1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目: LED 燈生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制的技術(shù)研究 作者: 22 系 （部）： 信息工程系 專業(yè)班級(jí)： 08 信息工程（1）班 指導(dǎo)教師： 22 職稱： 高級(jí)工程師 二一一年四月 摘摘 要要 能源危機(jī)、溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化時(shí)刻提醒著人們，地球已經(jīng) 疲憊不堪，改變?nèi)藗兊哪茉传@取方式以及提高能源利用率已經(jīng)成為當(dāng)前世人的 共識(shí)。 由于在世界電力的使用結(jié)構(gòu)中，照明用電約占總用電量的 19；英國(guó)布賴 恩?愛(ài)德華茲在其編寫(xiě)的可持續(xù)性建筑中指出，在英國(guó)消耗的全部能源當(dāng)中， 大約有一半與建筑有關(guān)，而建筑的人工照明耗能則占其建筑耗能總量的 1550；在我國(guó)照明用電約占全國(guó)總

2、用電量的 12，而且我國(guó)每年的照明 用電增速（保守估計(jì)）大約為 5。各類照明耗能已經(jīng)成為了各國(guó)能源消費(fèi)的 重要組成部分。照明節(jié)能問(wèn)題也就成了各國(guó)政府及專業(yè)人員必須面對(duì)的棘手問(wèn) 題。 新型高效光源，特別是白色光源（適用于一般照明）的發(fā)展對(duì)于大幅度降 低照明用電量具有很重要的作用，因?yàn)樗梢越档碗娔芟脑鲩L(zhǎng)速度，進(jìn)而減 少新增電網(wǎng)容量的費(fèi)用，降低能源消耗以及減少向大氣中排放的溫室氣體及其 他污染物。LED，特別是白色光 LED，因其與傳統(tǒng)光源相比所具有的理論以及現(xiàn) 實(shí)的優(yōu)越性，受到廣大專業(yè)人士的青睞。它的出現(xiàn)也為照明界開(kāi)拓出了一個(gè)全 新的技術(shù)領(lǐng)域，并為照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供了更多的選擇。LED 半導(dǎo)體發(fā)

3、光二極管 新型光源逐步取代白熾燈己經(jīng)成為國(guó)際照明領(lǐng)域的潮流。由于 LED 的諸多優(yōu)點(diǎn) 能滿足照明燈對(duì)節(jié)能、安全環(huán)保與多功能等多方面的要求，燈具的 LED 化己成 為國(guó)際上發(fā)展方向和主流。我國(guó)是世界上最大的潛在汽車市場(chǎng)，今后對(duì)比 LED 照明燈具的需求將越來(lái)越大，開(kāi)發(fā)和完善既能滿足大批量的生產(chǎn)又能滿足高質(zhì) 量要求的 LED 燈具的制造技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急. 本文介紹了基于統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制理論，在對(duì)照明燈具進(jìn)行大批量生產(chǎn)過(guò)程中 實(shí)施其質(zhì)量控制的一種方法。它以滿足 LED 燈具的光學(xué)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燈具 散熱等關(guān)鍵技術(shù)理論及燈具的實(shí)驗(yàn)要求為依據(jù)，采用合理的統(tǒng)計(jì)。 方法，對(duì)生產(chǎn)線中定時(shí)取樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行快

4、速處理，起到預(yù)警的作用。 本文所研究的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制模式不但可以滿足 LEO 燈具生產(chǎn)廠家的質(zhì)量控 制要求，而且可以作為產(chǎn)品過(guò)程受控的證據(jù)，稍加改進(jìn)后按照一定的格式向主 機(jī)廠輸出。本方法還可以廣泛應(yīng)用于其他燈具生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:LED:LED:照明燈具照明燈具; ;生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程; ;質(zhì)量控制質(zhì)量控制 目目 錄錄 摘摘 要要.1 第一章 緒 論.3 1.1 LED 燈簡(jiǎn)介.3 1.2 LED 燈應(yīng)用領(lǐng)域.4 1.3 LED 燈的優(yōu)缺點(diǎn).5 1.4 LED 燈前景.6 第二章 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的理論綜述.7 2.1 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的概念與特點(diǎn) .7 2.2 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用意義

5、 .7 2.3 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制中常用的兩種工具 .8 2.3.1 過(guò)程能力 .8 2.3.2 控制圖 .9 第三章 LED 燈的通用生產(chǎn)工藝過(guò)程及質(zhì)量控制.12 3.1 LED 燈的通用生產(chǎn)工藝過(guò)程.12 3.1.1 LED 制作流程概述.12 3.1.2 LED 芯片生產(chǎn)工藝.13 3.1.3 LED 封裝工藝流程.14 3.2 LED 燈生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制.15 第四章 LED 燈在生產(chǎn)過(guò)程中存在問(wèn)題及改進(jìn)手段.21 第五章 LED 燈質(zhì)量過(guò)程控制的實(shí)施效果.24 結(jié)束語(yǔ) .25 參考文獻(xiàn) .26 第一章第一章 緒緒 論論 1.11.1 LEDLED 燈簡(jiǎn)介燈簡(jiǎn)介 LED（Light Emit

6、ting Diode） ，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件， 它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在 一個(gè) 發(fā)光二極管 支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起 來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地 位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí) 候，它們之間就形成一個(gè) P-N 結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電 子就會(huì)被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能 量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 P-

7、N 結(jié)的 材料決定的。 最初 LED 用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的 LED 在交通信號(hào)燈和 大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以 12 英 寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命，低光效的 140 瓦白熾燈 作為光源，它產(chǎn)生 2000 流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失 90%，只剩下 200 流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds 公司采用了 18 個(gè)紅色 LED 光源， 包括電路損失在內(nèi)，共耗電 14 瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。 汽車信號(hào)燈也是 LED 光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998 年發(fā)白光的 L

8、ED 開(kāi)發(fā)成 功。這種 LED 是將 GaN 芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN 芯片發(fā) 藍(lán)光（p=465nm，Wd=30nm） ，高溫?zé)Y(jié)制成的含 Ce3+的 YAG 熒光粉受此藍(lán)光 激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值 550nm。藍(lán)光 LED 基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋 以混有 YAG 的樹(shù)脂薄層，約 200-500nm。 LED 基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸 收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。現(xiàn)在，對(duì)于 InGaN/YAG 白色 LED，通過(guò)改變 YAG 熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度， 可以獲得色溫 3500-10000K 的各色白光。這種通過(guò)藍(lán)光 L

9、ED 得到白光的方法， 構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。 上個(gè)世紀(jì)年代，科技工作者利用半導(dǎo)體結(jié)發(fā)光的原理，研制成了 發(fā)光二極管。當(dāng)時(shí)研制的，所用的材料是，其發(fā)光顏 色為紅色。經(jīng)過(guò)近 30 年的發(fā)展，現(xiàn)在大家十分熟悉的，已能發(fā)出紅、橙、 黃、綠、藍(lán)等多種色光。 1.21.2 LEDLED 燈應(yīng)用領(lǐng)域燈應(yīng)用領(lǐng)域 (1)顯示屏、交通訊號(hào)顯示光源的應(yīng)用 LED 燈具有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速 度快、省電和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)、戶外顯示屏，分為全色、 三色和單色顯示屏，全國(guó)共有 100 多個(gè)單位在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。交通信號(hào)燈主要用超 高亮度紅、綠、黃色 LED, 因?yàn)椴捎?LED 信號(hào)燈

