紫外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

　　當(dāng)前，新型冠狀病毒感染肺炎疫情牽動(dòng)所有人的心，全國(guó)疫情防控工作仍在深入進(jìn)行中。其中，在這場(chǎng)艱巨的“抗疫戰(zhàn)”里，往常身居“幕后”的紫外消毒殺菌產(chǎn)品迅速走入大眾視野。

　　據(jù)了解，足量的紫外照射是目前已知的可以抑制該病毒的有效手段，紫外線劑量在滅菌過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。深紫外LED憑借安全、環(huán)保、小巧、高效、低耗等諸多優(yōu)勢(shì)，逐漸被市場(chǎng)認(rèn)可，現(xiàn)已初步應(yīng)用于水處理，空氣殺菌，食物保鮮等領(lǐng)域。

　　疫情會(huì)很過(guò)去，但防疫將成為一個(gè)長(zhǎng)期工作，相信紫外LED未來(lái)會(huì)發(fā)揮更多的作用。

　　紫外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

　　一、材料及設(shè)備

　　1、單晶及襯底

　　單晶、襯底材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石，不同的襯底材料決定了外延片的生長(zhǎng)技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線。目前生產(chǎn)上用的襯底有藍(lán)寶石、碳化硅、硅襯底，正在研究中潛在襯底材料有GaN、AlN。其中，碳化硅襯底吸收380nm以下的紫外光。襯底相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表見(jiàn)文末附件1。

　　2、UV LED外延片

　　UV LED外延片基于(In/Al)GaN合金的PN結(jié)，外延層生長(zhǎng)在襯底上，典型的UV LED外延結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由下往上包括緩沖層、n型擴(kuò)展層、有源區(qū)、p型擴(kuò)展層等;緩沖層用來(lái)緩解襯底和InAlGaN晶格的不匹配;Si作為n型施主摻雜，而Mg作為P型受主摻雜;有源區(qū)(UV發(fā)射層)通常不摻雜，含有多個(gè)量子阱。外延片相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)匯總表見(jiàn)文末附件1。

　　UV LED外延層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　3、半導(dǎo)體設(shè)備

　　與紫外LED相關(guān)的半導(dǎo)體生產(chǎn)、封裝設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)較少，這與我國(guó)半導(dǎo)體生產(chǎn)制造設(shè)備多為進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化數(shù)量比較少、企業(yè)少息息相關(guān)。現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表見(jiàn)文末附件1。

　　4、原材料

　　UV LED生產(chǎn)涉及的原材料包括高純金屬有機(jī)物氣體材料等，這方面國(guó)產(chǎn)化比例較高，如電子級(jí)三甲基鎵、電子級(jí)三甲基銦、電子級(jí)三甲基鋁、電子級(jí)三乙基鎵等已經(jīng)制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

　　二、芯片及封裝

　　1、UV LED芯片

　　UV LED外延片經(jīng)過(guò)光刻、刻蝕、淀積、退火等半導(dǎo)體制作工藝，形成可以切割、分離的芯片。如果襯底是不導(dǎo)電的藍(lán)寶石，P電極通過(guò)淀積合適的金屬材料形成，而n電極需要腐蝕p型層和有源區(qū)，淀積電極材料形成平面結(jié)構(gòu)的正裝芯片;其他如平面結(jié)構(gòu)的倒裝芯片、轉(zhuǎn)移襯底的垂直結(jié)構(gòu)芯片等，芯片相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)匯總表見(jiàn)文末附件1。

　　2、UV LED封裝

　　UV LED封裝技術(shù)與可見(jiàn)光LED工序類似，現(xiàn)在的主要兩個(gè)問(wèn)題是熱管理和光提取。密封和光學(xué)材料需要增加抗UV的材料。環(huán)氧樹(shù)脂透鏡被玻璃取代的話，壽命可以從5000小時(shí)提高到2萬(wàn)小時(shí)(研發(fā)水平)，因?yàn)閁V加速了環(huán)氧樹(shù)脂材料的老化，玻璃的耐久性和可靠性相對(duì)好一些。另外一個(gè)選擇是玻璃透鏡和硅膠封裝組合，可以承受更高的密度，更高的光效，但是壽命相對(duì)短，只有15000-20000小時(shí)。

