汽车照明：LED大灯模组设计与分析

前言：LED车灯模组目前被国内外封装厂视为打进车灯厂的主流技术，各家使用倒装、垂直芯片，陶瓷荧光片及反射白胶材料制作不同的单面发光结构，在散热方式和电气连接有着相近的技术但不同的实现方法。可谓各有各的技术风格，也各有各的应用亮点。

针对上一车灯微解系列之后很多朋友追问希望了解的前装和后装LED封装上的技术问题和需求，这期会和大家分享国外巨头和国内车灯封装厂大灯模组涉及的技术。国内外目前所使用的技术是逐步和车灯厂之间的配合而逐步更新发展过来的。为使车灯反光杯和灯罩不会因长期受热而变形，并要达到维持光源的高可靠性能，提高整套灯具的寿命，散热问题在LED前照灯光源的设计工作中至关重要。另一方面，为达到完美的光型匹配，运用不同的导热、散热材料，不同封装结构和工艺相互组合驱使封装厂不断地提高自身的研发技术水平和市场地位。以下是自己做LED车灯光源设计时破解的一些国内外大灯模组的技术分析：              图1.ORSAM大灯模组（1*4）破解分析

 ORSAM的模组和上层灯珠同时采用热电分离的结构，灯珠为4颗垂直结构的芯片+陶瓷荧光片的焊盘朝上结构，这样在灯珠与底板结合就可以获得最大的散热面积。使用陶瓷荧光片使其在高温极端情况
下可以做到最小的色漂目的。白色反射胶+单晶硅围坝使其在杂散光的消除和亮度提升有了不小的优势。元素分析表明，灯珠和基板的结合为类似纳米银浆的材料，不仅在高导热上获得突破，该材料较大的推力同时也使得其在车辆震动中获得较强稳定性。光源和基板的电气连接采用的是金线结构，黑色硅胶起到了几个不同的作用，不仅能保护金线和下层银结合材料，同时对外围的杂散光有一定的消除作用。ORSAM也同时推出方便客户设计和使用的带端子和IC的模组，电气连接靠底板散热器上的IC端子获得。

图2.ORSAM原厂热学模拟

NICHIA在模组上的技术和ORSAM相近，但是不同的是其在光源封装上运用倒装芯片，其倒装芯片采用GGI工艺，该工艺使其达到更大的热传导效果，并且其芯片的耐大电流冲击的能力会因此得到该工艺的加强。整颗陶瓷荧光片的运用，在光学上多颗芯片间的暗影区将会不再显现，很多车灯厂和光学设计师在投射式反光杯的处理上因此得到简化。另外一方面，光源的小型化上NICHIA在同时推出另外一种形式的光源，光源用到的ALN材料表面有做抛光处理，并且其厚度一般为国内的光源所用基板的两倍。同样焊盘朝上的设计，为了能使车灯厂做出更大的自由设计，NICHIA为这款小型化的光源推出搭配的电气连接机构，方便了车灯厂的设计和使用。

图3.NICHIA模组和光源破解

 

图4.PHILIPS和三烁模组铝带键合技术

以PHILIPS和三烁模组为例，这两家灯珠都是使用倒装共晶焊为主要封装工艺，三烁和飞利浦都同时使用铝带键合的工艺作为其外部电气连接的主要方式，在突破大电流冲击和防止使用过程中的人为压断金线方面获得长足进展，铝带的高结合力远远超过金线封装，这也让我们看到飞利浦在IC封装领域的巨大优势，其整个金属和黑色树脂形成的底部外盒也有很多自由设计在里面，在同时满足杂散光消除的作用下客户可以自由选取直接压板焊接或者选用其提供的连接扩展器进行电器连接。

图5.三烁LED模组破解及光学验证

    三烁和PHILIPS采用这种铝带键合的方式使得整个模组获得极小的接触电阻，并且在汽车前大灯这种高严苛的使用环境下具备很高的热疲劳能力，并且在电磁干扰方面，可以减少寄生电感的产生。