10、既節(jié)能，可靠性又高，所以在 全國(guó)范圍內(nèi)，交通信號(hào)燈正在逐步更新?lián)Q代，而且推廣速度快，市場(chǎng)需求量很 大，是個(gè)很好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。 (2) 汽車工業(yè)上的應(yīng)用汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板、音響指示燈、開(kāi) 關(guān)的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側(cè)燈以及頭燈等。汽車用白熾燈 不耐震動(dòng)撞擊、易損壞、壽命短，需要經(jīng)常更換。1987 年，我國(guó)開(kāi)始在汽車上 安裝高位剎車燈。由于 LED 響應(yīng)速度快, 可以及早提醒司機(jī)剎車，減少汽車追 尾事故，在發(fā)達(dá)國(guó)家，使用 LED 制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標(biāo)準(zhǔn) 件，美國(guó) HP 公司在 1996 年 推出的 LED 汽車尾燈模組可以隨意組合成各種汽車尾燈。此外，在汽車

11、儀表板 及其他各種照明部分的光源，都可用超高亮度發(fā)光燈來(lái)?yè)?dān)當(dāng)，所以均在逐步采 用 LED 顯示。我國(guó)汽車工業(yè)正處于大發(fā)展時(shí)期，是推廣超高亮度 LED 的極好時(shí) 機(jī)。近幾年內(nèi)會(huì)形成年產(chǎn) 10 億元的產(chǎn)值，5 年內(nèi)會(huì)形成每年 30 億元的產(chǎn)值。 (3) LED 背光源以高效側(cè)發(fā)光的背光源最為引人注目，LED 作為 LCD 背光 源應(yīng)用，具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無(wú)干擾和性價(jià)比高等特點(diǎn)， 已廣泛應(yīng)用于 電子手表、手機(jī)、BP 機(jī)、電子計(jì)算器和刷卡機(jī)上，隨著便攜電子產(chǎn)品日趨小型 化，LED 背光源更具優(yōu)勢(shì)，因此背光源制作技術(shù)將向更薄型、低功耗和均勻一 致方面發(fā)展。LED 是手機(jī)關(guān)鍵器件，一部普通手機(jī)或小靈

12、通約需使用 10 只 LED 器件，而一部彩屏和帶有照相功能的手機(jī)則需要使用約 20 只 LED 器件。現(xiàn)階 段手機(jī)背光源用量非常大，一年要用 35 億只 LED 芯片。目前我國(guó)手機(jī)生產(chǎn)量 很大，而且大部分 LED 背光源還是進(jìn)口的，對(duì)于國(guó)產(chǎn) LED 產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這是個(gè)極 好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。 (4) LED 照明光源早期的產(chǎn)品發(fā)光效率低，光強(qiáng)一般只能達(dá)到幾個(gè)到幾十 個(gè) mcd，適用在室內(nèi)場(chǎng)合，在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面 應(yīng)用。目前直接目標(biāo)是 LED 光源替代白熾燈和熒光燈，這種替代趨勢(shì)已從局部 應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)展。日本為節(jié)約能源，正在計(jì)劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項(xiàng)目( 稱為 照亮日本)

13、 ，頭五年的預(yù)算為 50 億日元，如果 LED 替代半數(shù)的白熾燈 和熒光燈，每年可節(jié)約相當(dāng)于 60 億升原油的能源, 相當(dāng)于五個(gè) 1.35 106kW 核電站的發(fā)電量，并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生，改善人們生活居 住的環(huán)境。我國(guó)也于 2004 年投資 50 億大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的半導(dǎo)體照明計(jì)劃。 (5) 其它應(yīng)用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋，走路時(shí)內(nèi)置的 LED 會(huì)閃爍 發(fā)光，僅溫州地區(qū)一年要用 5 億只發(fā)光二極管；利用發(fā)光二極管作為電動(dòng)牙刷 的電量指示燈，據(jù)國(guó)內(nèi)正在投產(chǎn)的制造商介紹, 該公司已有少量保健牙刷上市， 預(yù)計(jì)批量生產(chǎn)時(shí)每年需要 3 億只發(fā)光燈；正在流行的 LED 圣誕燈，由于

14、造型新 穎、色彩豐富、不易碎破以及低壓使用的安全性，近期在香港等東南亞地區(qū)銷 勢(shì)強(qiáng)勁，受到人們普遍的歡迎，正在威脅和替代現(xiàn)有電泡的圣誕市場(chǎng)。 (6)家用室內(nèi)照明的 LED 產(chǎn)品越來(lái)受人歡迎，LED 筒燈，LED 天花燈，LED 日光燈，LED 光纖燈已悄悄地進(jìn)入家庭！ 1.31.3 LEDLED 燈的優(yōu)缺點(diǎn)燈的優(yōu)缺點(diǎn) 1.3.11.3.1 LEDLED 燈優(yōu)點(diǎn)燈優(yōu)點(diǎn)： 1、LED 燈高效節(jié)能：一千小時(shí)僅耗幾度電（普通 60W 白熾燈十七小時(shí)耗 1 度電，普通 10W 節(jié)能燈一百小時(shí)耗 1 度電）。 2、LED 燈超長(zhǎng)壽命：半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無(wú)燈絲，無(wú)玻璃泡，不怕震動(dòng)，不 易破碎，使用壽命可達(dá)五萬(wàn)

15、小時(shí)（普通白熾燈使用壽命僅有一千小時(shí)，普通節(jié) 能燈使用壽命也只有八千小時(shí)）。 3、LED 燈健康：光線健康光線中不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射（普通 燈光線中含有紫外線和紅外線）。 4、LED 燈綠色環(huán)保：不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不會(huì)產(chǎn)生 電磁干擾（普通燈管中含有汞和鉛等元素，節(jié)能燈中的電子鎮(zhèn)流器會(huì)產(chǎn)生電磁 干擾）。 5、LED 燈保護(hù)視力：直流驅(qū)動(dòng)，無(wú)頻閃（普通燈都是交流驅(qū)動(dòng)，就必然產(chǎn) 生頻閃）。 6、LED 燈光效率高：發(fā)熱小，90%的電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光（普通白熾燈 80%的 電能轉(zhuǎn)化為熱能，僅有 20%電能轉(zhuǎn)化為光能）。 7、LED 燈安全系數(shù)高：所需電壓、電流較小，發(fā)熱較小

16、，不產(chǎn)生安全隱患 ，于礦場(chǎng)等危險(xiǎn)場(chǎng)所。 8、LED 燈市場(chǎng)潛力大：低壓、直流供電，電池、太陽(yáng)能供電，于邊遠(yuǎn)山區(qū) 及野外照明等缺電、少電場(chǎng)所。 1.3.21.3.2 LEDLED 燈缺點(diǎn)燈缺點(diǎn)： 1、LED 燈在交流電驅(qū)動(dòng)下和普通白熾燈一樣會(huì)有頻閃現(xiàn)象，而普通節(jié)能燈 沒(méi)有頻閃現(xiàn)象。頻閃會(huì)使眼睛容易疲勞。 2、每個(gè) LED 燈泡的光線過(guò)亮，會(huì)強(qiáng)烈刺激眼睛，不可直視，哪怕短時(shí)間， 而普通節(jié)能燈相對(duì)要柔和些！ 3、照射角度有限制，一般只能照射 120，而普通節(jié)能燈幾乎可照射 360 。 4、照射房間的亮度并不比節(jié)能燈出色，因?yàn)?LED 只在直視的狹小角度內(nèi)有 高亮度，而偏離該角度后光線迅速減弱。 1.

