晶製程比錫膏製程的散熱性好。

應用場景多點開花，但代替汞燈仍待時日

UVC LED無須預熱時間、不使用汞，具有環保、壽命長、節能、熱損失較少等優點，可充分對應到小型空間與表面/空調殺菌的市場需求。

TrendForce集邦諮詢旗下光電研究處LEDinside指出，相較於2020年COVID-19帶動的攜便式市場需求、主要規格為3-5mW的UVC LED產品，2021年中國、歐美、南韓、日本品牌廠商計劃在新款家電產品之中導入UVC LED。其中，空氣殺菌將是2021年領導品牌廠商的重點佈局領域，且主流產品趨勢朝向20-50mW UVC LED，甚至是更高光功率。

除了家電市場外，2021年UVC LED應用市場包含汽車空調、商業用、動態水殺菌、工業與製造業、工廠自動化應用與醫療用等。根據TrendForce集邦諮詢旗下光電研究處LEDinside調查，計劃導入或是正在導入UVC LED的品牌廠商高達35家以上。

但UVC LED欲在短期內完全取代汞燈市場仍然是一個不可能實現的目標。

業界認為，UVC LED目前仍存在光電轉換效率低、殺菌效果難以可視化、價格過高、性能評價標準未完善、壽命較低等問題，這是UVC LED在技術發展及應用推廣過程中必須去面對和解決的難題。

圓融傑生認為，隨著外延和晶片技術的進步、新的材料和封裝形式的引入，UVC LED的發光效率以及價格問題會得到較快解決。預計到2023年，UVC LED可以小部分取代汞燈，而到2025年以後則可以實現大規模替代。

至芯半導體認為，UVC LED完全取代汞燈還比較難，前期可以發揮UVC LED便攜小巧、定向性好、直流低壓等優勢，在一些緊湊型應用產品中優先實現使用或替代。性能提升之後，全面取代汞燈是一個必然趨勢，估計需要2-3年時間。

安芯美半導體指出，UVC LED最終取代汞燈是趨勢，但從當前到將來，UVC LED行業最應該做的是充分利用UVC LED的環保、便攜、易智能化等優勢，透過全產業鍊及橫向聯合的突破性創新，植入並創造出很多新的應用方式與場景，就像智能手機對功能手機，不僅僅是取代，更是創造了很多新的應用場景及產業。

國星光電則表示，UVC LED市場滲透率的提升需要整個產品鏈的投入，且發光效率快速達到汞燈的性能後才能快速佔領市場，預計需要3-5年。

瑞豐光電則認為，在一些消費類及小功率類產品，UVC LED能在短期內取代汞燈，但是在工業類應用領域，受限於成本及散熱等問題，UVC LED無法在短期內取代汞燈。

升譜光電指出，從長遠趨勢來看，UVC LED替代汞燈是一種必然，但當前依然處於共存發展的階段。何時可以替代汞燈則關鍵取決於UVC LED的技術進步：如果UVC的光電轉換率能夠在現有基礎上（3%左右）增加3～5倍，則可實現大規模替換汞燈；如果能增加8～10倍，則汞燈將完全退出歷史舞台。

慧億提到，汞燈目前在大功率應用領域具有極大的成本優勢，適用於集中式殺菌場合，如自來水廠集中式水處理系統或者超大儲水系統的殺菌消毒，但迫於《水俁公約》的壓力，其應用範圍會逐漸萎縮；UVC LED應發揮體積小、應用簡單的優勢，化集中式殺菌應用為分佈式殺菌應用，比如將自來水廠的集中式殺菌，轉化為個人家庭的水龍頭式殺菌，以達到迅速替代的目標。

結語：UVC LED的AB面

UVC LED的A面，是不斷上揚的市場需求。

TrendForce集邦諮詢在最新的《2021深紫外線LED應用市場與品牌策略》報告中指出，預估2025年UV LED市場規模將有可能到達23.96億美金，2020-2025年復合成長率為51%。其中，UVC LED市場需求持續表現亮麗，帶動整體UV LED市場規模發展。

UVC LED的B面，是不成熟、無序的發展現狀。

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

難道說，疫情漸趨穩定了，UVC LED就沒有市場了嗎？

實則不然。UVC LED市場在2020年上半年的瘋狂擴張中顯得十分混亂，市場魚龍混雜、產品良莠不齊、殺菌效果未達預期、產品標準未統一。許多UVC LED技術並不完善的產品和企業瘋狂湧入市場，發了一筆疫情財，卻也大大拉低了UVC LED在消費者心中的信任度，也損害了UVC LED市場的正常發展。

進入2021年，行業從狂熱逐漸冷靜，UVC LED市場在博弈中逐步走向成熟階段。

欲戴王冠，必承其重。做為一項高技術門檻的技術，UVC LED是整個產業鏈的機遇，卻也需要企業加大研發力度，才能在激烈而殘酷的市場競爭中博得一席之地。

不逞一時之快，不貪一時之利，不慕一時之名，才是長久之道。

（作者：LEDInside Lynn；首圖來源：pixabay）