一种LED车灯导热封装结构、LED车灯及制造方法与流程

本发明属于车辆照明装置技术领域，涉及一种led车灯导热封装结构、led车灯及制造方法。

背景技术：

传统的汽车前大灯是卤素灯和氙气灯，新兴的led汽车大灯以其高效、节能、长寿命的优势正以迅猛的速度开始普及。led车大灯分两种，一种是原车本身就专门设计的全套包括光学系统的led车大灯，一种是用led替换原装的卤素灯和氙气灯。目前市场上的led车大灯基本上是指后者，在不能改动原有光学和电学系统的情况下直接用led替换卤素灯和氙气灯，价格便宜更换方便。

led照明一个永恒的难题就是热，所有的led灯无一不要考虑导热散热问题，因为led的亮度、颜色与寿命直接与温度相关，特别是在大功率高密度照明上，而汽车led前大灯是其中最为典型的代表：

(1)传统卤素灯的发光源是一根灯丝，led替代卤素灯要利用原有的灯罩与光学系统，就决定了led的发光面积、形状和位置必须与卤素灯的灯丝相仿；

(2)在如此小的面积上要达到和超过卤素灯的亮度，就决定了车灯led必须是高功率高密度，尽可能少的芯片和尽可能大的电流；

(3)led必须通过一个小孔深入到密闭灯罩的内部，内部空间摆不下也塞不进散热器，而且密闭的灯罩内也无法散热，必须把led芯片产生的热量传导出来在灯罩外散热，这是车灯led一个最为与众不同的特点，使本来就在密不透风灯罩内的高功率高密度led的散热难题更难上加难，所以目前所有汽车led前大灯存在的共同的最大问题就是过热。

为此，汽车led前大灯普遍采用热管导热把led产生的热量导出灯壳外，靠自然散热或风扇散热方式把热散掉。热管是一种内部具有毛细管结构的铜管，利用液体相变吸热放热原理导热，其导热效率远远高于金银铜铝等金属材料。一个典型的汽车led前大灯的封装结构如图1所示。从图1可以看到：从led芯片7到热管1中间隔了很多层材料，除了导热性能好的金属铜4和氮化铝基板8外，还有导热性能极差的绝缘层9和导热膏2。led芯片7上涂覆有荧光粉6，led芯片通过焊锡5焊接在氮化铝基板8上，氮化铝基板8的两面都敷有铜4，氮化铝基板8通过焊锡5焊接在铜基板10上，在氮化铝基板8与铜基板10之间设置导电层，利用铜4导电，并利用绝缘层9避免铜基板10带电，导线与铜4(位于绝缘层9与焊锡5之间)连接，铜基板10通过导热膏与热管1连接，led芯片产生的热量导到热管后，沿箭头方向散热。

所以目前汽车led前大灯的主要问题就是从led芯片到热管的热阻太大，为此，有很多专利提出了改进方案，具有代表性的有如下一些专利：发明专利申请cn102095151a、cn106594627a、cn105737115a，实用新型专利cn204285394u、cn203010557u、cn205877976u、cn205480664u、cn205535477u、cn206469177u。

公开号为cn105737115a的发明专利申请公开了一种led前大灯导热结构，包括：一个以上的led基板、铜导热管、铝合金散热片；其中，led基板上设置led芯片，led芯片为5×1或4×1阵列；led基板通过导热粘合剂粘贴于铜导热管的一端；铝合金散热片呈圆环状，套于铜导热管的另一端，二者采用导热粘合剂固定连接；铜导热管设有车灯安装位。

公开号为cn106594627a的发明专利申请公开了一种led车灯，led光源包括焊接在光源安装面上的导热基板和设置在导热基板上的多个例如led灯珠或led芯片的led发光元件。

公告号为cn206469177u的实用新型专利公开了一种led车灯，包括led灯芯、遮光片、灯具总成装配件和散热风扇。led灯芯包括两个焊接有若干个led的条形电路板，且led位于条形电路板的外侧。两个条形电路板之间设有散热板，散热板的后端连接散热管。每片电路板的下侧设有铜基板层，铜基板层分别与散热板前端的上下表面直接接触。

公告号为cn205535477u的实用新型专利公开了一种led车灯，led车灯包括散热壳体、电源引线、卡环以及光电组件；光电组件位于散热壳体内，光电组件与电源引线的位于散热壳体内的第一端子电连接，实现光电组件的发光照明；卡环卡装于散热壳体外，便于led车灯与车体之间的连接。散热壳体包括第一散热壳和第二散热壳，光电组件包括led芯片、基板以及热管，led芯片贴合在基板上，基板与热管粘接且基板与电源引线的第一端子电连接，led芯片位于散热壳体上部的通光孔内侧，基板接收供电后使led芯片发光同时基板产生热量，热量传递至热管上。