17、41.4 LEDLED 燈前景燈前景 一、LED 燈的優(yōu)勢(shì) （1）不需要充氣，不需要玻璃外殼，抗沖擊性好，抗震性好，不易破碎， 便于運(yùn)輸。 （2）燈源單元較小，使得布燈更為靈活，而且能夠更好地實(shí)現(xiàn)夜景照明中 “只見(jiàn)燈光不見(jiàn)光源”的效果。 （3）能夠較好地控制發(fā)光光譜組成，從而能夠很好地用于博物館以及展覽 館中的局部或重點(diǎn)照明。 （4）理論上具有與傳統(tǒng)光源相比更高的發(fā)光效率，理論上 LED 的發(fā)光效率 大于 200lm/W，從而具有相當(dāng)巨大的節(jié)能潛力。 （5）壽命更長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室壽命可達(dá) 100,000h，且光源可以頻繁地亮滅，而 不會(huì)影響其壽命，并且啟動(dòng)速度非常快。 （6）可以通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光層

18、半導(dǎo)體材料的禁止帶幅的大小，從而發(fā)出 各種顏色的光線，且彩度更高。 （7）光源中不添加汞，有利于保護(hù)環(huán)境。 （8）LED 發(fā)光具有很強(qiáng)的方向性，從而可以更好地控制光線，提高系統(tǒng)的 照明效率。比如，Chips chipalkatti 在美國(guó)光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)（OIDA）舉辦 的半導(dǎo)體照明研討會(huì)上發(fā)表的LED Systems for Lighting：Where the Rubber Hits the Road指出：盡管 15熒光燈的發(fā)光效能大約為 60l/， 但是經(jīng)過(guò)燈具的折減就變?yōu)榱?35lm/，如果再考慮照射到目標(biāo)區(qū)域以外的光 線，則只有 30lm/。而半導(dǎo)體光源在這些環(huán)節(jié)上的折減則會(huì)少很多。

19、 （9）使用低壓直流電，具有負(fù)載小、干擾弱的優(yōu)點(diǎn)。 與傳統(tǒng)光源相比，LED 特別是白光 LED 在一般照明領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)和節(jié)能潛 力，使它日益受到政府部門(mén)及相關(guān)專業(yè)人員的關(guān)注，也成為了當(dāng)前半導(dǎo)體研究 領(lǐng)域以及照明產(chǎn)業(yè)中的熱點(diǎn)。 第二章第二章 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的理論綜述統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的理論綜述 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)最早形成于 20 世紀(jì) 20 年代。從休哈特(Shwhart)博士將 統(tǒng)計(jì)控制圖引入生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控開(kāi)始，已經(jīng)有 80 多年的發(fā)展歷史。在此期間， 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)經(jīng)歷了不被人們理解和接受到被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的過(guò) 程。這項(xiàng)技術(shù)自身也在應(yīng)用中得到不斷發(fā)展和完善。 2.12.1 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的概念與

20、特點(diǎn)統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制的概念與特點(diǎn) 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制是根據(jù)產(chǎn)品(含零件、組件、部件、原材料等)的抽樣數(shù)據(jù)和 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行推斷，其理論基礎(chǔ)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率論。抽樣又稱 采 樣，是從產(chǎn)品中隨機(jī)地抽出樣件，對(duì)每一樣件進(jìn)行規(guī)定的質(zhì)量特征項(xiàng)目的技術(shù) 指 標(biāo)的檢測(cè)或檢驗(yàn)。在加工過(guò)程抽樣中，質(zhì)量特征指標(biāo)是在制造過(guò)程中或制造過(guò) 程 剛完成后進(jìn)行檢側(cè)或檢驗(yàn)。 換一個(gè)角度看，統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制是為了貫徹預(yù)防原則，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)對(duì)過(guò)程 中 的各個(gè)階段進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)察，從而保證產(chǎn)品與服務(wù)滿足要求的均勻性。貫徹預(yù) 防 原則是現(xiàn)代質(zhì)量管理的核心和精髓，為了保證預(yù)防原則的實(shí)現(xiàn)，必須在生產(chǎn)過(guò) 程 中引入統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制，統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(S

21、PC)有下列特點(diǎn):與全面質(zhì)量管理相同， 強(qiáng)調(diào)全員參加，而不是只依靠少數(shù)質(zhì)量管理人員;強(qiáng)調(diào)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)保證預(yù)防 原則的實(shí)現(xiàn);強(qiáng)調(diào)過(guò)程管理，強(qiáng)調(diào)從整個(gè)過(guò)程、整個(gè)體系出發(fā)來(lái)解決問(wèn)題。 2.22.2 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用意義統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用意義 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用意義主要表現(xiàn)在以下 3 個(gè)方面: 1.統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)提供了“面向事實(shí)的有效的分析與診斷工具 有效的質(zhì)量改進(jìn)始于對(duì)質(zhì)量 lq 題的正確認(rèn)識(shí)。但恰恰在這方面人們往往 犯主觀臆想的錯(cuò)誤，如人們常常聽(tīng)到這樣的話:“這道工序超差嚴(yán)重是工人操作 不仔細(xì)造成的，應(yīng)該對(duì)工人的操作嚴(yán)加控制” 、 “這臺(tái)機(jī)器太落后了，保證不了 質(zhì)量” 。而人們?cè)?/p>

22、說(shuō)這些話時(shí)，僅憑著自己的想象或經(jīng)驗(yàn)。固然，一些質(zhì)量問(wèn)題 產(chǎn)生的原困比較直觀，憑經(jīng)驗(yàn)就可以發(fā)現(xiàn)這些原因。但大量的質(zhì)量問(wèn)題是與許 多因素相關(guān)聯(lián)的，如果缺乏科學(xué)的態(tài)度和手段，則很難正確認(rèn)識(shí)其產(chǎn)生的主要 原因，有效的糾正也就無(wú)從談起。很多質(zhì)量問(wèn)題之所以長(zhǎng)期存在，原因就在于 此。統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)提供了將質(zhì)量問(wèn)題的認(rèn)識(shí)建立在對(duì)客觀數(shù)據(jù)的觀察和分 析的基礎(chǔ)之上的方法，從而使人們對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的認(rèn)識(shí)從臆想出發(fā)而變?yōu)槭聦?shí)判 斷。 2.統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)提供了“源頭治理”的有效的分析與改進(jìn)工具 為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，首先來(lái)看一下工序能力和工序能力指數(shù)的意義及其影 響 因素。工序能力是指工序處于穩(wěn)定狀態(tài)下，加工技術(shù)水平與加工

23、質(zhì)量要求間的 適 應(yīng)程度。在用 Cp 表示工序能力時(shí)，若 Cp1.0，說(shuō)明此工序即使在受控狀態(tài)下 運(yùn) 行，仍然會(huì)造成一定的超差。一般說(shuō)來(lái)，工序能力受人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè) 等 因素的影響，但更主要受加工設(shè)備、工藝方法和工藝參數(shù)的影響。值得注意的 是， 工序能力不足造成的質(zhì)量問(wèn)題是不能用工序加嚴(yán)控制來(lái)改善的，因?yàn)榭刂浦荒?發(fā) 現(xiàn)和消除異常因素對(duì)質(zhì)量造成的影響，如材料不合規(guī)格、工人不執(zhí)行工藝規(guī)程、 設(shè)備出現(xiàn)異常情況或環(huán)境出現(xiàn)異常情況等。提高工序能力的關(guān)鍵在于改變工藝 參 數(shù)、工藝方法以及加工和測(cè)量手段等，也就是要更改工藝設(shè)計(jì)。從目前開(kāi)展調(diào) 研 的情況來(lái)看，工序能力不足是困擾質(zhì)量的一個(gè)大問(wèn)題.很多重

