第一節(jié) 產(chǎn)品技術發(fā)展現(xiàn)狀

LED車燈的優(yōu)勢主要有以下七點：

一、單色性好、色彩鮮艷豐富。顏色飽和度達到130%全彩色，使燈光更加清晰柔和。

二、壽命長、抗震性好。LED是半導體元件，與白熾燈不同，沒有玻璃、鎢絲等易損可動部件，故障極低，可以免維修。

三、點亮無延遲，響應時間快。LED的啟動時間僅為幾十納秒，啟動時間較白熾燈泡大大縮短，這樣便給司機留下了更多的反應時間。

四、高效率、低能耗。LED光源不需要濾色就能直接產(chǎn)生汽車燈具需要的紅色、琥珀色等顏色，無損耗，電能利用率高達80%以上。

五、體積小、重量輕。利用其特點可設計又薄、又輕、又緊湊的各種式樣的燈具，給汽車造型設計提供空間。

六、綠色照明光源。LED光譜中單色性好，沒有多余紅外、紫外等光譜，不含汞有害物質，熱量、輻射很少。七、單個LED的光通量小。目前單個LED的光通量 研究 水平可達120lm/W，產(chǎn)品水平≤60lm/W，而且大功率的LED往往要增加尺寸很大的散熱器，所以LED光源一般采用LED陣列設計方法。

目前影響LED車燈發(fā)展的除了價格方面的問題之外，產(chǎn)品技術性能方面面臨的難題仍需要攻克。比如，就單個光源而言，LED的光照強度仍顯不足。而單點不夠亮就難以達成下述如意盤算：削減構成組合燈具的LED光源數(shù)目將有助于縮小汽車燈具的占用空間且易于靈活布置，并可簡化照明系統(tǒng)的布線和安裝以及降低生產(chǎn)成本。

另外LED的熱管理是個大難題。即使較小的熱量要集中到芯片大小的器件上去傳導和發(fā)散，因裝置的熱容量小也會引起LED溫度的驟升。LED的工作溫度必須保持在150℃以下的范圍。對該散熱問題的一種解決方案是：在一個燈具中使用數(shù)目較多的LED發(fā)光元件，讓單件的發(fā)熱量較小，再把它們布置在較大的空間內使其易于散熱。這就是小糸車燈在為豐田的凌志LS600h配套前照燈時所采用的手法。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

LED封裝技術大都是在分立器件封裝技術基礎上發(fā)展與演變而來的，但卻有很大的特殊性。一般情況下，分立器件的管芯被密封在封裝體內，封裝的作用主要是保護管芯和完成電氣互連。而LED封裝則是完成輸出電信號，保護管芯正常工作，輸出：可見光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設計及技術要求，無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。

LED的核心發(fā)光部分是由p型和n型半導體構成的pn結管芯，當注入pn結的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時，就會發(fā)出可見光，紫外光或近紅外光。但pn結區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個方向發(fā)射有相同的幾率，因此，并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來，這主要取決于半導體材料質量、管芯結構及幾何形狀、封裝內部結構與包封材料，應用要求提高LED的內、外部量子效率。常規(guī)Φ5mm型LED封裝是將邊長0.25mm的正方形管芯粘結或燒結在引線架上，管芯的正極通過球形接觸點與金絲，鍵合為內引線與一條管腳相連，負極通過反射杯和引線架的另一管腳相連，然后其頂部用環(huán)氧樹脂包封。反射杯的作用是收集管芯側面、界面發(fā)出的光，向期望的方向角內發(fā)射。頂部包封的環(huán)氧樹脂做成一定形狀，有這樣幾種作用：保護管芯等不受外界侵蝕；采用不同的形狀和材料性質(摻或不摻散色劑)，起透鏡或漫射透鏡功能，控制光的發(fā)散角；管芯折射率與空氣折射率相關太大，致使管芯內部的全反射臨界角很小，其有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯內部經(jīng)多次反射而被吸收，易發(fā)生全反射導致過多光損失，選用相應折射率的環(huán)氧樹脂作過渡，提高管芯的光出射效率。用作構成管殼的環(huán)氧樹脂須具有耐濕性，絕緣性，機械強度，對管芯發(fā)出光的折射率和透射率高。選擇不同折射率的封裝材料，封裝幾何形狀對光子逸出效率的影響是不同的，發(fā)光強度的角分布也與管芯結構、光輸出方式、封裝透鏡所用材質和形狀有關。若采用尖形樹脂透鏡，可使光集中到LED的軸線方向，相應的視角較??；如果頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相應視角將增大。

