用于汽車前照燈的led遠(yuǎn)近光一體的cob封裝工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車配件技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種用于汽車前照燈的LED遠(yuǎn)近光一體的COB封裝工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]車載LED已廣泛應(yīng)用于背光照明、車內(nèi)裝飾、尾燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈等小燈領(lǐng)域，滿足了消費者個性化追求、汽車廠家市場賣點、政府推動節(jié)能、環(huán)保經(jīng)濟等多重需求。LED車燈市場規(guī)模從2007年的6.9億美元快速增長到2011年的12億美元，年平均增長率達到13%，市場滲透率8%。目前，高位剎車燈、尾燈和轉(zhuǎn)向燈已經(jīng)非常普及。但是，對于LED汽車前照燈雖然2009年就已經(jīng)有報道稱我國的全LED汽車前照燈研制成功，但是由于技術(shù)難度，一直未在汽車上得到正式應(yīng)用。自2012年奧迪AS全面采用LED燈前照燈并投放市場以來，進口的LED前照燈在雷克薩斯、奔馳等品牌的高端車上陸續(xù)應(yīng)用，但是由于其價格和應(yīng)用空間性能等發(fā)面的問題，一直無法得到汽車界的廣泛推廣。
[0003]隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國家發(fā)改委《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》將“LED前照燈”列為鼓勵類的獨立項目，國家標(biāo)準(zhǔn)委員會也制訂并公布了全新的“汽車用LED前照燈”國家標(biāo)準(zhǔn)GB25991-2010，LED前照燈將很快得到推廣應(yīng)用。
[0004]目前，開發(fā)的LED前照燈主要采用支架型大功率LED顆粒、貼片LED (SMD)和COBLED模塊三種，實際應(yīng)用安裝的主要是大功率LED顆粒和貼片LED兩種模式，這兩種方式存在最大的問題就是散熱。汽車前照燈是在一個高溫、相對密閉的狹小環(huán)境內(nèi)工作，熱疏導(dǎo)問題是決定其工作性能的核心問題之一，由于兩種模式均需要采用不同類型的支架，增加了 LED芯片散熱的阻力，不利于其在汽車前照燈中的應(yīng)用。因此采用COB封裝模式是汽車前照燈的必然趨向，本專利就針對COB封裝結(jié)構(gòu)，提供了一種高效率的LED汽車前照燈專用光源的封裝工藝。
[0005]另外，不同于現(xiàn)有LED汽車大燈技術(shù)中遠(yuǎn)光與近光分離的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供的封裝工藝，將遠(yuǎn)近光燈集于一體，可替代傳統(tǒng)光源的一體化控制模塊，實現(xiàn)其在電動和混合動力車中的特殊應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于汽車前照燈的遠(yuǎn)近光一體LED光源的COB封裝工藝，通過對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵工藝步驟與參數(shù)的改進，相應(yīng)的一方面可以提高光源的整體出光效率、散熱性能，從而提高光源的工作性能和壽命。另一方面，控制模塊的發(fā)光面的光強度分布，實現(xiàn)了遠(yuǎn)光與近光燈在同一個模塊內(nèi)實現(xiàn)功能，在汽車前照燈15度截止線等光斑要求的同時，壓縮了車燈的物理空間和價格成本。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種用于汽車前照燈的LED遠(yuǎn)近光一體的COB封裝工藝，包括基板、銅箔層、LED芯片、熒光粉膠層，其特征在于:具體步驟如下:
(I)銅箔層:采用高溫熔融的方法將銅漿料或銅箔層燒結(jié)或鍍到基板的正面及背面，基板背面的銅箔層為蜂窩狀結(jié)構(gòu)；
(2)共晶焊接:在基板的正面，采用共晶焊接將LED芯片焊接到銅箔層上；
(3)金線打線:在基板的正面，采用金線打線的工藝，將LED芯片通過金膜層與銅箔層連接，完成LED的串、并聯(lián)連接，以2~3顆LED芯片為一組進行劃分；
(4)圍膠阻隔:采用模具法或者點膠工藝，利用圍膠將每組LED芯片進行阻隔；
(5)熒光粉涂布:采用模板噴涂法或者微點膠工藝，在阻隔后的LED芯片的表面直接涂布熒光粉膜層，膜層的厚度為0.05-0.2mm ；
(6)硅膠填充:將經(jīng)過熒光粉涂布后的LED芯片上覆蓋透明或者含熒光粉的硅膠，直到整個LED芯片完全被透明硅膠覆蓋完整為止。
[0008]所述的基板采用了具有雙面覆銅鍍金的高導(dǎo)熱氮化鋁基板或者摻雜的雙面覆銅鍍金氧化鋁基板。
[0009]所述的LED芯片背面均有鍍金層。
[0010]所述的圍膠采用了混合有納米Ti02、A1203和Si02顆粒的耐溫反光硅膠，圍膠中納米Ti02顆粒的重量百分比在10~50%，A1203顆粒重量百分比在l~20%，Si02顆粒的重量百分比在3~25%，圍膠的寬度在0.1-1mm,圍膠的厚度在0.5-1.2mm。
[0011]所述的熒光粉中采用大顆粒的氮化物黃光熒光粉和量子點材料的混合粉末，氮化物黃光熒光粉的顆粒為15~25um，量子點材料主要采用不同尺寸的砸化鎘或者砸化鎘、硫化鋅的核殼結(jié)構(gòu)。
[0012]所述的熒光粉涂布采用微點膠工藝，具體工藝如下:
(1)第一次點膠:先將顆粒在18~25um的氮化物黃光熒光粉與透明硅膠混合，氮化物黃光熒光粉的重量百分比比例含量為5~15%，通過微點膠工藝，在LED芯片表面涂覆熒光粉膠，穩(wěn)定10分鐘；
(2)第二次點膠:用顆粒在8~18um的氮化物熒光粉和量子點材料與硅膠相混，其中氮化物黃光熒光粉的重量百分比比例含量為1~15%，量子點材料的重量含量為3~25%，在第一次點膠后的LED芯片表面再次涂覆。
[0013]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中通過非透明反光圍膠和垂直芯片相結(jié)合，這樣一方面可以實現(xiàn)遠(yuǎn)近光一體化的功能，另一方面，可以控制熒光粉的涂覆形狀，保證光源發(fā)光面的尺寸與位置，控制出光的均勻性。
[0014]熒光粉層的參雜和涂覆工藝可以提高了得光源的外出光效率，還能提高硅膠層的導(dǎo)熱性能。
[0015]熒光粉層中加入量子點材料的作用:量子點材料使用壽命長，且量子點本身尺寸比可見光波長還小，光散射、折射及其他光損失的現(xiàn)象也相對減少。量子點材料在受到LED芯片發(fā)光的刺激，會根據(jù)量子點的直徑大小，發(fā)出各種不同顏色的非常純正的高質(zhì)量單色光。本發(fā)明采用的砸化鎘或者砸化鎘/硫化鋅的核殼量子點材料可以發(fā)出紅光和綠光，從而彌補LED光譜中的缺憾，從而提高汽車前照燈用LED光源的顯色指數(shù)和發(fā)光效率。
[0016]氮化鋁基板背面的覆銅層和鍍金層均為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，可以使光源在與外部燈具基座相連時采用金錫共晶焊接作用，并在較大面積的共晶焊接中采用了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，可以避免焊接中出現(xiàn)的微氣泡，微氣泡會成為LED散熱的熱阻，通過本發(fā)明的設(shè)計，大大改善了光源與燈具間的散熱通道，有利于光源的整體散熱。
【附圖說明】
[0017]圖1為基板尚]面不意圖。
[0018]圖2為基板正面不意圖。
[0019]圖3為基板背面示意圖。
[0020]圖4為LED芯片布局不意圖。