24、要工序處于工序能 力不足或嚴(yán)重不足狀態(tài)。因此，對(duì)這樣的工序，只有改善了工序能力，才能從 根 本上解決加工質(zhì)量問(wèn)題。很多應(yīng)用統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)僅用較小的 投 人就將工序能力提高了的事實(shí)說(shuō)明了這點(diǎn)。 3，統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)為企業(yè)提供了“注重過(guò)程”的有效監(jiān)控工具 在開(kāi)展了有效的質(zhì)量診斷和源頭治理的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)控制圖就可以 實(shí) 現(xiàn)對(duì)過(guò)程的有效監(jiān)控。在生產(chǎn)線上使用控制圖，對(duì)大批量加工的質(zhì)量控制的效 果 尤其明顯。對(duì)大批量加工來(lái)說(shuō)，100%的檢驗(yàn)是不經(jīng)濟(jì)或不可能的，需要更有效 的 控制方法，而在生產(chǎn)線上使用控制圖，可以及時(shí)地了解和監(jiān)控工序的狀態(tài)。一 旦 工序出現(xiàn)異常變化趨勢(shì)，從控制圖上便可發(fā)

25、現(xiàn)，并且在出現(xiàn)超差之前及時(shí)糾正。 這樣做可以變監(jiān)控產(chǎn)品為監(jiān)控過(guò)程，真正起到了預(yù)防作用。 4.統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制技術(shù)滿足了企業(yè)的迫切需要 西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)華加工定貨，一般都要求加工企業(yè)在生產(chǎn)線推行 S 陀， 如未推行就認(rèn)為該企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有保證，拒絕定貨。現(xiàn)在，此風(fēng)愈演愈烈， 甚至一些發(fā)展中國(guó)家也提出上述要求。我國(guó)加入世貿(mào)組織 WTO 后，可以預(yù)計(jì)在 國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，從而各個(gè)企業(yè)對(duì)質(zhì)量科學(xué)的需求將會(huì)更加迫切 2.32.3 統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制中常用的兩種工具統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制中常用的兩種工具 2.3.12.3.1 過(guò)程能力過(guò)程能力 過(guò)程能力是指當(dāng)制造過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)時(shí)，制造過(guò)程輸出所固有的正 常

26、變動(dòng)的范圍。按此定義，在生產(chǎn)中，過(guò)程能力等于 6 倍的標(biāo)準(zhǔn)方差 或士 36。若制造過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)控制中，則稱該過(guò)程為穩(wěn)定狀態(tài)。在規(guī)劃產(chǎn)品制造 過(guò)程和選擇制造過(guò)程時(shí)，必須保證產(chǎn)品的制造過(guò)程的過(guò)程能力(又稱為固有允差 極限)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的允差(公差)相匹配。 在 LED 燈生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行過(guò)程能力控制，對(duì)于進(jìn)一步的產(chǎn)品質(zhì)量保障有很 大的作用。 1.LED 燈生產(chǎn)過(guò)程過(guò)程能力的計(jì)算 在質(zhì)量工程中，這種匹配關(guān)系用過(guò)程能力指數(shù) Cp，來(lái)度量，Cp，被定義為: Cp=2 容差(公差)/6=2/6 2. LED 燈生產(chǎn)過(guò)程過(guò)程能力的價(jià)值 在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，人們己經(jīng)越來(lái)越多地認(rèn)識(shí)到研究和應(yīng)用過(guò)程能力指 數(shù)的必

27、要性: （1）能夠合理、全面地反映系統(tǒng)因素、隨機(jī)因素對(duì)過(guò)程能力的影響; （2）提高產(chǎn)品的合格率; （3）監(jiān)控產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，有助于查找影響產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的因素; （4）為推進(jìn)連續(xù)質(zhì)量改進(jìn)、提高利潤(rùn)，提供科學(xué)的量化指標(biāo); （5）由于過(guò)程能力指數(shù)都是無(wú)量綱的簡(jiǎn)單數(shù)，不僅對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)提供 了簡(jiǎn)潔明了的指示，同時(shí)也方便了操作員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，使生產(chǎn)過(guò) 程處于較高的過(guò)程能力狀態(tài)，較少損耗，節(jié)省開(kāi)支。 過(guò)程能力指數(shù)的優(yōu)勢(shì)是經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的，而且?guī)缀趺總€(gè)過(guò)程能力指數(shù)都有 確定的含義及其自身的特點(diǎn)。因此，如何在實(shí)際應(yīng)用中正確地分析問(wèn)題、恰當(dāng) 地選擇和使用現(xiàn)有的過(guò)程能力指數(shù)將是今后統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制研究中墮待

28、解決的問(wèn) 題。 3.對(duì) LED 生產(chǎn)過(guò)程使用過(guò)程能力控制應(yīng)注意的問(wèn)題 使用過(guò)程能力指數(shù)時(shí)也需要注意下面的幾個(gè)問(wèn)題: (1)過(guò)程的輸出變量是否是可以檢測(cè)的; (2)所研究的過(guò)程對(duì)象是否處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài): (3)設(shè)計(jì)目標(biāo)是否位于性能指標(biāo)容許區(qū)間的中心; (4)過(guò)程中的檢測(cè)變量是否服從正態(tài)分布。當(dāng)檢甜變量 X 的分布為非正態(tài)分 布時(shí)，需特別注意非正態(tài)分布帶來(lái)的影響以及如何降低或削弱這些影響的方法 和途徑: (5)沒(méi)有一個(gè)過(guò)程能力指數(shù)能夠適用于所有的過(guò)程，而且單個(gè)的過(guò)程能力指 數(shù)很難揭示過(guò)程的全貌。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，一方面可以適當(dāng)?shù)剡x取適合需 求的過(guò)程能力指數(shù)或選用多個(gè)過(guò)程能力指數(shù)來(lái)綜合考查過(guò)程能力

29、的方法，另一 方面恰當(dāng)?shù)厥褂眠^(guò)程能力圖也會(huì)對(duì)過(guò)程能力的分析產(chǎn)生很大的幫助。 2.3.22.3.2 控制圖控制圖 控制圖是對(duì)過(guò)程質(zhì)量特性值進(jìn)行測(cè)定、記錄、評(píng)估，在針對(duì) LED 生產(chǎn)過(guò)程 中質(zhì)量控制，對(duì)其監(jiān)察其過(guò)程是否處于控制狀態(tài)的一種用統(tǒng)計(jì)方法設(shè)計(jì)的圖。 由于可以直接控制與診斷過(guò)程，故稱為質(zhì)量管理七個(gè)工具的核心(質(zhì)量管理 七個(gè)工具分別是:因果圖、排列圖、直方圖、散布圖、控制圖、分層法、檢查表)。 控制圖中有中心線 CL、上控制限制 UCL 和下控限制 LCL，并有按時(shí)間順序抽取 的樣本統(tǒng)計(jì)量數(shù)值的描點(diǎn)序列，參見(jiàn)圖 2.1。 圖 2.1 控制圖示例 在使用過(guò)程中，將 UCL ,CL 和 LCL 統(tǒng)