　　UV LED產(chǎn)品的封裝形式比較多樣化，根據(jù)封裝材料的類型，可以分為有機(jī)封裝，半無(wú)機(jī)封裝以及全無(wú)機(jī)封裝。有機(jī)封裝與傳統(tǒng)封裝一樣，采用硅膠、硅樹(shù)脂或者環(huán)氧樹(shù)脂等有機(jī)材料進(jìn)行封裝，技術(shù)相對(duì)比較成熟，包括Lamp、SMD、陶瓷Molding等產(chǎn)品。半無(wú)機(jī)封裝采用有機(jī)硅材料搭配玻璃等無(wú)機(jī)材料，通過(guò)在基板四周涂覆膠水來(lái)實(shí)現(xiàn)透鏡的放置。相比有機(jī)封裝，半無(wú)機(jī)封裝方式的優(yōu)勢(shì)在于極大程度地減少了有機(jī)材料的比例，減少了有機(jī)材料帶來(lái)的光衰問(wèn)題以及濕熱應(yīng)力導(dǎo)致的失效問(wèn)題，穩(wěn)定性和可靠性得到了大幅度的提升。全無(wú)機(jī)封裝則是不使用有機(jī)材料，通過(guò)激光焊、波峰焊、電阻焊等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)透鏡和基板的結(jié)合，完全避免了有機(jī)材料的存在。當(dāng)然目前已經(jīng)存在了抗UVC波段的氟樹(shù)脂材料，并隨著材料的發(fā)展，未來(lái)紫外器件封裝在部分領(lǐng)域還是有回歸到有機(jī)封裝當(dāng)中的可能。

　　UV LED隨著波長(zhǎng)的降低，壽命會(huì)降低。目前395nm比較好的壽命L70基本30000小時(shí)左右，而UVC的壽命L70目前國(guó)內(nèi)外參差不齊，好的能到15000小時(shí)以上，而差的只有2000小時(shí)不到，這和LED芯片材料缺陷有關(guān)，無(wú)機(jī)封裝對(duì)壽命的提升效果有限。

　　正在制定中的器件相關(guān)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體紫外發(fā)射二極管第一部分：測(cè)試方法》(2018-0137T-SJ)、《半導(dǎo)體紫外發(fā)射二極管第二部分：芯片規(guī)范》(2018-0138T-SJ)、《半導(dǎo)體紫外發(fā)射二極管第三部分：器件規(guī)范》(2018-0139T-SJ)。

　　3、封裝相關(guān)材料

　　封裝相關(guān)材料涉及散熱基底、石英透鏡、封裝粘結(jié)材料等。

　　三、光源及設(shè)備

　　1、模塊

　　GB/T 24826-2016《普通照明用LED產(chǎn)品和相關(guān)設(shè)備術(shù)語(yǔ)和定義》中，LED模塊的定義為“未裝燈頭的LED光源，包含一個(gè)或多個(gè)裝在印刷電路板上的LED封裝，并可能包括一個(gè)或多個(gè)組件，比如電子、光學(xué)、機(jī)械、熱部件、接口和控制裝置等”。

　　UV LED在應(yīng)用時(shí)，可分為兩種情況，一為直接替換原有紫外光源(含燈頭)，二為設(shè)計(jì)新的接口的LED模塊(不含燈頭)。針對(duì)普通照明，LED球泡燈、LED管燈是第一種替代方案，LED路燈、LED筒燈、LED射燈多為燈具的直接替換，不再沿用原有光源的燈頭(如E40、E27、E14、GU10等)。在光固化、誘蚊等應(yīng)用中，目前直接替代原有光源的解決方案較少，未來(lái)隨著UV LED光電效率的提高，可能逐漸會(huì)有替代原有光源的解決方案出現(xiàn)。

　　2、光源

　　GB 19258-2012《紫外線殺菌燈》規(guī)定了低氣壓汞蒸氣放電、石英玻璃生產(chǎn)的有臭氧或無(wú)臭氧、峰值波長(zhǎng)為253.7nm、功率65W以下的燈;雙端燈和單端燈初始紫外線輻照度(1m測(cè)試距離，雙管)不低于表2-1中的93%;燈的平均壽命應(yīng)不低于5000h，2000h紫外輻射通量維持率不低于85%，壽終時(shí)紫外線輻射通量的維持率不低于65%。

