CN112563255A - 一种紫外发光元件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种紫外发光元件，包括中部凹陷有安装槽的陶瓷基板，陶瓷基板的安装槽内设置有安装正极和安装负极，陶瓷基板安装有导电正极和导电负极，安装槽内设置有与安装正极和安装负极电性连接的UV‑LED芯片；陶瓷基板通过共晶工艺连接有封闭安装槽的石英透镜，安装槽(11)内连通有充气管，充气管内放置有双向电磁阀，安装槽内安装有气压感应器。通过采用上述技术方案，采用共晶工艺将石英透镜与陶瓷基板焊接，采用金属进行连接可以有效抵抗紫外光的氧化作用，从而使石英透镜在使用过程中保持与陶瓷基板连接，提高了石英透镜和陶瓷支架之间连接的稳定性，对UV‑LED芯片起到持续的保护作用，进而有利于延长该紫外发光元件的寿命。
Description
技术领域
本申请涉及半导体的领域，尤其是涉及一种紫外发光元件。
背景技术
传统的紫外光源（UV）是采用汞蒸气放电利用汞的激发态来产生紫外线，具有功耗高、发热量大、寿命短、反应慢、有安全隐患等诸多缺陷。新兴的紫外光源采用 LED 发光原理，称为“UV-LED”。
UV-LED包括200nm～400nm之间的所有电磁辐射波长，应用市场目前根据其发光波长可以分为UVA(320nm～400nm，也称为“长波紫外线”)，应用于紫外固化、印刷、紫外空气净化等；UVB(275nm～320nm，也称为“中波紫外线”)，应用于紫外光疗、防伪检测、植物生长等；UVC(200nm～275nm，也称为“短波紫外线”)波段，广泛应用于杀菌消毒、医疗、特殊设备等。
目前UV-LED行业内封装采用覆铜氮化铝陶瓷支架，支架含有金属围坝，内部有腔体，UV-LED芯片焊接在陶瓷支架的腔体内，并通过石英透镜将腔体封闭。近些年陆续有采所谓全无机封装或半无机封装等技术来封装UV-LED芯片。其中，半无机封装使用有机硅胶或环氧树脂将石英透镜黏附到陶瓷基板上；全无机封装主要是在石英透镜底部蒸镀金属，再通过锡膏或者纳米银胶等材料将透镜黏附到陶瓷基板。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：半无机封装使用的有机胶水会因为在长期的紫外光照射下导致的分解或黄化失效，而全无机封装使用的锡膏或纳米银胶内含有助焊剂，长时间使用时，助焊剂内的有机物会黄化衰变，黏附到腔体内透镜上，造成透镜透光率严重下降，影响UV-LED的使用效果。因此，具有改进空间。
发明内容
为了提高在使用过程中石英透镜和陶瓷支架之间连接的稳定性，本申请提供一种紫外发光元件。
本申请提供的一种紫外发光元件采用如下的技术方案：
一种紫外发光元件，包括中部凹陷有安装槽(11)的陶瓷基板(1)，所述陶瓷基板(1)的安装槽(11)内设置有安装正极(21)和安装负极(22)，所述陶瓷基板(1)远离安装槽(11)的侧面设置有分别与所述安装正极(21)和安装负极(22)电性连接的导电正极(31)和导电负极(32)，所述安装槽(11)内设置有与所述安装正极(21)和安装负极(22)电性连接的UV-LED芯片；所述陶瓷基板(1)通过共晶工艺连接有封闭所述安装槽(11)的石英透镜(5)，所述安装槽(11)内连通有用于向安装槽内充氮气的充气管，所述充气管内放置有双向电磁阀，所述安装槽内安装有气压感应器，所述气压感应器受控于控制器以根据正极和负极之间极间电压大小控制安装槽内的氮气量。
通过采用上述技术方案，UV-LED半导体芯片在通电时发出包括200nm～400nm之间的所有波长的电磁辐射，也就是俗称的紫外光。其中为使UV-LED芯片发出的紫外光始终保持较为稳定的波长频段，需要通过石英透镜将UV-LED芯片封闭在安装槽内，减少与外部空气接触，降低UV-LED芯片被氧化以及因为空气分子导致紫外光波长变化的情况，从而提高了该紫外发光元件的发出的紫外光的稳定性，适用于精密仪器。其中因为紫外光对有机物的氧化作用，因此现有的采用有机硅胶或环氧树脂粘接的方式容易导致石英透镜脱落的情况，需要频繁更换设备里的紫外发光元件，使用寿命低，因此采用共晶工艺将石英透镜与陶瓷基板焊接，采用金属进行连接可以有效抵抗紫外光的氧化作用，从而使石英透镜在使用过程中保持与陶瓷基板连接，提高了石英透镜和陶瓷支架之间连接的稳定性，对UV-LED芯片起到持续的保护作用，进而有利于延长该紫外发光元件的寿命。通过设置充气管和压力感应器，压力感应器实时感应封装后安装槽内的气压，并将数据传输至控制器，控制器对接收到的数据与基准值进行比较，以根据电极间电压决定安装槽内的氮气量，进而使得所通的氮气量不易影响电极的放电。