30、稱控制線，在判斷過(guò)程中若控制圖中 的描點(diǎn)落在 UCL 與 LCL 之外或描點(diǎn)在 UCL 與 LCL 之間的排列不隨機(jī)，則可以判 LED 生產(chǎn)過(guò)程異常。 圖 2.2 控制圖的演變 圖 2.3 X 控制圖 控制圖是由正態(tài)分布圖演變而來(lái)的，如圖 2.2 所示，先將正態(tài)分布圖按順 時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) 90 度由于圖中數(shù)值上小、下大不符合常規(guī)，再將圖上下翻轉(zhuǎn) 180 度，最終成為一張控制圖，具體說(shuō)是一張單值(x)控制圖。如圖 2.3 所示。圖中 UCL=u+3 為上控制限，CL=u 為中心線，LCL=u-3 為上控制限，當(dāng)曲線有一 定的偏移時(shí)，反映到控制圖上的點(diǎn)是超出了控制線。 控制圖有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，即在圖

31、中將所描繪的點(diǎn)子與控制界限或規(guī)范界 限相比較，從而能夠直觀地看到 LED 產(chǎn)品或服務(wù)的質(zhì)量。但如何去體現(xiàn)在貫徹 預(yù)防原則中的作用呢? 情形 1:應(yīng)用控制圖對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，如圖 2.4 所示，如出現(xiàn)上升傾向，顯 然過(guò)程有問(wèn)題，故異因一旦出現(xiàn)，即可發(fā)現(xiàn)，于是可及時(shí)采取措施加以消除， 這當(dāng)然是預(yù)防。但在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)這種情形是不多的。 圖 2.4 控制圖點(diǎn)子形成傾向 情形 2:更經(jīng)常地是控制圖上點(diǎn)突然出界，顯示異常，這時(shí)必須按照下列 “20 字方針”去做:“查出異因，采取措施，加以消除，不在出現(xiàn)，納入標(biāo)準(zhǔn)” ，每 執(zhí) 行一次“20 字方針” ，就消滅一個(gè)異因，于是對(duì)異因而言，起到了預(yù)防的作用。 常規(guī)的

32、 LED 燈質(zhì)量控制圖主要有: (1)X 圖:是表征制造過(guò)程給定輸出項(xiàng)(指標(biāo)的淵得值)的均值隨時(shí)間的變 化情況。按照制造過(guò)程的進(jìn)行，成組抽樣，將每組測(cè)得值的算術(shù)平均值畫(huà)在控 制 圖中而獲得。 (2) R 圖:在 R 圖中給出的是每組抽樣的范圍。它用來(lái)監(jiān)視過(guò)程的變化和指 示過(guò)程偏差范圍隨時(shí)間的變化特性。 (3)P 圖:畫(huà)入 P 圖的是每組抽樣中廢品所占的百分?jǐn)?shù)。它主要用來(lái)控制廢 品率。當(dāng)廢品率超過(guò)上控制限時(shí)，表征該過(guò)程已偏離了統(tǒng)計(jì)控制范圍。 (4)C 圖:它是將每次抽樣樣品中的廢品順序件號(hào)、件數(shù)或計(jì)數(shù)畫(huà)在控制圖 中，用于表征廢品件號(hào)或件數(shù)隨時(shí)間的變化狀況。 第三章第三章 LEDLED 燈的通用生

33、產(chǎn)工藝過(guò)程及質(zhì)量控制燈的通用生產(chǎn)工藝過(guò)程及質(zhì)量控制 3.13.1 LEDLED 燈的通用生產(chǎn)工藝過(guò)程燈的通用生產(chǎn)工藝過(guò)程 3.1.13.1.1 LEDLED 制作流程概述制作流程概述 LED 的制作流程包括上游的單晶片襯底制作、外延晶片生長(zhǎng)；中游的芯片、 電極制作、切割和測(cè)試分選；下游的產(chǎn)品封裝。 圖 3.1.1 LED 制作流程圖 制程：金屬蒸鍍 光罩腐蝕 熱處理（正負(fù)電極制作） 切割 測(cè)試分選 成品：芯片 晶片：?jiǎn)尉О簦ㄉ榛墶⒘谆墸?單晶片襯底 在襯底上生 長(zhǎng)外延層 外延片 成品：?jiǎn)尉⑼庋悠?封裝：固晶 焊線 樹(shù)脂封裝 切腳 測(cè)試分選 成品：LED 燈珠、LED 貼片和組件 上游

34、下游 中游 3.1.23.1.2 LEDLED 芯片生產(chǎn)工藝芯片生產(chǎn)工藝 LED 照明能夠應(yīng)用到高亮度領(lǐng)域歸功于 LED 芯片生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，包 括單顆晶片的功率和亮度的提高。LED 上游生產(chǎn)技術(shù)是 LED 行業(yè)的核心技術(shù)， 目前在該技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家主要日本、美國(guó)、韓國(guó)，還有我國(guó)臺(tái)灣，而我國(guó)大陸 在 LED 上游生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展比較靠后。下圖為上游外延片的微結(jié)構(gòu)示意圖。 P 型 GaN P 型 AlGaN InGaN 量子阱（well） N 型 InGaN N 型 AlGaN GaN 緩沖層（buffer） 藍(lán)寶石襯底（subatrate） P 型 GaN N 型 GaN 正極 負(fù)極 生產(chǎn)出高

35、亮度 LED 芯片，一直是世界各國(guó)全力投入研制的目標(biāo)，也是 LED 發(fā)的方向。目前，利用大功率芯片生產(chǎn)出來(lái)的白光 1W LED 流明值已經(jīng)達(dá)能到 150lm 之高。 LED 上游技術(shù)的發(fā)展將使 LED 燈具的生產(chǎn)成本越來(lái)越低，更顯 LED 照明的優(yōu)勢(shì)。以下以藍(lán)光 LED 為例介紹其外延片生產(chǎn)工藝如下：首先在襯 低上制作氮化鎵(GaN)基的外延片,這個(gè)過(guò)程主要是在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積外 延片爐(MOCVD)中完成的。準(zhǔn)備好制作 GaN 基外延片所需的材料源和各種高純的 氣體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。常用的襯底主要有藍(lán)寶 石、碳化硅和硅襯底,以及 GaAs、AlN、ZnO 等材料

36、。 MOCVD 是利用氣相反應(yīng)物(前驅(qū)物)及族的有機(jī)金屬和族的 NH3 在襯底 表面進(jìn)行反應(yīng),將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面。通過(guò)控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃 度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。MOCVD 外延爐是制作 LED 外 延片最常用的設(shè)備 然后是對(duì) LED PN 結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作 LED 芯片的關(guān) 鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨；然后對(duì) LED 毛片進(jìn) 圖 3.1.2 藍(lán)光外延片 微結(jié)構(gòu)圖 行劃片、測(cè)試和分選，就可以得到所需的 LED 芯片了。 基板（襯底） 磊晶制程（擴(kuò) 散、濺射、化 學(xué)氣相沉淀） 磊晶片 清洗 蒸鍍 黃光作業(yè) 化學(xué)蝕刻