　　GB/T 30809-2014 《光催化材料性能測(cè)試用紫外光光源》規(guī)定了光催化材料性能測(cè)試對(duì)紫外光光源的要求，不包含LED紫外光光源;規(guī)定紫外光源在燈管的光輸出中紫光占光總輸出功率80%以上的低壓氣體放電燈，紫外線光源波長(zhǎng)以365nm為主波長(zhǎng)，在輻射距離為1000mm±1mm條件下，光輻射照度額定值要求如表2-2所示。同時(shí)規(guī)定紫外光源的平均壽命不低于5000h，紫外光光源的正常燃點(diǎn)2000h時(shí)，輻射通量維持率不低于80%，在正常燃點(diǎn)至70%壽命時(shí)，輻射通量維持率不低于65%。

　　YY 0055.1-2009 《牙科-光固化機(jī)第1部分:石英鎢鹵素?zé)簟贰�YY 0055.2-2009《牙科光固化機(jī)第2部分:發(fā)光二極管(LED)燈》規(guī)定了光固化機(jī)所用光源的技術(shù)要求。

　　GB/T 21096-2013《保健用熒光紫外燈測(cè)量和規(guī)范方法》給出了用于保健目的熒光紫外燈的性能規(guī)定以及測(cè)量和評(píng)估方法，包括涉及這種燈標(biāo)志的具體要求;只涉及型式試驗(yàn)。

　　3、配套部件

　　配套部件如驅(qū)動(dòng)電源、控制器、透鏡、陶瓷基板、散熱部件、燈頭/燈座等。

　　4、設(shè)備

　　4.1 光固化

　　QB/T 4967-2016 《制鞋機(jī)械紫外線光固化機(jī)》中，紫外線光固化機(jī)要求輸送速度2m/min～3m/min，紫外線光源光譜范圍為350nm～450nm，光源功率密度在50W/cm～120W/cm。

　　YY 0055-2018 《牙科學(xué)光固化機(jī)》規(guī)定了光固化機(jī)在200nm～385nm波長(zhǎng)范圍以及515nm以上波長(zhǎng)范圍光輻射值的要求和試驗(yàn)方法。

　　4.2 光催化

　　空氣凈化器方面，國(guó)家出臺(tái)了一系列的安全、能效、性能的標(biāo)準(zhǔn)如GB 4706.45-2008《家用和類似用途電器的安全空氣凈化器的特殊要求》、GB 36893-2018《空氣凈化器能效限定值及能效等級(jí)》、GB/T 18801-2015《空氣凈化器》;其他家用電器如有凈化功能，需滿足GB 21551.3-2010《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能空氣凈化器的特殊要求》。

　　GB/T 18801-2015《空氣凈化器》適用于家用和類似用途的空氣凈化器，用于但不限于以下工作原理：過(guò)濾式、吸附式、絡(luò)合式、化學(xué)催化式、光催化式、靜電式、等離子式、復(fù)合式等。目標(biāo)污染物主要分為顆粒式、氣態(tài)污染物、微生物三大類。

　　其他一些標(biāo)準(zhǔn)，如QB/T 5217-2018《醫(yī)用環(huán)境空氣凈化器》、JG/T 294-2010《空氣凈化器污染物凈化性能測(cè)定》、GB/T 33017.5-2017 《高效能大氣污染物控制裝備評(píng)價(jià)技術(shù)要求第5部分：空氣凈化器》、DB31/T 1022-2016《乘用車空氣凈化器凈化性能測(cè)定方法》等。

　　4.3 紫外殺菌消毒

　　GB 28235-2011《紫外線空氣消毒器安全與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》“6.2.7消毒效果”要求，在空氣消毒效果試驗(yàn)中，對(duì)白色葡萄球菌(8032株)的殺滅率≥99.90%，或?qū)ψ匀痪�的消亡率�?0%的消毒時(shí)間不超過(guò)3h者為合格，用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)環(huán)境空氣消毒的，還應(yīng)符合GB 15982的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值;適用體積不得小于30m3;距消毒器周邊30cm處，紫外線泄漏量應(yīng)≤5μW /cm2。

　　CJ/T 204-2000《生活飲用水紫外線消毒器》中指出，消毒(disinfection)的定義為“殺滅或清除傳播媒介上病原微生物，使其達(dá)到無(wú)害化的處理”。其中，消毒器在進(jìn)水水質(zhì)(渾濁度≤5度、總含鐵量≤0.3mg/L、色度≤15度、水溫≥5℃、總大腸桿菌≤1000個(gè)/L、細(xì)菌總數(shù)≤2000個(gè)/mL)、額定消毒水量(單位m3/h)下出水的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)符合GB 5749要求;5.2.15部分要求“按照本標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)要求，裝備新燈管的消毒器產(chǎn)品，測(cè)得的紫外線輻照劑量不得小于12000μW·S/cm2(應(yīng)沖水)，正常工作的消毒器測(cè)得的紫外線輻照劑量不得小于9000μW·S/cm2”。