上述专利或专利申请的方案都是要减少芯片与热管之间的介质层数，提高导热性能，概括有下列两种方式：

方式一、led芯片封装在铜基板上10，铜基板10与热管1通过导热膏2或焊锡5与热管1相连，如图2所示，该方式虽然省去了几层介质，但铜基板因有介电绝缘层9，其导热系数很低，整体热阻依旧很大。

方式二、led芯片7封装在氮化铝基板8上，氮化铝基板8再通过导热膏2或焊锡5与热管1相连，如图3所示，该方式比方式一的导热要好，去掉了导热系数很低的介电绝缘层9，但需要加大氮化铝基板8的尺寸以留出焊线的空间，氮化铝基板8的双面敷铜4，双面敷铜氮化铝很贵，无疑提高了成本，而且从led芯片7到热管1还是有好几层介质，总厚度也较厚，依旧存在一定的热阻。

上述所有专利以及现行的车灯均采用热电分离的结构，即led芯片产生的热量通过热管导走，led芯片需要的电能通过铜基板或铝基板或陶瓷基板上的金属导电层供电，而导电层是与热管绝缘的，即各走各的路，为此，led芯片与热管之间就必须有导电层、绝缘层和粘结层，这是必不可少的。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种led车灯导热封装结构，采用热电一体的结构将led芯片直接安装在热管上，去除了现有技术设置在led芯片与热管之间的介质，led芯片热量直接传到到热管上，热阻大大降低，同时，热管也是led芯片的供电通道。

本发明提供的led车灯导热封装结构，包括led芯片、至少两根热管，相邻热管之间相互绝缘；所述led芯片安装在相邻的两根热管上，led芯片的正、负极分别与其中一根热管连接，所述热管作为led芯片的导电通道，所述led芯片为倒装芯片。

本发明的led芯片直接焊接在热管上，最大限度减少了芯片与热管之间的热阻。采用相互绝缘的两根热管的新型结构，解决了led芯片不能直接焊在热管上的难题。省去了氮化铝陶瓷基板和铜基板，不仅降低了材料成本也简化了封装工艺，降低了封装成本，大大减小了厚度，光型上更加接近原有的卤素灯和氙气灯，光型与光斑更好。本发明新结构导热性能的大大改善，降低了led芯片的温度，对于延长汽车led前大灯的使用寿命极为重要。

所述热管表面的一端设置有组焊层，阻焊层预留有安装led芯片的焊盘，所述热管表面的另一端为连接散热片区。将粘接后的上下两个表面磨平抛光，涂敷或印刷一层白色阻焊层，阻焊层的作用是把焊锡限制在指定的区域，防止led芯片位置发生移动，同时白色阻焊层有良好的反光。

本发明相邻热管之间通过绝缘粘接层连接。将两段相同长度的已压制好的热管并排粘接在一起，粘接材料为混有陶瓷粉末的环氧树脂，硬度高耐高温且电绝缘，绝缘粘接层厚度可设置为0.2mm。

led芯片优选倒装芯片，led倒装芯片的正负极都在芯片底部平行排列，间隔只有0.15～0.2mm左右，直接焊在现有结构的铜质热管上正负极就短路了，本发明采用两根相互粘接又相互电绝缘的热管，热管的横截面为方形或长方形或其他形状，两根热管侧面用绝缘材料粘接在一起，绝缘粘接层的厚度与led芯片的正负极之间的间隔大小相同或相当，厚度范围在0.1～0.3mm，一般是0.2mm。

本发明所述热管成单排设置，即多根热管成一排并排布置，如两根热管并排、三根热管并排等，也可以采用多排设置的形式，即热管分成多排粘接，如一排设置两根热管，共设置两排，此时有四根热管。相邻热管的单侧安装led芯片，或两侧都安装led芯片，led芯片之间可以采用并联、串联或串联与并联结合的形式连接。

本发明led芯片的安装方式为锡膏焊、共晶焊或者用银胶粘接。

本发明还提供一种led车灯，包括散热器以及本发明所提供的led车灯导热封装结构，所述led车灯导热封装结构的热管与散热器连接。汽车led前大灯是双面结构，就是热管的两面对称封装led，本发明的新结构去掉了热管两面的氮化铝基板和铜基板，大大减小了厚度，光型上更加接近原有的卤素灯和氙气灯，光型与光斑更好，这也是目前led前大灯一个急待解决的问题。

