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一、 核心挑戰與設計目標
汽車大燈COB光源的特點決定了載具面臨的獨特挑戰:
超高功率密度:單顆COB芯片功率可達數十瓦,產生巨大熱量,散熱是首要任務。結溫(Tj)必須被嚴格控制以保障壽命和光衰指標。
***可靠性要求:載具必須***生產過程中每一次工藝的一致性和可重復性,以實現接近***的PPM(百萬分之一)質量目標。
嚴峻環境模擬:測試載具需要模擬汽車大燈實際的惡劣工作環境(高溫、振動、高濕)。
材料耐候性:需承受長期高溫工藝(如回流焊、封裝固化)的考驗,材料不能氧化、變形或釋放污染物。
追溯性:必須支持產品的全流程追溯,符合汽車行業標準。
設計目標:打造一個集散熱、高精度定位、高強度結構、過程監控與數據追溯于一體的載具系統,以滿足汽車級COB光源的固晶、焊接、封裝、老煉測試全流程生產需求。
二、 載具關鍵設計與材料選擇
1. 材料選擇:熱管理與穩定性的基石
載具本體材質:
主力選擇:高強度鋁合金(6061-T6, 7075-T6)。經過硬質陽極化處理。這是性價比方案,兼顧了優異的導熱性(~180 W/m·K)、高強度和良好的耐磨耐腐蝕性。陽極層可增強表面硬度并絕緣。
高端選擇:銅合金(C18200鉻鋯銅)。用于接觸熱點的局部嵌塊(如散熱凸臺),提供極限導熱性能(~300 W/m·K),但重量大、成本高。
特殊選擇:殷鋼(Invar)。用于對熱膨脹系數匹配有***要求的焊接工藝,防止大面積基板在高溫下因CTE不匹配而翹曲。
2. 散熱核心設計:主動冷卻集成
集成水冷流道:這是汽車大燈COB載具的標配。在鋁合金載具內部通過精密加工埋設密封的冷卻液流道,直接連接到外部冷水機(Chiller)。能穩定地將載具溫度控制在±0.5°C以內,確保測試數據的準確性和工藝的穩定性。
散熱凸臺(Thermal Pad):載具與COB支架的接觸面設計一個略高的凸臺,確保壓力集中于此,并在此處加工高精度、高光潔度的平面,以化接觸面積和熱傳導效率。
高性能TIM(熱界面材料):推薦使用相變材料(PCM)或高性能導熱墊片,它們能在壓力和溫度下填充微觀空隙,提供穩定且低熱阻的界面,同時便于清潔和更換。
3. 精密定位與夾緊
“一面兩銷”定位:采用一個平面(主基準)、一個圓銷(限制2個平移自由度)、一個菱形銷(限制1個旋轉自由度)的***定位方式,確保COB基板每次放置的位置且。
高強度夾緊:使用不銹鋼快夾鉗或氣缸驅動壓塊,提供足夠大且均勻的夾緊力,確保COB基板與散熱凸臺緊密接觸。壓塊需采用浮動設計并鑲嵌耐高溫硅膠或POM頭,以避免壓傷脆弱的LED芯片和金線。
4. 電氣連接集成(用于測試/老煉載具)
大電流探針:集成彈簧探針(Pogo Pin),用于向大功率COB光源供電。探針必須能承載數安培的電流而不發熱。
** Kelvin連接 **:對于需要測量電壓降的測試,需采用四線制開爾文連接法,以消除探針和導線電阻的影響。
防水連接器:所有電線和傳感器接口采用汽車級防水連接器,確保可靠耐用。
三、 典型載具類型及應用工位共晶焊/回流焊載具 (Eutectic/Reflow Fixture)
核心要求:高溫穩定性。必須能承受280°C以上的回流溫度而不變形、不氧化。殷鋼或特殊高溫鋁合金是。表面通常需要進行特氟龍涂層處理以防焊料粘附。
封裝與固化載具 (Encapsulation & Curing Fixture)
核心要求:溫度均勻性 & 防粘性。集成加熱器,確保硅膠封裝固化均勻。工作面需具有極低的表面能(如特氟龍涂層),便于脫模,防止膠水殘留。
光電測試與老煉載具 (Test & Burn-in Fixture) - 汽車燈核心
這是價值、復雜的載具。
集成水冷系統:強制帶走測試時產生的巨大熱量。
光學積分球接口:載具設計需與積分球***對接,確保光路密封,無雜光干擾,***光通量、色坐標、色溫等參數測試的準確性。
環境模擬:可集成Peltier(TEC)半導體制冷片,使載具溫度可控制在環境溫度以下(如-40°C)以模擬嚴寒環境。
振動測試模塊:可集成小型振動器,進行簡單的振動可靠性測試。
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