一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化為0.2-0.3nm／℃，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當正向電流流經(jīng)pn結，發(fā)熱性損耗使結區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發(fā)光強度會相應地減少1％左右，封裝散熱；時保持色純度與發(fā)光強度非常重要，以往多采用減少其驅動電流的辦法，降低結溫，多數(shù)LED的驅動電流限制在20mA左右。但是，LED的光輸出會隨電流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驅動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結構，全新的LED封裝設計理念和低熱阻封裝結構及技術，改善熱特性。例如，采用大面積芯片倒裝結構，選用導熱性能好的銀膠，增大金屬支架的表面積，焊料凸點的硅載體直接裝在熱沉上等方法。此外，在應用設計中，PCB線路板等的熱設計、導熱性能也十分重要。

進入21世紀后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙LED光效已達到100Im／W，綠LED為501m／W，單只LED的光通量也達到數(shù)十Im。LED芯片和封裝不再沿龔傳統(tǒng)的設計理念與制造生產(chǎn)模式，在增加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內雜質數(shù)量，晶格缺陷和位錯來提高內部效率，同時，如何改善管芯及封裝內部結構，增強LED內部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效，解決散熱，取光和熱沉優(yōu)化設計，改進光學性能，加速表面貼裝化SMD進程更是產(chǎn)業(yè)界研發(fā)的主流方向。

1、產(chǎn)品封裝結構類型

自上世紀九十年代以來，LED芯片及材料制作技術的研發(fā)取得多項突破，透明襯底梯形結構、紋理表面結構、芯片倒裝結構，商品化的超高亮度(1cd以上)紅、橙、黃、綠、藍的LED產(chǎn)品相繼問市，2000年開始在低、中光通量的特殊照明中獲得應用。LED的上、中游產(chǎn)業(yè)受到前所未有的重視，進一步推動下游的封裝技術及產(chǎn)業(yè)發(fā)展，采用不同封裝結構形式與尺寸，不同發(fā)光顏色的管芯及其雙色、或三色組合方式，可生產(chǎn)出多種系列，品種、規(guī)格的產(chǎn)品。

LED產(chǎn)品封裝結構的類型也有根據(jù)發(fā)光顏色、芯片材料、發(fā)光亮度、尺寸大小等情況特征來分類的。單個管芯一般構成點光源，多個管芯組裝一般可構成面光源和線光源，作信息、狀態(tài)指示及顯示用，發(fā)光顯示器也是用多個管芯，通過管芯的適當連接(包括串聯(lián)和并聯(lián))與合適的光學結構組合而成的，構成發(fā)光顯示器的發(fā)光段和發(fā)光點。表面貼裝LED可逐漸替代引腳式LED，應用設計更靈活，已在LED顯示市場中占有一定的份額，有加速發(fā)展趨勢。固體照明光源有部分產(chǎn)品上市，成為今后LED的中、長期發(fā)展方向。

2、引腳式封裝

LED腳式封裝采用引線架作各種封裝外型的引腳，是最先研發(fā)成功投放市場的封裝結構，品種數(shù)量繁多，技術成熟度較高，封裝內結構與反射層仍在不斷改進。標準LED被大多數(shù)客戶認為是目前顯示 行業(yè) 中最方便、最經(jīng)濟的解決方案，典型的傳統(tǒng)LED安置在能承受0.1W輸入功率的包封內，其90％的熱量是由負極的引腳架散發(fā)至PCB板，再散發(fā)到空氣中，如何降低工作時pn結的溫升是封裝與應用必須考慮的。包封材料多采用高溫固化環(huán)氧樹脂，其光性能優(yōu)良，工藝適應性好，產(chǎn)品可*性高，可做成有色透明或無色透明和有色散射或無色散射的透鏡封裝，不同的透鏡形狀構成多種外形及尺寸，例如，圓形按直徑分為Φ2mm、Φ3mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ7mm等數(shù)種，環(huán)氧樹脂的不同組份可產(chǎn)生不同的發(fā)光效果?；ㄉc光源有多種不同的封裝結構：陶瓷底座環(huán)氧樹脂封裝具有較好的工作溫度性能，引腳可彎曲成所需形狀，體積?。唤饘俚鬃芰戏瓷湔质椒庋b是一種節(jié)能指示燈，適作電源指示用；閃爍式將CMOS振蕩電路芯片與LED管芯組合封裝，可自行產(chǎn)生較強視覺沖擊的閃爍光；雙色型由兩種不同發(fā)光顏色的管芯組成，封裝在同一環(huán)氧樹脂透鏡中，除雙色外還可獲得第三種的混合色，在大屏幕顯示系統(tǒng)中的應用極為廣泛，并可封裝組成雙色顯示器件；電壓型將恒流源芯片與LED管芯組合封裝，可直接替代5—24V的各種電壓指示燈。面光源是多個LED管芯粘結在微型PCB板的規(guī)定位置上，采用塑料反射框罩并灌封環(huán)氧樹脂而形成，PCB板的不同設計確定外引線排列和連接方式，有雙列直插與單列直插等結構形式。點、面光源現(xiàn)已開發(fā)出數(shù)百種封裝外形及尺寸，供市場及客戶適用。

