论文部分内容阅读
一、 提升LED色区集中度工艺研究的背景
谈到LED色区（XY）集中度，我们先了解一下白光LED的发光原理。目前有如下四种方式，我们常规使用第二、三种方式，也就是蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的黄色光荧光粉有机结合组成白光LED，其中一部分蓝光被荧光粉吸收，激发荧光粉发射黄光，发射的黄光和剩余的蓝光混合形成白光，调控它们的强度比即可得到各种色温的白光。
因为不同客户和订单对于色温的需求不同，为了保证单次生产最大限度满足客户需求，在我们LED工艺制程中，需对色区的集中度严格管控。这种管控需要从设计阶段的物料选型搭配、再到生产工艺的CTQ识别、监控等全程流程管控，才能达到预期目标，以下主要从三方面说明如何提升色区集中度。
二、 提升LED色区集中度方案设计
2.1LED芯片&荧光粉波长类别选择
CIE1931是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色光的波长值;自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内。我们根据客户需要的色坐标，选择不同的波段的蓝光芯片、以及不同波长的荧光粉组合进行DOE验证，在达到特定的指标外，需要考虑色区的集中度、可量产性，以确定使用的芯片波长范围等;
2.2 制程工艺CTQ识别：
通过5M1E分析、DOE组合验证，识别影响色区集中度的CTQ项目有：物料方面：芯片波长差异、荧光粉批号差异、荧光粉受潮等;制程工艺方面：配胶方案的准确性、配胶的精确度等;
三、提升LED色区集中度方案实施：
3.1首先在芯片波长管控方面，我们采用细分方式，比如：常规芯片波段来料按2.5nm区分，我们为了更好的管控集中度，来料后所有芯片统一按照0.5mm细分，并建立不同的档位要求，在生产中每张流程单都可以显示细分的波段代码，以更好的指导配胶方案作业;
3.2在荧光粉方面，除了集中采购同一批号的荧光粉外，针对不同批号的荧光粉，内部采用IT系统管控切换流程，避免荧光粉波长差异导致的色区偏移。
3.3在制程工艺中，首先涉及的就是配胶方案，色区打靶的准确度主要由配比方案决定，初期都是由人员经验判断调整，过程影响因素较多，稳定性较差。为了更加科学、稳定、准确的识别最佳配胶方案，我们需要建立集物料特性、目标XY坐标点、色容差等综合性推荐的【自动化配比方案库】，可根据物料特性、目标坐标点的变化自动推荐最优的配比方案;同时经过历史方案的大数据分析，可自动计算出需要调整的差异值，整体解决了配胶方案准确度问题。
3.4在配胶精度方面，采用国际先进的全自动配胶设备，配胶精度為0.0003g，并搭配我司的MES系统，形成在物料批号管控、配比自动推送、误差自动补偿、配胶过程的实时监控、异常报警等全方面的系统化作业流程;
3.5配胶搅拌是其中关键环节，由于不同封装胶水的黏度不同、荧光粉的颗粒大小不同，在搅拌过程中均匀度有明显差异，会导致色坐标不集中、分布零散;我们在搅拌环节采用全自动真空脱泡搅拌机，并通过DOE参数设计，验证出最优的搅拌参数，并设计专用的胶杯，配合搅拌参数使荧光粉、封装胶水均匀混合在一起;
3.6荧光粉沉淀控制：在荧光粉、封装胶水搅拌完成后，荧光胶在放置、上机作业过程就开始了沉淀，这样注入每颗LED中的胶量含有的荧光粉颗粒不同，导致其色坐标相差甚远。我们首先导入了荧光粉悬浮工艺，使荧光粉颗粒均匀、稳定的分布在封装胶水中;由于悬浮工艺采用是抗沉淀粉，此物料在使用过程存在多种困难，需要针对性攻克。第一个问题：抗沉淀粉很轻，很容易飘起来，对配胶环境要求较高;第二个问题：抗沉淀粉容易结块，配胶是无法搅拌均匀。为了解决此问题，我们导入了研磨工艺，首先将抗沉淀粉与封装胶水（B胶）混合，作为一种物料使用，配胶时直接使用B胶配制，此方法同时解决以上两个问题，更有效降低了荧光粉沉淀的速度，使色坐标更集中;
