黃海山

（廈門華聯(lián)電子股份有限公司，福建 廈門 361005）

0 前言

COB系列LED通常是將一系列中小功率LED芯片通過串并聯(lián)的連接方式集中在碗杯中，具有電流密度低、光效高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，經(jīng)常被運(yùn)用在照明領(lǐng)域中。照明運(yùn)用除了要求產(chǎn)品有較高的光通量、光效、顯色指數(shù)外，對(duì)光色的一致性非常敏感，因此通常也要求COB系列LED的光色一致性要達(dá)到色容差≤5SDCM，色溫差異≤±300K。

COB系列LED發(fā)白光通常有2種方式，一種是通過RGB三色芯片混色后得到，還有一種是在藍(lán)光芯片上涂覆熒光膠，藍(lán)光芯片激發(fā)熒光粉發(fā)黃光，再和剩余藍(lán)光混色后得到白高光。目前市面上常使用第二種方式。熒光膠涂覆一致性的好壞極大程度地決定了產(chǎn)品光色的一致性，最終會(huì)直接影響到產(chǎn)品的良率、競(jìng)爭(zhēng)力等。針對(duì)該情況，筆者重點(diǎn)對(duì)點(diǎn)熒光膠展開研究。

1 現(xiàn)狀

COB系列LED通常價(jià)值都比較高，為了追求成品良率，點(diǎn)熒光膠環(huán)節(jié)通常會(huì)要求中測(cè)監(jiān)控光色，對(duì)不合格的產(chǎn)品及時(shí)補(bǔ)膠返修以確保產(chǎn)品最終光色符合要求，生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 熒光膠點(diǎn)膠生產(chǎn)流程圖

COB系列LED的熒光膠通常是將熒光粉加入A/B硅膠中混合攪拌均勻制備而成，熒光膠配比的準(zhǔn)確性、點(diǎn)膠量的一致性、熒光粉分布是否均勻都會(huì)對(duì)最終成品的光色一致性造成影響。其中配比準(zhǔn)確性一般都可通過使用精度達(dá)到0.00001g的精密分析天平確保。點(diǎn)膠量的一致性通過使用精密點(diǎn)膠機(jī)如武藏、IEI等也可得到最大限度的保障。熒光粉分布均勻與否和熒光粉的沉淀、燒結(jié)有很大的關(guān)系。自熒光膠制備攪拌好后，不管是點(diǎn)膠前還是點(diǎn)膠后，熒光粉在熒光膠中都會(huì)隨著使用時(shí)長(zhǎng)的增加有不同程度的沉降。同時(shí)燒結(jié)過程又會(huì)有不同程度的聚集、沉降變化[1]。

實(shí)際生產(chǎn)中，熒光膠變化在整個(gè)過程中沒有較明顯的規(guī)律，因此，需要反復(fù)進(jìn)行中測(cè)、補(bǔ)膠，生產(chǎn)效率低下，對(duì)人員的勞動(dòng)技能要求也高，但即使這樣，總體成品的合格率也很難超過90%。

2 原因分析

為了提升合格率和生產(chǎn)效率，必須要找到熒光膠變化的規(guī)律，筆者重點(diǎn)對(duì)放置時(shí)間長(zhǎng)短、熒光粉不同沉淀的燒結(jié)變化進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.1 放置時(shí)間對(duì)色溫的影響驗(yàn)證

取同時(shí)點(diǎn)好的36pcs產(chǎn)品，分成6組，每組6pcs進(jìn)行對(duì)比，分別靜置5min、10min、15min、20min、25min、30min，對(duì)比靜置后燒結(jié)前和燒結(jié)后的色溫變化情況，見表1。

表1 色溫隨靜置時(shí)間的變化（K）

從圖2可見，即使是同時(shí)點(diǎn)膠出來的產(chǎn)品，靜置時(shí)間一致，燒結(jié)前后色溫仍有較大的差異，最大的差異有975K，最小的為235K，同時(shí)，該差異大小與靜置時(shí)間長(zhǎng)短沒有線性關(guān)系，無明顯的規(guī)律可循。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品即使在同一條上，也存在先點(diǎn)后點(diǎn)的時(shí)間差異，連續(xù)生產(chǎn)將進(jìn)一步放大這個(gè)差異，從而導(dǎo)致成品光色的離散性進(jìn)一步被放大。

圖2 色溫隨靜置時(shí)間的變化

2.2 徹底沉淀后的燒結(jié)變化試驗(yàn)

在實(shí)際的批量生產(chǎn)過程中，點(diǎn)膠是一個(gè)連續(xù)的過程，短時(shí)間內(nèi)的沉淀不一致必然存在，為了避免該問題，筆者提出讓熒光粉在熒光膠中徹底沉淀后再送入燒結(jié)的思考，據(jù)此，設(shè)計(jì)了新的試驗(yàn)方案，驗(yàn)證徹底沉淀后燒結(jié)的變化試驗(yàn)如下。

取同一條支架12pcs產(chǎn)品，點(diǎn)膠后測(cè)試一次色溫，靜置2h待徹底沉淀后測(cè)試一次色溫，燒結(jié)后測(cè)試一次色溫，對(duì)比色溫變化情況。驗(yàn)證情況見表2。

表2 徹底沉淀的燒結(jié)變化試驗(yàn)

