提升LED色區(qū)集中度工藝研究

李壯志 李海鵬

一、 提升LED色區(qū)集中度工藝研究的背景

談到LED色區(qū)（XY）集中度，我們先了解一下白光LED的發(fā)光原理。目前有如下四種方式，我們常規(guī)使用第二、三種方式，也就是藍(lán)光LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的黃色光熒光粉有機(jī)結(jié)合組成白光LED，其中一部分藍(lán)光被熒光粉吸收，激發(fā)熒光粉發(fā)射黃光，發(fā)射的黃光和剩余的藍(lán)光混合形成白光，調(diào)控它們的強(qiáng)度比即可得到各種色溫的白光。

因?yàn)椴煌蛻艉陀唵螌?duì)于色溫的需求不同，為了保證單次生產(chǎn)最大限度滿足客戶需求，在我們LED工藝制程中，需對(duì)色區(qū)的集中度嚴(yán)格管控。這種管控需要從設(shè)計(jì)階段的物料選型搭配、再到生產(chǎn)工藝的CTQ識(shí)別、監(jiān)控等全程流程管控，才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，以下主要從三方面說(shuō)明如何提升色區(qū)集中度。

二、 提升LED色區(qū)集中度方案設(shè)計(jì)

2.1LED芯片&熒光粉波長(zhǎng)類別選擇

CIE1931是用標(biāo)稱值表示的CIE色度圖，x表示紅色分量，y表示綠色分量。環(huán)繞在顏色空間邊沿的顏色是光譜色，邊界代表光譜色的最大飽和度，邊界上的數(shù)字表示光譜色的波長(zhǎng)，其輪廓包含所有的感知色調(diào)。所有單色光都位于舌形曲線上，這條曲線就是單色軌跡，曲線旁標(biāo)注的數(shù)字是單色光的波長(zhǎng)值;自然界中各種實(shí)際顏色都位于這條閉合曲線內(nèi)。我們根據(jù)客戶需要的色坐標(biāo)，選擇不同的波段的藍(lán)光芯片、以及不同波長(zhǎng)的熒光粉組合進(jìn)行DOE驗(yàn)證，在達(dá)到特定的指標(biāo)外，需要考慮色區(qū)的集中度、可量產(chǎn)性，以確定使用的芯片波長(zhǎng)范圍等;

2.2 制程工藝CTQ識(shí)別：

通過(guò)5M1E分析、DOE組合驗(yàn)證，識(shí)別影響色區(qū)集中度的CTQ項(xiàng)目有：物料方面：芯片波長(zhǎng)差異、熒光粉批號(hào)差異、熒光粉受潮等;制程工藝方面：配膠方案的準(zhǔn)確性、配膠的精確度等;

三、提升LED色區(qū)集中度方案實(shí)施：

3.1首先在芯片波長(zhǎng)管控方面，我們采用細(xì)分方式，比如：常規(guī)芯片波段來(lái)料按2.5nm區(qū)分，我們?yōu)榱烁玫墓芸丶卸龋瑏?lái)料后所有芯片統(tǒng)一按照0.5mm細(xì)分，并建立不同的檔位要求，在生產(chǎn)中每張流程單都可以顯示細(xì)分的波段代碼，以更好的指導(dǎo)配膠方案作業(yè);

3.2在熒光粉方面，除了集中采購(gòu)?fù)慌?hào)的熒光粉外，針對(duì)不同批號(hào)的熒光粉，內(nèi)部采用IT系統(tǒng)管控切換流程，避免熒光粉波長(zhǎng)差異導(dǎo)致的色區(qū)偏移。

3.3在制程工藝中，首先涉及的就是配膠方案，色區(qū)打靶的準(zhǔn)確度主要由配比方案決定，初期都是由人員經(jīng)驗(yàn)判斷調(diào)整，過(guò)程影響因素較多，穩(wěn)定性較差。為了更加科學(xué)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的識(shí)別最佳配膠方案，我們需要建立集物料特性、目標(biāo)XY坐標(biāo)點(diǎn)、色容差等綜合性推薦的【自動(dòng)化配比方案庫(kù)】，可根據(jù)物料特性、目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)的變化自動(dòng)推薦最優(yōu)的配比方案;同時(shí)經(jīng)過(guò)歷史方案的大數(shù)據(jù)分析，可自動(dòng)計(jì)算出需要調(diào)整的差異值，整體解決了配膠方案準(zhǔn)確度問(wèn)題。

3.4在配膠精度方面，采用國(guó)際先進(jìn)的全自動(dòng)配膠設(shè)備，配膠精度為0.0003g，并搭配我司的MES系統(tǒng)，形成在物料批號(hào)管控、配比自動(dòng)推送、誤差自動(dòng)補(bǔ)償、配膠過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常報(bào)警等全方面的系統(tǒng)化作業(yè)流程;

3.5配膠攪拌是其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于不同封裝膠水的黏度不同、熒光粉的顆粒大小不同，在攪拌過(guò)程中均勻度有明顯差異，會(huì)導(dǎo)致色坐標(biāo)不集中、分布零散;我們?cè)跀嚢璀h(huán)節(jié)采用全自動(dòng)真空脫泡攪拌機(jī)，并通過(guò)DOE參數(shù)設(shè)計(jì)，驗(yàn)證出最優(yōu)的攪拌參數(shù)，并設(shè)計(jì)專用的膠杯，配合攪拌參數(shù)使熒光粉、封裝膠水均勻混合在一起;

