提升LED色區集中度工藝研究

李壯志 李海鵬

一、 提升LED色區集中度工藝研究的背景

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

因為不同客戶和訂單對于色溫的需求不同，為了保證單次生產最大限度滿足客戶需求，在我們LED工藝制程中，需對色區的集中度嚴格管控。這種管控需要從設計階段的物料選型搭配、再到生產工藝的CTQ識別、監控等全程流程管控，才能達到預期目標，以下主要從三方面說明如何提升色區集中度。

二、 提升LED色區集中度方案設計

2.1LED芯片&熒光粉波長類別選擇

CIE1931是用標稱值表示的CIE色度圖，x表示紅色分量，y表示綠色分量。環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，邊界上的數字表示光譜色的波長，其輪廓包含所有的感知色調。所有單色光都位于舌形曲線上，這條曲線就是單色軌跡，曲線旁標注的數字是單色光的波長值;自然界中各種實際顏色都位于這條閉合曲線內。我們根據客戶需要的色坐標，選擇不同的波段的藍光芯片、以及不同波長的熒光粉組合進行DOE驗證，在達到特定的指標外，需要考慮色區的集中度、可量產性，以確定使用的芯片波長范圍等;

2.2 制程工藝CTQ識別：

通過5M1E分析、DOE組合驗證，識別影響色區集中度的CTQ項目有：物料方面：芯片波長差異、熒光粉批號差異、熒光粉受潮等;制程工藝方面：配膠方案的準確性、配膠的精確度等;

三、提升LED色區集中度方案實施：

3.1首先在芯片波長管控方面，我們采用細分方式，比如：常規芯片波段來料按2.5nm區分，我們為了更好的管控集中度，來料后所有芯片統一按照0.5mm細分，并建立不同的檔位要求，在生產中每張流程單都可以顯示細分的波段代碼，以更好的指導配膠方案作業;

3.2在熒光粉方面，除了集中采購同一批號的熒光粉外，針對不同批號的熒光粉，內部采用IT系統管控切換流程，避免熒光粉波長差異導致的色區偏移。

3.3在制程工藝中，首先涉及的就是配膠方案，色區打靶的準確度主要由配比方案決定，初期都是由人員經驗判斷調整，過程影響因素較多，穩定性較差。為了更加科學、穩定、準確的識別最佳配膠方案，我們需要建立集物料特性、目標XY坐標點、色容差等綜合性推薦的【自動化配比方案庫】，可根據物料特性、目標坐標點的變化自動推薦最優的配比方案;同時經過歷史方案的大數據分析，可自動計算出需要調整的差異值，整體解決了配膠方案準確度問題。

3.4在配膠精度方面，采用國際先進的全自動配膠設備，配膠精度為0.0003g，并搭配我司的MES系統，形成在物料批號管控、配比自動推送、誤差自動補償、配膠過程的實時監控、異常報警等全方面的系統化作業流程;

3.5配膠攪拌是其中關鍵環節，由于不同封裝膠水的黏度不同、熒光粉的顆粒大小不同，在攪拌過程中均勻度有明顯差異，會導致色坐標不集中、分布零散;我們在攪拌環節采用全自動真空脫泡攪拌機，并通過DOE參數設計，驗證出最優的攪拌參數，并設計專用的膠杯，配合攪拌參數使熒光粉、封裝膠水均勻混合在一起;

3.6熒光粉沉淀控制：在熒光粉、封裝膠水攪拌完成后，熒光膠在放置、上機作業過程就開始了沉淀，這樣注入每顆LED中的膠量含有的熒光粉顆粒不同，導致其色坐標相差甚遠。我們首先導入了熒光粉懸浮工藝，使熒光粉顆粒均勻、穩定的分布在封裝膠水中;由于懸浮工藝采用是抗沉淀粉，此物料在使用過程存在多種困難，需要針對性攻克。第一個問題：抗沉淀粉很輕，很容易飄起來，對配膠環境要求較高;第二個問題：抗沉淀粉容易結塊，配膠是無法攪拌均勻。為了解決此問題，我們導入了研磨工藝，首先將抗沉淀粉與封裝膠水（B膠）混合，作為一種物料使用，配膠時直接使用B膠配制，此方法同時解決以上兩個問題，更有效降低了熒光粉沉淀的速度，使色坐標更集中;

3.7在點膠設備方面，為了保證每次吐出膠量的準確性、一致性;首先在點膠機設備選型方面，采用國際高精度、全自動點膠機，吐膠分辨率0.01ul，XYZ重復精度±0.01mm，可通過測高自動調整閥體針頭Z軸統一點膠高度，可通過CCD對支架進行定位補正及各針頭中心校正;可作業膠水混合粘度：350～8500mPa·s，熒光粉粒徑：6um～35um的各種膠水，同時除了設備本身外，還需對點膠設備的狀態進行管理，其中腔體磨損、推膠桿磨損、點膠臂絲桿老化、密封圈磨損、針頭磨損都會嚴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準，每周定期測量、監控，同時對膠深監控，每批產品首件作業時測試膠面的凹度，以確定每個閥體的出膠量，保證各閥體出膠的一致性，為此制程導入了3D鐳射膠深測試儀，有效監控單顆LED的膠量一致性;

3.8在排產控制方面，我們根據機型的類別、精度進行分組，結合MES系統、自動進行分配管理，保證作業品種與機型的匹配性，其中設備精度不足或配件磨損的，在MES系統下架編號，該機臺無法排產使用，進入維修狀態，防止設備帶病作業。

3.9 Q-time管控：在整個涉及色區集中度的點膠工藝中，各環節的時間管控至關重要，從配膠完成至膠水攪拌，攪拌完成至點膠上機，點膠上機至下機，點膠下機至烤箱進烤全面進行在線時間管控，各個節點全部在MES掃描錄入，有效監控在線時間;同時當某一盒產品出現節點超時不在管控范圍內時，MES自動鎖定并限制流轉、并郵件報警反饋，此方法是提升色區集中度的關鍵舉措。

四、提升LED色區集中度工藝研究總結

在整體工藝的管控下，色區集中可達97%，在提升色區集中這項課題中，對工藝過程的管控較為嚴格，除了能夠識別出影響色區集中度的因素外，還需有具體的監控方案、對策，更重要的是需要借助高精度自動化設備、IT系統、放呆機制來保證對策的落地，才能穩步提升色區集中度。

作者信息：

李壯志（1976.5.8），性別：男;籍貫：湖南長沙;民族：漢;學歷：本科、學士 職稱：工程師;職務：項目團隊經理;研究方向：LED技術。

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