优选的，所述安装正极包括彼此独立的第一正极和第二正极，所述安装负极包括彼此独立的第一负极和第二负极，所述UV-LED芯片包括与第一正极、第一负极电性连接的UVA-LED芯片以及与第二正极、第二负极电性连接的UVC-LED芯片。
通过采用上述技术方案，独立的第一正极、第二正极以及第一负极、第二负极，可以用于控制两个独立的UV-LED芯片，因为现有的UV-LED芯片的紫外光频率还无法覆盖所有紫外光的频段，因此通过设置UVA-LED芯片与UVC-LED芯片相互配合，可以使紫外光的频率范围更宽，适用于多种需求。并且通过第一正极、第一负极和第二正极、第二负极分别控制UVA-LED芯片与UVC-LED芯片的通断，从而可以在需要的时候控制UVA-LED芯片与UVC-LED芯片分别工作以提供不同波长的紫外光。
优选的，所述陶瓷基板在所述安装槽内固定有围设在所述UV-LED芯片四周的支撑座，所述石英透镜与所述支撑座抵接。
通过采用上述技术方案，支撑座的设置用于支撑石英透镜，将石英透镜的与UVC-LED芯片间隔开，对UVC-LED芯片进行保护，也减少石英透镜受压时挤压UVC-LED芯片破坏的情况。
优选的，所述支撑座的厚度小于所述安装槽的深度，所述安装槽与所述支撑座之间形成供所述石英透镜卡接的沉槽。
通过采用上述技术方案，将支撑座的厚度设置为小于安装槽的深度，从而在安装槽与支撑座之间形成有沉槽，该沉槽用于放置石英透镜，从而通过该沉槽对石英透镜进行限位和保护，减少石英透镜侧面受压而破坏的情况，并且也提高了石英透镜与陶瓷基板之间连接的稳定性，使石英透镜不易移位。
优选的，所述陶瓷基板表面敷设有金属层。
通过采用上述技术方案，现有的陶瓷基板通常采用氮化铝陶瓷制成，氮化铝陶瓷颜色较为暗沉，具有一定的吸光性，因此覆盖反光效率较高的金属层，如黄金镀膜等，可以减少陶瓷基板对光的吸收，提高UVC-LED芯片的发光效率。
优选的，所述石英透镜朝向所述UV-LED芯片的侧面的边缘处敷设有金锡镀层。
通过采用上述技术方案，在石英透镜朝向UVC-LED芯片的侧面边缘敷设金锡镀层，从而可以采用共晶工艺将金锡镀层与陶瓷基板之间焊接固定，进而可以将石英透镜有陶瓷基板之间焊接固定，使石英透镜在紫外光照射下也不易与陶瓷基板分离，有利于提高石英透镜与陶瓷基板之间连接的稳定性。并且将金锡镀层敷设在UVC-LED芯片的边缘处可以减少对UVC-LED芯片发出的紫外光遮挡的情况。
优选的，所述石英透镜与所述安装槽之间形成的密封空间内填充有氮气。
通过采用上述技术方案，将石英透镜与安装槽之间形成的封闭空间填充氮气，从而减少该封闭空间中的氧气导致UV-LED芯片以及陶瓷基板氧化的情况，从而有利于提高时该紫外发光元件的使用寿命。
优选的，所述安装槽内设置有与所述第二正极、第二负极之间电性连接的稳压二极管。
通过采用上述技术方案，将稳压二极管与UVA-LED芯片并联，可以起到防止静电击穿的效果。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过设置陶瓷基板配合石英透镜，从而对UV-LED芯片起到支撑和保护的作用，并以陶瓷基板为载体与其他电器元件连接，对UV-LED芯片进行供电，其中石英透镜与陶瓷基板之间通过共晶工艺进行连接，从而相比采用有机粘接剂将石英透镜与陶瓷基板连接的方式，减少了紫外光氧化的情况，有利于提高石英透镜与陶瓷基板之间连接的稳定性以及该紫外发光元件的稳定性；
2.通过设置彼此独立第一正极、第二正极以及第一负极、第二负极分别与不同的UV-LED芯片电性连接，从而在提高了紫外光的发光覆盖频率之外，还可以单独控制不同发光频率的UV-LED芯片独立工作，从而根据不同的需求选用不同的UV-LED芯片；
3.通过在陶瓷基座表面敷设有反光率较高的金属层，从而减少暗沉的陶瓷基座吸收紫外光的情况，并且在石英玻璃与安装槽之间填充有氮气有利于减少氧气对UV-LED芯片及安装正极、安装负极的氧化。
附图说明
图1是本申请的结构示意图；
图2是本申请中UV-LED芯片的结构示意图；
图3是本申请中导电正极和导电负极的结构示意图。