本发明还提供一种led车灯导热封装结构的制造方法，包括：

热管粘接：将两段热管并排粘接在一起，热管之间绝缘；热管的一端设置阻焊层，该端预留安装led芯片的焊盘，热管的另一端为连接散热片区；

led芯片焊接：将led芯片安装在相邻热管上预留的焊盘上，led芯片的正、负极分别与其中一根热管连接；led芯片上涂覆有荧光粉。

本发明具有如下的有益效果：

1、芯片直接焊接在热管上，最大限度减少了芯片与热管之间的热阻。

2、采用相互绝缘的两根热管的新型结构，解决了led芯片不能直接焊在热管上的难题。

3、热管管壁的材质为铜，热的横向扩散性能很强，可以把芯片的热量迅速扩散到整根热管。

4、省去了氮化铝陶瓷基板和铜基板，不仅降低了材料成本也简化了封装工艺，降低了封装成本。

5、汽车led前大灯是双面结构，就是热管的两面对称封装led，本发明的新结构去掉了热管两面的氮化铝基板和铜基板，大大减小了厚度，光型上更加接近原有的卤素灯和氙气灯，光型与光斑更好，这也是目前led前大灯一个急待解决的问题。

6、由于本发明新结构导热性能的大大改善，降低了led芯片的温度，对于延长汽车led前大灯的使用寿命极为重要。

7、由于led芯片温度降低，亮度得以提高，对安全驾驶和行人安全也大大改善。

8、由于led芯片温度降低，相同的芯片就可以通更大的电流，使用更大的功率，亮度也更高。

附图说明

图1为现有技术示意图一；

图2为现有技术示意图二；

图3为现有技术示意图三；

图4为本发明led车灯导热封装结构实施例一示意图；

图5为本发明led车灯导热封装结构实施例一剖面图；

图6为圆形热管示意图；

图7为长方形热管示意图；

图8为热管粘接示意图；

图9为热管涂覆组焊层示意图；

图10为热管焊接led芯片示意图；

图11为热管焊接led芯片剖面图；

图12为本发明led车灯实施例一示意图；

图13为本发明led车灯导热封装结构实施例二剖面图；

图14为本发明led车灯导热封装结构实施例三剖面图；

图15为本发明led车灯实施例二示意图。

图中：1-热管；2-导热膏；3-导线；4-铜；5-焊锡；6-荧光粉；7-led芯片；8-氮化铝基板；9-绝缘层；10-铜基板；11-绝缘粘接层；12-阻焊层；13-焊盘；14-连接散热片区；15-氮化铝陶瓷；16-铝套管；17-散热片；18-绝缘反光保护帽。

具体实施方式

本发明提供一种新的汽车前大灯用led的高导热封装结构，采用热电一体的结构将led芯片直接焊在热管上，去除了原先所有的介质，芯片与热管之间只保留了薄薄的焊接芯片的焊锡层或粘接层，芯片产生的热量透过薄薄的金属锡或银胶直接传导到热管上，热阻大大降低，最大限度地发挥了热管优异的导热性能，最大限度地降低了芯片的温度，同时，热管也是led芯片的供电通道。

led车灯导热封装结构实施例一：

本发明将led芯片直接焊在热管上不是简单的焊接，而是做了根本的改进，是一种新的结构，因为led倒装芯片的正负极都在芯片底部平行排列，间隔只有0.15～0.2mm左右，直接焊在现有结构的铜质热管上正负极就短路了。led倒装芯片的外形一般为正方形，外形尺寸0.4～3.0mm，也可以是长方形，外形尺寸从0.2～3.0mm。本发明优先采用led倒装芯片。

如图4、5所示，本发明采用两根相互粘接又相互电绝缘的热管1，热管的横截面为方形或长方形，也可以是其它形状，但采用其他形状时，热管与led芯片焊接的部分优选为为平面，方便焊接，同时增大了led芯片与热管之间的接触面积，利于散热。每根热管的长度为5～15cm，宽度2mm～10mm，如果特殊情况下可以更长更宽，但基本结构相同。热管的种类可以是各种方式，内部的毛细材料介质可以是网状、粉末状或槽道结构，热管内部的导热介质可以是水或其它介质。在某些情况下，比如热量不大或功率不高，热管也可以用相同尺寸的铜棒或铝棒代替。也就是说，本发明所说的热管，既可以指内部具有毛细材料介质、利用水等导热介质导热的装置，也可以指普通的铜棒或铝棒。