半導體pn結的電致發(fā)光機理決定LED不可能產(chǎn)生具有連續(xù)光譜的白光，同時單只LED也不可能產(chǎn)生兩種以上的高亮度單色光，只能在封裝時借助熒光物質，藍或紫外LED管芯上涂敷熒光粉，間接產(chǎn)生寬帶光譜，合成白光；或采用幾種(兩種或三種、多種)發(fā)不同色光的管芯封裝在一個組件外殼內，通過色光的混合構成白光LED。這兩種方法都取得實用化，日本2000年生產(chǎn)白光LED達1億只，發(fā)展成一類穩(wěn)定地發(fā)白光的產(chǎn)品，并將多只白光LED設計組裝成對光通量要求不高，以局部裝飾作用為主，追求新潮的電光源。

3、表面貼裝封裝

在2002年，表面貼裝封裝的LED(SMDLED)逐漸被市場所接受，并獲得一定的市場份額，從引腳式封裝轉向SMD符合整個電子 行業(yè) 發(fā)展大趨勢，很多生產(chǎn)廠商推出此類產(chǎn)品。

早期的SMDLED大多采用帶透明塑料體的SOT-23改進型，外形尺寸3.04×1.11mm，卷盤式容器編帶包裝。在SOT-23基礎上，研發(fā)出帶透鏡的高亮度SMD的SLM-125系列，SLM-245系列LED，前者為單色發(fā)光，后者為雙色或三色發(fā)光。近些年，SMDLED成為一個發(fā)展熱點，很好地解決了亮度、視角、平整度、可*性、一致性等問題，采用更輕的PCB板和反射層材料，在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，并去除較重的碳鋼材料引腳，通過縮小尺寸，降低重量，可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，最終使應用更趨完美，尤其適合戶內，半戶外全彩顯示屏應用。

焊盤是其散熱的重要渠道，廠商提供的SMDLED的數(shù)據(jù)都是以4.0×4.0mm的焊盤為基礎的，采用回流焊可設計成焊盤與引腳相等。超高亮度LED產(chǎn)品可采用PLCC(塑封帶引線片式載體)-2封裝，外形尺寸為3.0×2.8mm，通過獨特方法裝配高亮度管芯，產(chǎn)品熱阻為400K／W，可按CECC方式焊接，其發(fā)光強度在50mA驅動電流下達1250mcd。七段式的一位、兩位、三位和四位數(shù)碼SMDLED顯示器件的字符高度為5.08-12.7mm，顯示尺寸選擇范圍寬。PLCC封裝避免了引腳七段數(shù)碼顯示器所需的手工插入與引腳對齊工序，符合自動拾取—貼裝設備的生產(chǎn)要求，應用設計空間靈活，顯示鮮艷清晰。多色PLCC封裝帶有一個外部反射器，可簡便地與發(fā)光管或光導相結合，用反射型替代目前的透射型光學設計，為大范圍區(qū)域提供統(tǒng)一的照明，研發(fā)在3.5V、1A驅動條件下工作的功率型SMDLED封裝。

4、功率型封裝

LED芯片及封裝向大功率方向發(fā)展，在大電流下產(chǎn)生比Φ5mmLED大10-20倍的光通量，必須采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問題，因此，管殼及封裝也是其關鍵技術，能承受數(shù)W功率的LED封裝已出現(xiàn)。5W系列白、綠、藍綠、藍的功率型LED從2003年初開始供貨，白光LED光輸出達1871m，光效44.31m／W綠光衰問題，開發(fā)出可承受10W功率的LED，大面積管；匕尺寸為2.5×2.5mm，可在5A電流下工作，光輸出達2001m，作為固體照明光源有很大發(fā)展空間。