徹底沉淀后，燒結(jié)色溫的變化最大為+34K，最小為-304K。偏差為338K。徹底沉淀可以一定程度上降低色溫的變化離散性，但是這個(gè)降低需要靜置較長(zhǎng)時(shí)間，待熒光粉徹底沉淀后才能達(dá)到，是以犧牲生產(chǎn)效率和產(chǎn)品光效得到的，同時(shí)如果算上批量點(diǎn)膠的膠量差異、配比差異帶來的離散，最終成品的良率仍無法滿足運(yùn)用的要求[2]。

從上面的驗(yàn)證，筆者并未發(fā)現(xiàn)燒結(jié)前和燒結(jié)后的色溫變化的規(guī)律，為了弄明白變化差異的根源，筆者繼續(xù)觀察了燒結(jié)過程熒光膠固化變化的過程。

常規(guī)的熒光膠燒結(jié)一般采用升溫曲線的方式進(jìn)行固化，在80℃時(shí)會(huì)停留30min排除氣泡。熒光膠燒結(jié)固化溫度曲線如圖 3 所示。

圖3 熒光膠燒結(jié)固化溫度曲線

將產(chǎn)品放置到顯微鏡下，模擬每個(gè)階段的溫度，觀察熒光膠在該階段變化的情況如下：1）第一階段（升溫至80℃階段）：熒光膠逐漸變稀，流動(dòng)性變強(qiáng)，熒光粉顆粒在膠體內(nèi)無規(guī)律緩慢流動(dòng)。2）第二階段（80℃停留0.5h，排泡階段）：熒光膠進(jìn)一步變稀，流動(dòng)性更強(qiáng)，熒光粉顆粒在膠體內(nèi)無規(guī)律上下翻騰流動(dòng)，一會(huì)后逐漸停止流動(dòng)并固化。3）第三階段（升溫至150℃階段）：固化過程，無變化。4）第四階段（150℃/4h）：固化過程，無變化。5）第五階段（降溫至室溫）：無變化。

從上述的觀察過程，我們發(fā)現(xiàn)燒結(jié)過程是一個(gè)非常不受控的過程，特別是80℃停留0.5h這個(gè)階段，非常關(guān)鍵，如果熒光粉顆粒是翻滾到外圍時(shí)被固化則芯片能有效激發(fā)的熒光粉將減少。如果正好翻滾到芯片上方，則有效激發(fā)的熒光粉將增加。實(shí)際情況往往是這2種情況都會(huì)出現(xiàn)，所以，每次燒結(jié)前后色溫的變化就很隨機(jī)[3]。

3 改善對(duì)策

從上述的研究可以看到，如果能避免燒結(jié)過程熒光粉顆粒流動(dòng)不受控，那么各階段色溫的變化將有規(guī)律可循。能否縮短變稀過程，不讓熒光粉顆粒在膠中無規(guī)律的流動(dòng)，提前將熒光粉顆粒固定住呢？

在觀察熒光膠變化的過程中，筆者注意到只要溫度達(dá)到一定的程度，熒光膠的固化是非?？焖俚模芊窨s短或者跳過第一階段、第二階段直接用一個(gè)高溫讓熒光膠快速定型呢？根據(jù)這個(gè)思路，筆者重新安排了一批產(chǎn)品，為了達(dá)到快速定型目的，將烘箱改為加熱臺(tái)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了快速固化的驗(yàn)證研究如表3。

從表3可見，120℃和150℃都可以滿足我們快速固化住熒光粉顆粒的要求。運(yùn)用120℃快速固化的方式試生產(chǎn)了15pcs產(chǎn)品，結(jié)果可參考表4和圖4。

圖4 快速固化前后色溫差異波動(dòng)

表3 不同溫度快速固化的驗(yàn)證

表4 快速固化前后色溫差異波動(dòng)

從驗(yàn)證的情況看，快速固化能將熒光粉第一時(shí)間固化住，避免了等待燒結(jié)過程和烘箱燒結(jié)過程的沉淀差異，色溫變化的規(guī)律更加一致，燒結(jié)后幾乎沒有進(jìn)一步的變化。

對(duì)采用快速固化的產(chǎn)品安排高低溫循環(huán)、電耐久等可靠性試驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證質(zhì)量完全可以滿足產(chǎn)品品質(zhì)要求。

4 改善效果

經(jīng)過最終的驗(yàn)證，COB系列LED新增一道快速固化的工藝（120℃/min），改進(jìn)后的的生產(chǎn)流程如圖5所示。

圖5 COB產(chǎn)品改善后生產(chǎn)流程

通過新增一道快速固化的工藝（120℃/min），極大的降低了燒結(jié)過程帶來的色坐標(biāo)漂移問題，減少了重復(fù)返修的工序，提高了生產(chǎn)效率。跟蹤流程改善后所生產(chǎn)批次的產(chǎn)品合格率見表5。產(chǎn)品總體合格率從原來的80%提高到了95.04%，提高了15%之多。除了合格率得到提升外，流程的簡(jiǎn)化減少了對(duì)設(shè)備的占用，也極大地提升了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)效率由原來的4個(gè)人一天只能生產(chǎn)500pcs提升到3000pcs以上。

表5 批量生產(chǎn)合格率

5 結(jié)語

上述實(shí)驗(yàn)說明，利用快速固化的方法，可以有效提升白光產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，提高合格率，快速固化的設(shè)定參數(shù)對(duì)其提高有較大的影響，需要針對(duì)不同產(chǎn)品安排實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能達(dá)到最優(yōu)工藝。同時(shí)，采用全新的快速固化工藝可以提升其他產(chǎn)品的色坐標(biāo)合格率，為其他產(chǎn)品進(jìn)一步的降本增效打下基礎(chǔ)。