3.7在点胶设备方面，为了保证每次吐出胶量的准确性、一致性;首先在点胶机设备选型方面，采用国际高精度、全自动点胶机，吐胶分辨率0.01ul，XYZ重复精度±0.01mm，可通过测高自动调整阀体针头Z轴统一点胶高度，可通过CCD对支架进行定位补正及各针头中心校正;可作业胶水混合粘度：350～8500mPa·s，荧光粉粒径：6um～35um的各种胶水，同时除了设备本身外，还需对点胶设备的状态进行管理，其中腔体磨损、推胶杆磨损、点胶臂丝杆老化、密封圈磨损、针头磨损都会严重影响出胶量的一致性，我们建立了寿命管控清单以及磨损更换的标准，每周定期测量、监控，同时对胶深监控，每批产品首件作业时测试胶面的凹度，以确定每个阀体的出胶量，保证各阀体出胶的一致性，为此制程导入了3D镭射胶深测试仪，有效监控单颗LED的胶量一致性;
3.8在排产控制方面，我们根据机型的类别、精度进行分组，结合MES系统、自动进行分配管理，保证作业品种与机型的匹配性，其中设备精度不足或配件磨损的，在MES系统下架编号，该机台无法排产使用，进入维修状态，防止设备带病作业。
3.9 Q-time管控：在整个涉及色区集中度的点胶工艺中，各环节的时间管控至关重要，从配胶完成至胶水搅拌，搅拌完成至点胶上机，点胶上机至下机，点胶下机至烤箱进烤全面进行在线时间管控，各个节点全部在MES扫描录入，有效监控在线时间;同时当某一盒产品出现节点超时不在管控范围内时，MES自动锁定并限制流转、并邮件报警反馈，此方法是提升色区集中度的关键举措。
四、提升LED色区集中度工艺研究总结
在整体工艺的管控下，色区集中可达97%，在提升色区集中这项课题中，对工艺过程的管控较为严格，除了能够识别出影响色区集中度的因素外，还需有具体的监控方案、对策，更重要的是需要借助高精度自动化设备、IT系统、放呆机制来保证对策的落地，才能稳步提升色区集中度。
作者信息：
李壮志（1976.5.8），性别：男;籍贯：湖南长沙;民族：汉;学历：本科、学士 职称：工程师;职务：项目团队经理;研究方向：LED技术。
李海鹏（1991.5.18），性别：男;籍贯：甘肃天水;民族：汉;学历：大专 职称：无;职务：工艺工程师;研究方向：LED技术。
谈到LED色区（XY）集中度，我们先了解一下白光LED的发光原理。目前有如下四种方式，我们常规使用第二、三种方式，也就是蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的黄色光荧光粉有机结合组成白光LED，其中一部分蓝光被荧光粉吸收，激发荧光粉发射黄光，发射的黄光和剩余的蓝光混合形成白光，调控它们的强度比即可得到各种色温的白光。
因为不同客户和订单对于色温的需求不同，为了保证单次生产最大限度满足客户需求，在我们LED工艺制程中，需对色区的集中度严格管控。这种管控需要从设计阶段的物料选型搭配、再到生产工艺的CTQ识别、监控等全程流程管控，才能达到预期目标，以下主要从三方面说明如何提升色区集中度。
二、 提升LED色区集中度方案设计
2.1LED芯片&荧光粉波长类别选择
CIE1931是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色光的波长值;自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内。我们根据客户需要的色坐标，选择不同的波段的蓝光芯片、以及不同波长的荧光粉组合进行DOE验证，在达到特定的指标外，需要考虑色区的集中度、可量产性，以确定使用的芯片波长范围等;
2.2 制程工艺CTQ识别：
通过5M1E分析、DOE组合验证，识别影响色区集中度的CTQ项目有：物料方面：芯片波长差异、荧光粉批号差异、荧光粉受潮等;制程工艺方面：配胶方案的准确性、配胶的精确度等;
三、提升LED色区集中度方案实施：
3.1首先在芯片波长管控方面，我们采用细分方式，比如：常规芯片波段来料按2.5nm区分，我们为了更好的管控集中度，来料后所有芯片统一按照0.5mm细分，并建立不同的档位要求，在生产中每张流程单都可以显示细分的波段代码，以更好的指导配胶方案作业;