37、熔合 研磨 切割 測(cè)試 單晶爐、切片機(jī)、磨片機(jī)等 外延爐 （MOCVD） 清洗機(jī) 蒸鍍機(jī)、電子槍 烘烤、上光阻、照相曝光、顯影 刻蝕機(jī) 減薄機(jī)、清洗機(jī) 切割機(jī) 探針測(cè)試臺(tái)、 顆粒度檢測(cè)儀 3.1.33.1.3 LEDLED 封裝工藝流程封裝工藝流程 以大功率 LED 封裝產(chǎn)品為例，介紹它的封裝制程如下： 圖 3.1.3 LED 生產(chǎn)流 程 圖 3.1.3 大功率 LED 封裝制程 擴(kuò)晶 框晶 晶片銀膠 解凍 攪拌 固晶 烘烤 焊線 灌膠長(zhǎng)烤點(diǎn)膠 固檢 推力檢查 拉力檢查 支架金線膠熒光粉 Lens 測(cè)試 包裝 入庫(kù) 品檢 外觀 分BIN QA 切腳 測(cè)試 攪拌 配膠 抽氣 套 Lens 攪拌

38、配膠 抽氣 3.23.2 LEDLED 燈生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制燈生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制 根據(jù) LED 的優(yōu)缺點(diǎn)，LED 燈的設(shè)計(jì)思想與點(diǎn)光源白熾燈的設(shè)計(jì)思想完全不 同，必須采用 LED 多光源陣列設(shè)計(jì)策略，因此 LED 燈具的設(shè)計(jì)必須從光學(xué)、電 學(xué)、 熱學(xué)與結(jié)構(gòu)等各種影響質(zhì)量的因素綜合考慮,在生產(chǎn)過(guò)程中做好各方面的質(zhì)量控 制。 3.2.13.2.1 LEDLED 燈生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制的實(shí)驗(yàn)分析燈生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制的實(shí)驗(yàn)分析 對(duì) LED 燈質(zhì)量控制的最終的目的是使其滿足設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求。目前 LED 車燈的實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求主要考察總成車燈的性能和 LED 單元的性能，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中除了進(jìn)行總成性能實(shí)驗(yàn)外，還需要

39、將 LED 單元單獨(dú)進(jìn)行一些性能實(shí)驗(yàn)，兩者 的結(jié)果必須同時(shí)合格才能通過(guò)考核。為此有必要將兩者的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行研究并 反饋到設(shè)計(jì)、加工、控制中去。由于本文主要涉及的是 LED 照明燈，重點(diǎn)在于 LED 單元工藝的控制，只對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行研究。 3.2.23.2.2 LEDLED 燈相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分析燈相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分析 對(duì)于 LED 燈而言，由于 LED 單元的存在，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、方法就更豐富了。按 測(cè)試的項(xiàng)目種類來(lái)分，大體上可以考慮下列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:配光實(shí)驗(yàn)、壽命實(shí)驗(yàn)、環(huán) 境實(shí)驗(yàn)、沖擊實(shí)驗(yàn)、電氣實(shí)驗(yàn)。 配光實(shí)驗(yàn)主要是考察 LED 自身的光學(xué)性能以及 LED 燈光學(xué)系統(tǒng)的性能，對(duì) 于任何種類的照明燈而

40、言，配光性能是屬于國(guó)家和主機(jī)廠的強(qiáng)制性要求，在設(shè) 計(jì)光學(xué)系統(tǒng)、選擇光源種類、數(shù)量的同時(shí)就必須慎重考慮，盡量留出設(shè)計(jì)余量 作為今后的加工補(bǔ)償。 壽命實(shí)驗(yàn)包含了高溫工作實(shí)驗(yàn)和低溫工作實(shí)驗(yàn)等，主要考察車燈在使用過(guò) 程中的使用壽命情況，在高低溫的環(huán)境下正常點(diǎn)亮，驗(yàn)證 LED 單元沒(méi)有異常出 現(xiàn)。 環(huán)境實(shí)驗(yàn)包含了高溫放置實(shí)驗(yàn)、溫濕度循環(huán)實(shí)驗(yàn)、腐蝕實(shí)驗(yàn)等，主要考察 燈在一些極端環(huán)境下的變化，驗(yàn)證 LED 單元的性能。 電氣實(shí)驗(yàn)包括了一系列電氣內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要是為了比較車燈在其它 的一些性能實(shí)驗(yàn)前后的電氣性能的變化，如電流、電阻的變化等。 在列舉了大量需要驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，需要進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)，實(shí)

41、 驗(yàn)流程設(shè)計(jì)的好壞直接影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果也最終影響到實(shí)驗(yàn)的模擬程度，一般來(lái) 講，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)該使用并行實(shí)驗(yàn)，即每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都使用不同的 燈具單獨(dú)做，相互之間沒(méi)有任何聯(lián)系。同時(shí)實(shí)驗(yàn)流程如圖 3.2.1 所示有必要對(duì) 同一個(gè)燈具按順序進(jìn)行幾項(xiàng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)提高實(shí)驗(yàn)的難度。 圖 3.2.1 LED 燈的實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì) 圖 3.2.1 LED 燈的試驗(yàn)流程設(shè)計(jì) 1.高溫工作試驗(yàn) 高溫工作試驗(yàn)條件如表 3.2.2: 表 3.2.2 高溫工作試驗(yàn)條件表 試驗(yàn)后，在環(huán)境溫度 25時(shí)，在設(shè)計(jì)電壓中測(cè)定中心光強(qiáng)和工作電流，得出與 初期特性值的變化率。 確定 LED 單元各組件有無(wú)異常。如有必要，對(duì) LE

42、D 芯片進(jìn)行確認(rèn)。 2、低溫工作試驗(yàn) 圖 3.2.3 低溫工作實(shí)驗(yàn)條件 試驗(yàn)后，在環(huán)境溫度 25時(shí)，在設(shè)計(jì)電壓中測(cè)定中心光強(qiáng)和工作電流，得 出 與初期特性值的變化率。 確定 LED 單元各組件有無(wú)異常。如有必要，對(duì) LED 芯片進(jìn)行確認(rèn)。 3.高溫放置試驗(yàn) 高溫放置試驗(yàn)條件如表 3.2.4 所示: 表 3.2.4 高溫放置試驗(yàn)條件表 試驗(yàn)后，在環(huán)境溫度 26時(shí)，在設(shè)計(jì)電壓中測(cè)定中心光強(qiáng)和工作電流，得 出與初期特性值的變化率。 確定 LED 單元各組件有無(wú)異常。如有必要，對(duì) LED 芯片進(jìn)行確認(rèn)。 4.溫濕度循環(huán)試驗(yàn) 把試驗(yàn)樣品按正常狀態(tài)下放入試驗(yàn)箱內(nèi)，按圖 2.2.3 的循環(huán)，進(jìn)行放置試 驗(yàn)。

43、 根據(jù)當(dāng)事者的協(xié)議，可用燈具總成進(jìn)行試驗(yàn)。 (l)作為前處理，把試驗(yàn)樣品置于勸士 3的環(huán)境里 30 分鐘以上之后，再 置于 25 士 3，65 士 5%的環(huán)境里 30 分鐘以上。 (2)之后，在濕度 9098 寫(xiě)下，在 2 小時(shí)內(nèi)升溫到 65 士 3，保溫 3 小時(shí)， 再在 2 小時(shí)內(nèi)降溫到 25 士 3，此試驗(yàn)進(jìn)行 2 個(gè)循環(huán)。 (3)回到 25后，在一 10 士 3環(huán)境中保持 3 小時(shí)，再放回到 25。在此 期間，保持濕度，這樣的試驗(yàn)以 24 小時(shí)為一個(gè)循環(huán)。 （4）同樣的循環(huán)進(jìn)行 10 次。 (5)試驗(yàn)后，在環(huán)境溫度 25時(shí)，在設(shè)計(jì)電壓中測(cè)定中心光強(qiáng)和工作電流， 得出與初期特性值的變化率