　　HJ 2522-2012 《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求紫外線消毒裝置》規(guī)定了飲用水、城鎮(zhèn)污水、城市污水再生水、醫(yī)院污水、禽畜養(yǎng)殖場(chǎng)污水的生物驗(yàn)證計(jì)量要求，具體如表3所示。

　　GB 21551系列標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能的通則、抗菌材料的特殊要求、空氣凈化器的特殊要求、電冰箱的特殊要求、洗衣機(jī)的特殊要求、空調(diào)器的特殊要求，其中通則附錄A規(guī)定了抗菌、除菌、防霉部件毒理學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目的衛(wèi)生要求，包括急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)要求急性經(jīng)口毒性(LD50)>10g/Kg體重，鼠傷寒沙門氏菌/回復(fù)突變?cè)囼?yàn)(Ames試驗(yàn))為陰性，體外哺乳動(dòng)物細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)為陰性，斑馬魚急性毒性試驗(yàn)要求96h試驗(yàn)后無(wú)中毒病癥。

　　4.4 普通照明用紫外LED

　　目前產(chǎn)業(yè)內(nèi)有以380nm-400nm的UV LED激發(fā)熒光粉用于普通照明，因半導(dǎo)體照明標(biāo)準(zhǔn)體系相對(duì)成熟，LED器件、光源、燈具均可參照普通照明各標(biāo)準(zhǔn)，所以附件標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表不再列入照明相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.5 昆蟲等生物誘集

　　因昆蟲具有趨光性，能感受到的波長(zhǎng)范圍為240nm(紫外光)-700nm(黃、橙色)的光，如蚊蟲趨光性的光譜波長(zhǎng)集中在254nm-265nm、365nm-370nm左右。

　　農(nóng)業(yè)、林業(yè)方面有殺蟲燈、誘蟲燈等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 24689.2-2017《植物保護(hù)機(jī)械殺蟲燈》是全國(guó)農(nóng)業(yè)雞血標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口，適用于電擊式、風(fēng)力式殺蟲燈;NB/T 34001-2011 《太陽(yáng)能殺蟲燈通用技術(shù)條件》由能源行業(yè)農(nóng)村能源標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口，適用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的殺蟲燈;LY/T 1915-2010 《誘蟲燈林間使用技術(shù)規(guī)程》由國(guó)家林業(yè)局森林病蟲害防治總站提出并歸口，適用于全國(guó)范圍內(nèi)林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)中誘蟲燈的使用，防治科參考使用。T/CSA 067-20XX《田間防治棉鈴蟲高選擇性LED殺蟲燈系統(tǒng)一般技術(shù)要求》適用于針對(duì)棉鈴蟲的高選擇性LED殺蟲燈系統(tǒng)，針對(duì)田間黏蟲、二點(diǎn)委夜蛾等其他鱗翅目害蟲的LED殺蟲燈系統(tǒng)可參考使用。

　　4.6 醫(yī)學(xué)相關(guān)應(yīng)用

　　紫外醫(yī)療相關(guān)的應(yīng)用包括：A、白癜風(fēng)、銀屑病等皮膚疾病的紫外照射治療;B、UVB照射促進(jìn)形成維生素D以及相關(guān)醫(yī)學(xué)作用;C、美黑作用等。國(guó)家對(duì)醫(yī)療器械按照風(fēng)險(xiǎn)程度實(shí)行分類管理。按照《醫(yī)療器械分類目錄》，“光量子血液治療機(jī)(紫外線照射)、紫外線治療機(jī)、紅外線治療機(jī)、遠(yuǎn)紅外輻射治療機(jī)常規(guī)光源治療機(jī)、光譜治療儀、強(qiáng)光輻射治療儀”屬于“6826物理治療及康復(fù)設(shè)備”，管理類別為Ⅱ類。根據(jù)《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》的規(guī)定，開(kāi)辦第Ⅰ類醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)向生產(chǎn)企業(yè)所在地市級(jí)藥監(jiān)局進(jìn)行備案;開(kāi)辦第Ⅱ、Ⅲ類醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)需要向省(直轄市)藥監(jiān)局辦理生產(chǎn)許可證。

　　相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有YY 0901-2013《紫外治療設(shè)備》、YY 0055-2018《牙科學(xué)光固化機(jī)》，還有一些地方標(biāo)準(zhǔn)等。