Luxeon系列功率LED是將A1GalnN功率型倒裝管芯倒裝焊接在具有焊料凸點的硅載體上，然后把完成倒裝焊接的硅載體裝入熱沉與管殼中，鍵合引線進行封裝。這種封裝對于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度的設計都是最佳的。其主要特點：熱阻低，一般僅為14℃／W，只有常規(guī)LED的1／10；可靠性高，封裝內部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40-120℃范圍，不會因溫度驟變產(chǎn)生的內應力，使金絲與引線框架斷開，并防止環(huán)氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會因氧化而玷污；反射杯和透鏡的最佳設計使輻射圖樣可控和光學效率最高。另外，其輸出光功率，外量子效率等性能優(yōu)異，將LED固體光源發(fā)展到一個新水平。

Norlux系列功率LED的封裝結構為六角形鋁板作底座(使其不導電)的多芯片組合，底座直徑31.75mm，發(fā)光區(qū)位于其中心部位，直徑約(0.375×25.4)mm，可容納40只LED管芯，鋁板同時作為熱襯。管芯的鍵合引線通過底座上制作的兩個接觸點與正、負極連接，根據(jù)所需輸出光功率的大小來確定底座上排列管芯的數(shù)目，可組合封裝的超高亮度的AlGaInN和AlGaInP管芯，其發(fā)射光分別為單色，彩色或合成的白色，最后用高折射率的材料按光學設計形狀進行包封。這種封裝采用常規(guī)管芯高密度組合封裝，取光效率高，熱阻低，較好地保護管芯與鍵合引線，在大電流下有較高的光輸出功率，也是一種有發(fā)展前景的LED固體光源。

在應用中，可將已封裝產(chǎn)品組裝在一個帶有鋁夾層的金屬芯PCB板上，形成功率密度LED，PCB板作為器件電極連接的布線之用，鋁芯夾層則可作熱襯使用，獲得較高的發(fā)光通量和光電轉換效率。此外，封裝好的SMDLED體積很小，可靈活地組合起來，構成模塊型、導光板型、聚光型、反射型等多姿多彩的照明光源。

功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長、使用壽命等，因此，對功率型LED芯片的封裝設計、制造技術更顯得尤為重要。

LED工藝流程圖

第三節(jié) 國內外技術未來發(fā)展趨勢 分析

近兩年的汽車設計中，LED車燈的使用越來越多，在給汽車外觀增加現(xiàn)代感的同時，也為更多人所熟悉。新一代奧迪A4的前燈組中就增加了LED車燈的元素，彰顯時尚的同時也預示LED車燈的使用是奧迪未來設計的一大趨勢。但目前對大多數(shù)車型而言，LED車燈仍多數(shù)使用在汽車尾燈上，而在前大燈、轉向燈上的使用仍然非常少，其間還存在若干關鍵技術問題有待攻克。

先來說說LED車燈的優(yōu)勢。LED是發(fā)光二極管的英文縮寫，它是一種固態(tài)半導體，可直接把電轉化為光。其具有可靠性強、使用壽命長、每瓦流明高、響應速度快等優(yōu)點。LED預期使用壽命為5萬小時，而鹵鎢燈為2萬小時，普通白熾燈為3000小時;它結構堅固，不易受震動影響，相同電能可產(chǎn)生更多的光輸出;當車輛速度為125km/h(即35米秒時)，反應迅速的LED剎車燈可提早約8米發(fā)出剎車警告，有效避免事故。

但一些尚難妥善解決的問題制約了LED車燈的發(fā)展。關鍵問題與最大挑戰(zhàn)是LED的自熱問題，LED的多數(shù)電能均轉化成傳導熱而不是輻射熱，并不能很好地進行車內照明，更重要的是傳導熱導致LED半導體溫度過高，很容易損壞;同時LED車燈的流明并沒有隨電流同倍增長，即用電多也不一定會亮得更明顯;而LED發(fā)光具有明顯的方向性，照射廣度不夠;外界環(huán)境溫度對LED燈的影響同樣巨大，所以對它的熱管理是最根本需要解決的問題，這涉及對電流元器件，尤其是熱敏電阻器的控制與管理，電流的線性控制是LED能否正常并安全工作的關鍵。LED會隨溫度與電流的變化而改變顏色，可能影響夜視效果和距離判斷;電流頻率甚至可能導致光線頻繁閃爍。同時，大部分國家與汽車照明相關的法律對LED車燈并沒有太多的支持，也限制了它的發(fā)展。

毋庸置疑，采用高亮度LED照明將成為未來汽車的重要發(fā)展方向之一，徹底解決目前存在于技術等方面的難關后，LED終將在汽車照明上得到廣泛的應用。

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