44、。 確定 LED 單元各組件有無(wú)異常。如有必要，對(duì) LED 芯片進(jìn)行確認(rèn)。 3.2.33.2.3 LEDLED 燈光學(xué)設(shè)計(jì)策略燈光學(xué)設(shè)計(jì)策略 1 配光和光形分布 如圖 3.2.5 所示:LED 信號(hào)燈需要達(dá)到法規(guī)要求的配光要求和光形分布. 圖 3.2.5 LED 信號(hào)燈的配光要求和光形分布 由圖 3.2.5 可以看出大部分信號(hào)燈的配光需要是橢圓分布，由于 LED 輸出 光形是一個(gè)圓形的光形分布，所以通常的設(shè)計(jì)是利用反射鏡或配光鏡從 LED 投 射出的圈形光形中收集光線，再投射出去，往往會(huì)投射到一些沒(méi)有要求的區(qū)域 里，直接查成了光損失，控制策略如圖 3.2.5 所示，可以把 LED 的頂部修成橢

45、 圓狀，設(shè)計(jì)針對(duì) LED 頂部球體部分光線的反射體來(lái)增強(qiáng)中心的光線，減少光損 失。 當(dāng)使用 LED 光路時(shí)，盡計(jì)燈具的厚度可以設(shè)計(jì)地很薄，但往往按普通設(shè)計(jì)， 光形顯得不夠均勻.控制策略可以用劃分非涅爾透鏡的投射光束來(lái)設(shè)置等光通苛 以域如圖 3.2.6 所示)，劃分反射而來(lái)設(shè)置相等的區(qū)域來(lái)建立反射面基礎(chǔ)曲線， 增加局部曲率來(lái)達(dá)到不同的光形分布效果。 圖 3.2.6 建立反射面基礎(chǔ)曲線 用 LED發(fā)光二極管)作為照明燈燈的光源所產(chǎn)生的熱問(wèn)題不同于燈泡照明 的燈具。LED 雖然是半導(dǎo)體發(fā)光器件，但是仍然有 70%以上的電功率要轉(zhuǎn)化為熱 量，必須有適當(dāng)?shù)纳岵呗陨⒆邿崃浚駝t LED 的溫度就會(huì)過(guò)高，

46、而使發(fā)光性 能下降，乃至失效。二極管結(jié)溫一般要求不超過(guò) 125，當(dāng)溫度超過(guò)這一溫度 范圍時(shí)一般會(huì)引起下面幾個(gè)問(wèn)題: 第一，輻射的照度隨著溫度升高而降低，也就是效率降低。 第二，封裝材料發(fā)生變化。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)光二極管的封裝材料為環(huán)氧樹(shù)脂 或者塑料，他們?cè)跍囟容^高時(shí)發(fā)生變質(zhì)或者變暗，這都影響 LEO 的使用質(zhì)量。 第三，溫度升高時(shí)，由于各部分受熱不均勻，在各局部會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，嚴(yán) 重時(shí)會(huì)破壞二極管節(jié)點(diǎn)、連線等結(jié)構(gòu)。 以上幾個(gè)方面都要求有良好的散熱控制策略，使 LED 能在給定環(huán)境下以最 高的功率工作，從而提高比 LED 燈的質(zhì)量。散熱不僅僅對(duì) LED 自身而言，還包 括相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)能有效地將熱量帶

47、走，目前有很多方法可以用來(lái)控制散熱系 統(tǒng)的熱阻，提高散熱的效率。最簡(jiǎn)單的方式是加大散熱片，但由于需要占用較 大的空間，因此使用中會(huì)有局限性。此外，還可考慮采用主動(dòng)散熱系統(tǒng)，如借 用風(fēng)扇，或用液體冷卻系統(tǒng)。當(dāng)然也可采用利用其他物理效應(yīng)制作的散熱系統(tǒng)， 如拍爾帖致冷器、熱導(dǎo)管等盡快并且有效地將熱量從產(chǎn)生的地方傳導(dǎo)出來(lái)，控 制溫度。 第四章第四章 LEDLED 燈在生產(chǎn)過(guò)程中存在問(wèn)題燈在生產(chǎn)過(guò)程中存在問(wèn)題及改進(jìn)手段及改進(jìn)手段 在 LED 燈生產(chǎn)過(guò)程中存在吸濕問(wèn)題和濕度控制問(wèn)題： 發(fā)光二極管產(chǎn)品一直以低消耗，高壽命，耐候性能好等優(yōu)勢(shì)逐步成為光電 顯示領(lǐng)域?qū)檭海绕涫墙陙?lái)的固態(tài)照明領(lǐng)域，大功率發(fā)光二極

48、管已經(jīng)越來(lái)越 受到業(yè)界的青睞。 發(fā)光二極管產(chǎn)品分為：點(diǎn)陣數(shù)碼管、lamp、top view、side view、大功率 等很多品種，但是這些品種都有一個(gè)共同點(diǎn)就是都是存在樹(shù)脂和支架的非氣密 閉封裝結(jié)合。所以都屬于潮濕敏感性元件，而潮濕敏感性元件暴露在回流焊接 期間升高的溫度環(huán)境下，陷于樹(shù)脂的表面貼裝元件(SMD, surface mount device)內(nèi)部的潮濕會(huì)產(chǎn)生足夠的蒸汽壓力損傷或毀壞元件。常見(jiàn)的失效模式包 括樹(shù)脂從芯片或引腳框的內(nèi)部分離(脫層)、導(dǎo)線損傷、芯片損傷和不會(huì)延伸到 元件表面的內(nèi)部裂紋等。在一一些極端的情況中，裂紋會(huì)延伸到元件的表面； 最嚴(yán)重的情況就是元件鼓脹和爆裂(叫做

49、“爆米花”效益)。 改進(jìn)思路及改進(jìn)方法： IPC - 美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)制訂和發(fā)布了 IPC-M-109, 潮濕敏感性元件標(biāo) 準(zhǔn)和指引手冊(cè)。它包括以下七個(gè)文件： IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成電路(IC)SMD 的潮濕/回流敏感性分類 IPC/JEDEC J-STD-033 潮濕/回流敏感性 SMD 的處理、包裝、裝運(yùn)和使用標(biāo) 準(zhǔn) IPC/JEDEC J-STD-035 非氣密性封裝元件的聲學(xué)顯微鏡檢查方法 IPC-9501 用于評(píng)估電子元件(預(yù)處理的 IC 元件)的印刷線路板(PWB, printed wiring board)的裝配工藝過(guò)程的模擬方法 IPC-9502 電

50、子元件的 PWB 裝配焊接工藝指南 IPC-9503 非 IC 元件的潮濕敏感性分類 IPC-9504 評(píng)估非 IC 元件(預(yù)處理的非 IC 元件)的裝配工藝過(guò)程模擬方法 其中在 IPC/JEDEC J-STD-020 定義了潮濕敏感性元件，即由潮濕可透材料 諸如塑料、樹(shù)脂所制造的非氣密性包裝的分類程序。該程序包括暴露在回流焊 接溫度接著詳細(xì)的視覺(jué)檢查、掃描聲學(xué)顯微圖象、截面和電氣測(cè)試等。 IPC/JEDEC J-STD-020 還把潮濕敏感性元件分為八個(gè)等級(jí)，分別是： 1 級(jí) - 30C / 85% RH 無(wú)限車間壽命 2 級(jí) - 30C / 60% RH 一年車間壽命 2a 級(jí) - 30C