3.2在荧光粉方面，除了集中采购同一批号的荧光粉外，针对不同批号的荧光粉，内部采用IT系统管控切换流程，避免荧光粉波长差异导致的色区偏移。
3.3在制程工艺中，首先涉及的就是配胶方案，色区打靶的准确度主要由配比方案决定，初期都是由人员经验判断调整，过程影响因素较多，稳定性较差。为了更加科学、稳定、准确的识别最佳配胶方案，我们需要建立集物料特性、目标XY坐标点、色容差等综合性推荐的【自动化配比方案库】，可根据物料特性、目标坐标点的变化自动推荐最优的配比方案;同时经过历史方案的大数据分析，可自动计算出需要调整的差异值，整体解决了配胶方案准确度问题。
3.4在配胶精度方面，采用国际先进的全自动配胶设备，配胶精度為0.0003g，并搭配我司的MES系统，形成在物料批号管控、配比自动推送、误差自动补偿、配胶过程的实时监控、异常报警等全方面的系统化作业流程;
3.5配胶搅拌是其中关键环节，由于不同封装胶水的黏度不同、荧光粉的颗粒大小不同，在搅拌过程中均匀度有明显差异，会导致色坐标不集中、分布零散;我们在搅拌环节采用全自动真空脱泡搅拌机，并通过DOE参数设计，验证出最优的搅拌参数，并设计专用的胶杯，配合搅拌参数使荧光粉、封装胶水均匀混合在一起;
3.6荧光粉沉淀控制：在荧光粉、封装胶水搅拌完成后，荧光胶在放置、上机作业过程就开始了沉淀，这样注入每颗LED中的胶量含有的荧光粉颗粒不同，导致其色坐标相差甚远。我们首先导入了荧光粉悬浮工艺，使荧光粉颗粒均匀、稳定的分布在封装胶水中;由于悬浮工艺采用是抗沉淀粉，此物料在使用过程存在多种困难，需要针对性攻克。第一个问题：抗沉淀粉很轻，很容易飘起来，对配胶环境要求较高;第二个问题：抗沉淀粉容易结块，配胶是无法搅拌均匀。为了解决此问题，我们导入了研磨工艺，首先将抗沉淀粉与封装胶水（B胶）混合，作为一种物料使用，配胶时直接使用B胶配制，此方法同时解决以上两个问题，更有效降低了荧光粉沉淀的速度，使色坐标更集中;
3.7在点胶设备方面，为了保证每次吐出胶量的准确性、一致性;首先在点胶机设备选型方面，采用国际高精度、全自动点胶机，吐胶分辨率0.01ul，XYZ重复精度±0.01mm，可通过测高自动调整阀体针头Z轴统一点胶高度，可通过CCD对支架进行定位补正及各针头中心校正;可作业胶水混合粘度：350～8500mPa·s，荧光粉粒径：6um～35um的各种胶水，同时除了设备本身外，还需对点胶设备的状态进行管理，其中腔体磨损、推胶杆磨损、点胶臂丝杆老化、密封圈磨损、针头磨损都会严重影响出胶量的一致性，我们建立了寿命管控清单以及磨损更换的标准，每周定期测量、监控，同时对胶深监控，每批产品首件作业时测试胶面的凹度，以确定每个阀体的出胶量，保证各阀体出胶的一致性，为此制程导入了3D镭射胶深测试仪，有效监控单颗LED的胶量一致性;
3.8在排产控制方面，我们根据机型的类别、精度进行分组，结合MES系统、自动进行分配管理，保证作业品种与机型的匹配性，其中设备精度不足或配件磨损的，在MES系统下架编号，该机台无法排产使用，进入维修状态，防止设备带病作业。
3.9 Q-time管控：在整个涉及色区集中度的点胶工艺中，各环节的时间管控至关重要，从配胶完成至胶水搅拌，搅拌完成至点胶上机，点胶上机至下机，点胶下机至烤箱进烤全面进行在线时间管控，各个节点全部在MES扫描录入，有效监控在线时间;同时当某一盒产品出现节点超时不在管控范围内时，MES自动锁定并限制流转、并邮件报警反馈，此方法是提升色区集中度的关键举措。
四、提升LED色区集中度工艺研究总结
在整体工艺的管控下，色区集中可达97%，在提升色区集中这项课题中，对工艺过程的管控较为严格，除了能够识别出影响色区集中度的因素外，还需有具体的监控方案、对策，更重要的是需要借助高精度自动化设备、IT系统、放呆机制来保证对策的落地，才能稳步提升色区集中度。
作者信息：
李壮志（1976.5.8），性别：男;籍贯：湖南长沙;民族：汉;学历：本科、学士 职称：工程师;职务：项目团队经理;研究方向：LED技术。
李海鹏（1991.5.18），性别：男;籍贯：甘肃天水;民族：汉;学历：大专 职称：无;职务：工艺工程师;研究方向：LED技术。