两根热管侧面用绝缘材料粘接在一起，作为粘接材料的绝缘粘接剂可以是含有陶瓷粉末的环氧树脂或其它材料，具有耐高温和较高的硬度与粘接强度，两根热管1之间为绝缘粘接层11，绝缘粘接层11的厚度与led倒装芯片底部正负极的间隔相当，从0.1到0.3mm范围，一般为0.2mm。

将led芯片7的正负极分别焊在两根热管1上，热管1本身即是导热通道又是导电通道，即热电一体化结构，由热管将电流传给led芯片。led芯片在热管上焊接方式为锡膏焊，也可以是共晶焊或直接用银胶粘接。

图4中的两根热管1之间单侧焊接了三颗led芯片，三颗led芯片排成一列，在对称侧也可以焊接led芯片，根据热管的长度，一列可以排布1～10颗led芯片。led芯片的发光颜色为蓝色，也可以采用事先涂敷了荧光粉的白光led芯片；荧光粉可以黄色yag荧光粉，也可以是多种颜色荧光粉按一定比例的混合。

led车灯导热封装结构实施例二：

不同于实施例一示出的每面各有三颗芯片并联的芯片排布，实际不限于三颗芯片，每面可以排布单颗、两颗或三颗以上。事实上，每面也不只限于一列芯片串联、并联，还可以是两列芯片串、并联，如图13所示，三根热管1并排粘连即可实现每面两列芯片的串并联排列，相邻热管之间形成绝缘粘接层11，led芯片7安装在相邻热管1上，三根热管1单侧可以设置两列led芯片7，两列led芯片可以进行串、并联。

led车灯导热封装结构实施例三：

实施例一、二是两面封装led芯片的方案，也可以用四热管四面封装led芯片，如图14所示，四根热管1成两排粘连在一起，led芯片设置在相邻热管1上，共设置四列led芯片。

led车灯实施例一：

如图12所示，led车灯包括本发明提供的led车灯导热封装结构和散热器，散热器采用现有的散热结构，包括氮化铝陶瓷15、铝套管16、散热片17等。将热管下部1未涂敷阻焊层的暴露部分(连接散热片区14)连接到散热片17上，通过自然散热或风扇散热，同时左右两个热管分别连接电源正负极给led芯片通电，金属外壳及散热片17通过氮化铝陶瓷15与热管1大面积紧密接触，氮化铝陶瓷15外套有铝套管16，既能把热量及时散发掉又能保证外壳及散热片不带电，热管前端套装绝缘反光保护帽18。

led车灯实施例二：

如图15所示，本实施例采用led车灯导热封装结构实施例三提供的led车灯导热封装结构。

下面以三颗led芯片并联为例(并不局限于此)说明本发明提供的新型led车灯导热封装结构的制造方法。

第一步、热管成型。通常的热管是圆形的，用油压机把截面为圆形的热管压制成长方形，如图6、7所示。

第二步、热管粘接。将两段相同长度的已压制好的热管并排粘接在一起，粘接材料为混有陶瓷粉末的环氧树脂，硬度高耐高温且电绝缘，粘接层厚度为0.2mm，如图8所示为粘接的截面图。

第三步、将粘接后的上下两个表面磨平抛光，涂敷或印刷一层白色阻焊层12，阻焊层12的作用是把焊锡限制在指定的区域，防止led芯片位置发生移动，同时白色阻焊层有良好的反光，阻焊层的涂敷和印刷图案如图9所示，预留出焊接led芯片的焊盘13区域和下部用来连接散热片的连接散热片区14。

第四步、焊接led芯片和涂敷荧光粉。led芯片采用倒装结构芯片，led芯片7正负极分别焊接在标注+和-的热管1上，焊接方式是锡膏焊、共晶焊或银胶粘接。荧光粉6的涂敷是用一定比例的荧光粉与硅胶混合后涂敷在led芯片表面和侧面，或者事先已涂敷在led芯片表面和侧面(即：白光芯片csp)。如下图10所示为俯视图，图11为剖面图，热管1的上下两个面对称封装led芯片7。

本发明的核心是热电一体化，不同于目前各种方案的热电分离结构。将led倒装芯片直接焊接在热管上，led芯片产生的热量直接传导到热管，通过热管再传给散热片，免去了目前采用氮化铝陶瓷基板和铜基板过度的方式，大大减少了led芯片到热管之间的热阻，降低了芯片温度，简化了封装工艺，降低了成本，提高了led的性能、亮度和使用寿命。热管同时作为导电通道给led芯片供电，led芯片的正负极分别焊接在相互电绝缘的两个热管上，这种热电一体化的新型结构与目前的热电分离结构有着根本区别。