51、 / 60% RH 四周車間壽命 3 級(jí) - 30C / 60% RH 168 小時(shí)車間壽命 4 級(jí) - 30C / 60% RH 72 小時(shí)車間壽命 5 級(jí) - 30C / 60% RH 48 小時(shí)車間壽命 5a 級(jí) - 30C / 60% RH 24 小時(shí)車間壽命 6 級(jí) - 30C / 60% RH 72 小時(shí)車間壽命 (對(duì)于 6 級(jí)，元件使用之前必 須經(jīng)過(guò)烘焙，并且必須在潮濕敏感注意標(biāo)貼上所規(guī)定的時(shí)間限定內(nèi)回流)。 發(fā)光二極管一般都屬于 2a、3、4 三個(gè)級(jí)別，其中 smd 屬于 3 級(jí)，top view、side view 屬于 4 級(jí)。所以相應(yīng)的生產(chǎn)制程時(shí)間都是要控制在其要求的范

52、圍內(nèi)。 目前 smd 產(chǎn)品包括 top view、side view 在客戶回流焊的時(shí)候出現(xiàn)死燈現(xiàn) 象是目前這個(gè)業(yè)界的一個(gè)通病，而吸濕控制也是解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)有效方法。 1縮短產(chǎn)品制程時(shí)間，嚴(yán)重按照等級(jí)要求控制產(chǎn)品成型后空氣中的置放時(shí) 間。 2對(duì)宜吸濕原物料生產(chǎn)前做烘焙除濕處理。烘焙的時(shí)間/溫度要以該物料 的特性來(lái)定。 3控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度/濕度，半產(chǎn)品放置在防潮柜中。 4對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行烘焙除濕處理。 5對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行真空包裝。 6對(duì)長(zhǎng)期放置產(chǎn)品使用前烘焙除濕處理。 其中產(chǎn)品包裝和烘焙，IPC/JEDEC J-STD-033 提供處理、包裝、裝運(yùn)和烘焙 潮濕敏感性元件的推薦方法。重點(diǎn)是在包裝和防止潮

53、濕吸收上面 - 烘焙或去濕 應(yīng)該是過(guò)多暴露發(fā)生之后使用的最終辦法。干燥包裝涉及將潮濕敏感性元件與 去濕劑、濕度指示卡和潮濕敏感注意標(biāo)貼一起密封在防潮袋內(nèi)。標(biāo)貼含有有關(guān) 特定溫度與濕度范圍內(nèi)的貨架壽命、開(kāi)袋之后的暴露時(shí)間、關(guān)于何時(shí)要求烘焙 的詳細(xì)情況、烘焙程序、以及袋的密封日期。 1 級(jí)。裝袋之前干燥是可選的， 裝袋與去濕劑是可選的、標(biāo)貼是不要求的，除非元件分類到 235C 的回流溫度。 2 級(jí)。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是要求的、標(biāo)貼是要求的。 2a 5a 級(jí)。裝袋之前干燥是要求的，裝袋與去濕劑是要求的、標(biāo)貼是要求的。 6 級(jí)。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標(biāo)貼是要求的。

54、 當(dāng)然由于包裝袋的原因我們對(duì)產(chǎn)品的干燥可以使用去濕或烘焙兩種方法。 1、室溫去濕。使用標(biāo)準(zhǔn)的干燥包裝方法或者一個(gè)可以維持 25C5C、 濕度低于 10%RH 的干燥箱，放置 5 倍的空氣暴露時(shí)間，以恢復(fù)原來(lái)的車間壽命。 2、烘焙。對(duì)基于級(jí)別和包裝厚度的干燥前與后的包裝，有一些烘焙的推薦 方法。預(yù)烘焙用于干燥包裝的元件準(zhǔn)備， 而后烘焙用于在車間壽命過(guò)后重新恢 復(fù)元件。請(qǐng)查閱并跟隨 J-STD-033 中推薦的烘焙時(shí)間/溫度。烘焙溫度可能通過(guò) 氧化焊墊或引起過(guò)多的金屬間增生(intermetallic growth)而降低焊墊的可焊 接性；另外烘焙除濕如果是產(chǎn)品卷帶包裝后的產(chǎn)品，所以必須要考慮烘焙

55、對(duì)包 裝上下帶封合的影響。 IPC 的干燥包裝之前的預(yù)烘焙推薦是： 1包裝之前，封裝厚度小于或等于 1.4mm：對(duì)于 2a 5a 級(jí)別，125C 的 烘焙時(shí)間范圍 828 小時(shí)，或 150C 烘焙 414 小時(shí)。 封裝厚度小于或等于 2.0mm：對(duì)于 2a 5a 級(jí)別，125C 的烘焙時(shí)間范圍 2348 小時(shí)，或 150C 烘 焙 1124 小時(shí)。 2車間壽命過(guò)期之后，封裝厚度小于或等于 1.4mm：對(duì)于 2a 5a 級(jí)別， 125C 的烘焙時(shí)間范圍 414 小時(shí)，或 40C 烘焙 59 天。 封裝厚度小于或等 于 2.0mm：對(duì)于 2a 5a 級(jí)別，125C 的烘焙時(shí)間范圍 1848 小時(shí)，

56、或 40C 烘 焙 2168 天。 3卷帶包裝產(chǎn)品筆者也進(jìn)行了幾組試驗(yàn) ，烘焙 smd 產(chǎn)品先在 30C / 80% RH 放置 336 小時(shí)以上。 改進(jìn)小結(jié)改進(jìn)小結(jié) 要想在市場(chǎng)上立于不敗之地，就要滿足超嚴(yán)格質(zhì)量要求，生產(chǎn)出世界級(jí)質(zhì) 量 的產(chǎn)品，這就需要采用先進(jìn)的技術(shù)科學(xué)與先進(jìn)的管理科學(xué)。一般說(shuō)來(lái)，先進(jìn)的 技 術(shù)科學(xué)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的絕對(duì)值，而先進(jìn)的質(zhì)量科學(xué)則可以在現(xiàn)有條件 下 將其質(zhì)量波動(dòng)調(diào)整到最小.這就好比一輛摩托車的兩個(gè)輪子，二者缺一不可.推 行質(zhì)量科學(xué)管理就是貫徹先進(jìn)的科學(xué)管理。 對(duì) LEO 燈而言，如何通過(guò)控制 LED 燈加工過(guò)程中的質(zhì)量來(lái)達(dá)到穩(wěn)定的質(zhì) 量輸出，這是各生產(chǎn)企業(yè)對(duì) LEO 燈追求的目標(biāo)。 第五章第五章 LEDLED 燈質(zhì)量過(guò)程控制燈質(zhì)量過(guò)程控制的實(shí)施效果的實(shí)施效果 通過(guò)對(duì) LED 燈過(guò)程控制中所采取的過(guò)程控制，在很大程度上提高了 LED 燈 的質(zhì)量，避免了很多過(guò)程中所要碰到的不必要麻煩，也解決了產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程 中一定的質(zhì)量問(wèn)題。 從以下方面通過(guò)對(duì)