附图标记说明：1、陶瓷基板；11、安装槽；12、支撑座；13、沉槽；21、安装正极；211、第一正极；212、第二正极；22、安装负极；221、第一负极；222、第二负极；31、导电正极；311、第三正极；312、第四正极；32、导电负极；321、第三负极；322、第四负极；41、UVA-LED芯片；42、UVC-LED芯片；43、稳压二极管；5、石英透镜。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种紫外发光元件。参照图1至图2所示，一种紫外发光元件，包括矩形的陶瓷基板1，陶瓷基板1中部凹陷有矩形的安装槽11，陶瓷基板1可以采用氮化铝陶瓷制成，陶瓷基板1的安装槽11的槽底固定有安装正极21和安装负极22。如图3所示，陶瓷基板1远离安装槽11的侧面设置有分别与安装正极21和安装负极22电性连接的导电正极31和导电负极32，导电正极31和安装正极21之间、导电负极32与安装负极22之间均连接有铜箔，铜箔埋设于陶瓷基板1内。安装槽11内焊接固定有与安装正极21和安装负极22电性连接的UV-LED芯片；陶瓷基板1通过共晶工艺连接有封闭安装槽11的石英透镜5。
如图2所示，陶瓷基板1在安装槽11内固定有围设在UV-LED芯片四周的支撑座12，支撑座12包括固定于安装槽11的四角的三角块，且相邻的三角块之间固定有矩形块，从而将安装槽11的槽底围设成八边形。石英透镜5与支撑座12的上端面抵接，支撑座12的厚度小于安装槽11的深度，安装槽11与支撑座12之间形成供石英透镜5卡接的矩形的沉槽13，当石英透镜5放置在沉槽13内时，石英透镜5的下端面同时与各三角块和矩形块抵接，从而将安装槽11密封。
陶瓷基板1的表面敷设有金属层，该金属层优先选用抗氧化较强的金属，如黄金等，石英透镜5朝向UV-LED芯片的侧面的边缘处敷设有金锡镀层，从而在石英透镜5的下端面与支撑座12抵接时，将该元件通过共晶机处理，使金锡镀层与支撑座12上的金属层共晶焊接，从而实现将石英透镜5与陶瓷基板1焊接固定且密封安装槽11的效果。
安装正极21包括彼此独立的第一正极211和第二正极212，安装负极22包括彼此独立的第一负极221和第二负极222，UV-LED芯片包括与第一正极211、第一负极221电性连接的UVA-LED芯片41以及与第二正极212、第二负极222电性连接的UVC-LED芯片42。其中导电正极31包括彼此独立的第三正极311和第四正极312，导电负极32包括彼此独立的第三负极321和第四负极322，且第三正极311与第一正极211电性连接，第四正极312与第二正极212电性连接，第三负极321与第一负极221电性连接，第四负极322与第二负极222电性连接。从而可以通过控制第三正极311和第四正极312单独控制UVA-LED芯片41或UVC-LED芯片42的电路通断，实现在不同使用需要下的工作。
石英玻璃与安装槽11之间形成的密封空间内填充有氮气，通过氮气对安装正极21、安装负极22以及UV-LED芯片起到保护作用，减少氧化。
安装槽11内连通有用于向安装槽11内充氮气的充气管(图中未示出)，充气管内放置有双向电磁阀，安装槽11装有气压感应器，气压感应器受控于控制器以根据正极和负极之间极间电压大小控制安装槽11氮气量。在本实施例中，控制器包括MCU处理器，安装槽11气量随着正极和负极间电压的变大而增多。控制器内预先存储有氮气量与正负电极之间电压大小之间的比例关系数据，在安装槽内的氮气量少于预设值时，控制器向双向电磁阀发送指令，以控制双向电磁阀打开，进而使得氮气进入到安装槽11内。
安装槽11内设置有与第二正极212、第二负极222之间电性连接的稳压二极管43，通过稳压二极管43降低静电击穿的可能性。
本申请实施例一种紫外发光元件的实施原理为：
在使用该紫外发光元件时，将该紫外发光元件与电路板焊接固定，使第三正极、第四正极、第三负极和第四负极分别与电路板上的引脚电性连接，从而将该紫外发光元件通电导通，并在电路板通断电的控制下可以分别控制UVA-LED芯片和UVC-LED芯片工作。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (2)
1.本申请涉及一种紫外发光元件，包括中部凹陷有安装槽的陶瓷基板，陶瓷基板的安装槽内设置有安装正极和安装负极，陶瓷基板安装有导电正极和导电负极，安装槽内设置有与安装正极和安装负极电性连接的UV-LED芯片；陶瓷基板通过共晶工艺连接有封闭安装槽的石英透镜，安装槽(11)内连通有充气管，充气管内放置有双向电磁阀，安装槽内安装有气压感应器。
2.通过采用上述技术方案，采用共晶工艺将石英透镜与陶瓷基板焊接，采用金属进行连接可以有效抵抗紫外光的氧化作用，从而使石英透镜在使用过程中保持与陶瓷基板连接，提高了石英透镜和陶瓷支架之间连接的稳定性，对UV-LED芯片起到持续的保护作用，进而有利于延长该紫外发光元件的寿命。
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