[0021]圖5為實施例一結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6-圖8為實施例二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖1至圖6，I為基板，2為銅箔層，3為LED芯片，4為金線，5為蜂窩狀的銅箔層，6為近光燈組合，7為遠(yuǎn)光燈組合，8為近光燈圍膠，9為遠(yuǎn)光燈圍膠。
【具體實施方式】
[0024]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0025](I) LED光源的結(jié)構(gòu):
如圖1至圖3所示，LED光源封裝基板I采用了具有雙面覆銅鍍金的高導(dǎo)熱氮化鋁基板或摻雜的雙面覆銅鍍金氧化鋁基板，基板正面和背面均是銅箔層2，鍍金層厚度為10~150um。銅箔層2是通過高溫熔融到氮化鋁或氧化鋁基板表面的，該工藝銅箔層2與基板I有更好的結(jié)合力，使得導(dǎo)熱通道充分，基板I整體的導(dǎo)熱性能好。基板I正面銅箔層2包含了 LED芯片3共晶焊接焊盤和串并聯(lián)回路的電路，基板I背面銅箔層2是具有蜂窩狀的銅箔層5結(jié)構(gòu)的焊盤，用于LED光源和汽車大燈燈具的連接。
[0026]根據(jù)LED芯片3的選擇和串并聯(lián)導(dǎo)電回路設(shè)計，基板I雙面的覆銅層可以各自獨立，或者通過微空實現(xiàn)正面和背面的導(dǎo)通連接。
[0027]汽車供電電壓一般是12V (11 - 15V之間浮動)，LED芯片數(shù)量以2~3顆為I個單位，通過串并聯(lián)組合，實現(xiàn)遠(yuǎn)近光燈的功能。
[0028](2) LED芯片固晶與連線步驟:
如圖4所示，LED芯片4的布局主要分成以下幾種組合:4顆近光燈和7顆遠(yuǎn)光燈的一體組合，5顆近光燈和9顆遠(yuǎn)光的組合，6顆近光燈和11顆遠(yuǎn)光燈的組合，分布方式如圖4(a) (b) (c)所示。
[0029]圖4所示的布局方式可以將COB模式封裝的LED前照燈的光斑控制在相對集中的范圍內(nèi)，同時，又在范圍內(nèi)有較為均勻的光斑分布，避免出現(xiàn)照度不均勻的現(xiàn)象。
[0030]LED照明光源封裝一般主要采用水平電極結(jié)構(gòu)、反轉(zhuǎn)電極結(jié)構(gòu)和垂直電極結(jié)構(gòu)的LED芯片。水平電極結(jié)構(gòu)的LED芯片較厚，因此LED芯片側(cè)面會出光，側(cè)面出光大約占到總出光的40% ;另外藍(lán)寶石的熱導(dǎo)率較低，因此水平電極結(jié)構(gòu)的LED芯片熱阻較大。反轉(zhuǎn)電極結(jié)構(gòu)的LED芯片結(jié)構(gòu)與水平電極結(jié)構(gòu)的LED芯片類似，只是將LED芯片倒扣在封裝基板上，雖然熱阻稍小，但是由于兩個電極通過貼片的方式與基板形成電連接，那么對于陣列形式的LED封裝，其封裝基板的布線將更加復(fù)雜。另外仍然存在側(cè)面出光的問題。垂直電極結(jié)構(gòu)的LED芯片與前兩種LED芯片有著較大的區(qū)別，襯底多采用高熱導(dǎo)率非透明材料，因此芯片側(cè)面出光可以忽略不計，光束更加集中，有利于提高LED封裝的亮度。另外由于電流在垂直方向傳導(dǎo)，沒有前兩種芯片中的橫向傳導(dǎo)，不會出現(xiàn)電流聚集效應(yīng)。目前國外大的芯片廠商主要生產(chǎn)垂直電極結(jié)構(gòu)的LED。
[0031]針對以上問題，本發(fā)明通過以下途徑解決了芯片的應(yīng)用問題。
[0032]本發(fā)明采用了垂直電極和平面電極兩種結(jié)構(gòu)的LED芯片3。針對LED芯片熱阻大的問題，LED芯片3背面均有鍍金層，作為金錫共晶焊接層。對于平面結(jié)構(gòu)芯片，該鍍金層可以減少熱阻，為芯片提供更好的散熱通道；對于垂直結(jié)構(gòu)芯片，該金層既是焊接層，也是芯片的電極。
[0033]為了保證芯片的散熱性能，采用了金錫共晶焊接，該工藝是所有固晶工藝中熱阻最小的工藝。在完成固晶工藝后，通過金線4打線工藝，完成了 LED芯片3的串、并聯(lián)連接，LED以2~3顆為組進行分組連接。