3.6熒光粉沉淀控制：在熒光粉、封裝膠水?dāng)嚢柰瓿珊螅瑹晒饽z在放置、上機(jī)作業(yè)過(guò)程就開(kāi)始了沉淀，這樣注入每顆LED中的膠量含有的熒光粉顆粒不同，導(dǎo)致其色坐標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。我們首先導(dǎo)入了熒光粉懸浮工藝，使熒光粉顆粒均勻、穩(wěn)定的分布在封裝膠水中;由于懸浮工藝采用是抗沉淀粉，此物料在使用過(guò)程存在多種困難，需要針對(duì)性攻克。第一個(gè)問(wèn)題：抗沉淀粉很輕，很容易飄起來(lái)，對(duì)配膠環(huán)境要求較高;第二個(gè)問(wèn)題：抗沉淀粉容易結(jié)塊，配膠是無(wú)法攪拌均勻。為了解決此問(wèn)題，我們導(dǎo)入了研磨工藝，首先將抗沉淀粉與封裝膠水（B膠）混合，作為一種物料使用，配膠時(shí)直接使用B膠配制，此方法同時(shí)解決以上兩個(gè)問(wèn)題，更有效降低了熒光粉沉淀的速度，使色坐標(biāo)更集中;

3.7在點(diǎn)膠設(shè)備方面，為了保證每次吐出膠量的準(zhǔn)確性、一致性;首先在點(diǎn)膠機(jī)設(shè)備選型方面，采用國(guó)際高精度、全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)，吐膠分辨率0.01ul，XYZ重復(fù)精度±0.01mm，可通過(guò)測(cè)高自動(dòng)調(diào)整閥體針頭Z軸統(tǒng)一點(diǎn)膠高度，可通過(guò)CCD對(duì)支架進(jìn)行定位補(bǔ)正及各針頭中心校正;可作業(yè)膠水混合粘度：350～8500mPa·s，熒光粉粒徑：6um～35um的各種膠水，同時(shí)除了設(shè)備本身外，還需對(duì)點(diǎn)膠設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行管理，其中腔體磨損、推膠桿磨損、點(diǎn)膠臂絲桿老化、密封圈磨損、針頭磨損都會(huì)嚴(yán)重影響出膠量的一致性，我們建立了壽命管控清單以及磨損更換的標(biāo)準(zhǔn)，每周定期測(cè)量、監(jiān)控，同時(shí)對(duì)膠深監(jiān)控，每批產(chǎn)品首件作業(yè)時(shí)測(cè)試膠面的凹度，以確定每個(gè)閥體的出膠量，保證各閥體出膠的一致性，為此制程導(dǎo)入了3D鐳射膠深測(cè)試儀，有效監(jiān)控單顆LED的膠量一致性;

3.8在排產(chǎn)控制方面，我們根據(jù)機(jī)型的類別、精度進(jìn)行分組，結(jié)合MES系統(tǒng)、自動(dòng)進(jìn)行分配管理，保證作業(yè)品種與機(jī)型的匹配性，其中設(shè)備精度不足或配件磨損的，在MES系統(tǒng)下架編號(hào)，該機(jī)臺(tái)無(wú)法排產(chǎn)使用，進(jìn)入維修狀態(tài)，防止設(shè)備帶病作業(yè)。

3.9 Q-time管控：在整個(gè)涉及色區(qū)集中度的點(diǎn)膠工藝中，各環(huán)節(jié)的時(shí)間管控至關(guān)重要，從配膠完成至膠水?dāng)嚢瑁瑪嚢柰瓿芍咙c(diǎn)膠上機(jī)，點(diǎn)膠上機(jī)至下機(jī)，點(diǎn)膠下機(jī)至烤箱進(jìn)烤全面進(jìn)行在線時(shí)間管控，各個(gè)節(jié)點(diǎn)全部在MES掃描錄入，有效監(jiān)控在線時(shí)間;同時(shí)當(dāng)某一盒產(chǎn)品出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)超時(shí)不在管控范圍內(nèi)時(shí)，MES自動(dòng)鎖定并限制流轉(zhuǎn)、并郵件報(bào)警反饋，此方法是提升色區(qū)集中度的關(guān)鍵舉措。

四、提升LED色區(qū)集中度工藝研究總結(jié)

在整體工藝的管控下，色區(qū)集中可達(dá)97%，在提升色區(qū)集中這項(xiàng)課題中，對(duì)工藝過(guò)程的管控較為嚴(yán)格，除了能夠識(shí)別出影響色區(qū)集中度的因素外，還需有具體的監(jiān)控方案、對(duì)策，更重要的是需要借助高精度自動(dòng)化設(shè)備、IT系統(tǒng)、放呆機(jī)制來(lái)保證對(duì)策的落地，才能穩(wěn)步提升色區(qū)集中度。

作者信息：

李壯志（1976.5.8），性別：男;籍貫：湖南長(zhǎng)沙;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士 職稱：工程師;職務(wù)：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)理;研究方向：LED技術(shù)。

李海鵬（1991.5.18），性別：男;籍貫：甘肅天水;民族：漢;學(xué)歷：大專 ?職稱：無(wú);職務(wù)：工藝工程師;研究方向：LED技術(shù)。