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        用智能在線檢測技術全面提高產品競爭力

        來源:浙江省照明學會 發布時間:2016-06-14瀏覽:327
        當前,半導體照明產業發展進入了一個新的階段,同質化競爭導致產品價格急速下降,在這一輪“洗牌”中,成本控制無疑成了最重要的問題,但過度控制勢必會對產品質量造成負面影響;而另一方面,不管是國際國內標準還是用戶,對產品品質的要求卻越來越高。
        劉騰海  秦曉霞  郭志軍  許耀東
        杭州遠方光電信息股份有限公司
         
        摘要:當前,半導體照明產業發展進入了一個新的階段,同質化競爭導致產品價格急速下降,在這一輪“洗牌”中,成本控制無疑成了最重要的問題,但過度控制勢必會對產品質量造成負面影響;而另一方面,不管是國際國內標準還是用戶,對產品品質的要求卻越來越高。本文結合LED產品的技術問題,提出了使用智能在線檢測技術全面提升產品競爭力的方案,不僅能夠大幅度縮減企業的投入成本,而且通過產品的高效老化及100%在線檢測,保證產品不僅滿足初期而且在相當長的一段時間后也能達到符合要求的品質。
         
        關鍵詞:LED照明、在線檢測、高效老化、成本控制、品質控制
         
        一、引言
           經過多年的快速發展,半導體照明進入到一個新的階段,產品技術不斷進步的同時,價格也在急劇下降,而用戶的要求卻越來越高,LED照明產業面臨到了嚴峻的挑戰。在這一輪“洗牌”中,成本和質量是一對矛盾的共生體,而且遍布了整個上下游產業鏈。對成本的過度控制勢必會對產品質量造成負面影響,例如過度簡化密封環節導致工作一段時間后出現嚴重光衰和顏色漂移;封裝分BIN方案不科學導致成品光色達不到標準要求等。然而,這些質量隱患很快便會體現在各部門的質量抽檢黑名單上,同時也會給企業口碑帶來嚴重影響,無疑降低了企業的市場競爭力。

           如何能夠有效控制企業成本,又能提高產品質量成為業界亟需解決的難題。本文在廣泛調研和多年對LED特性的研究基礎上,提出使用新的智能在線檢測技術解決這一問題,與傳統的成本和質量控制不同,該方案從后端出發,反向嚴控輸出,既能降低成本又能確實保證質量,從而全面提高產品競爭力,希望本文能夠為LED可持續性的發展提供一些借鑒。

        二、 LED產品的特點
           雖然理論上LED具有較高的光效和豐富的光色、壽命可達50kh甚至更高,但是在實際的應用中卻會因為各種各樣因素(如芯片材料設計、制造工藝、以及驅動電源和散熱等問題)的影響,而導致產品的初始光色或者光通維持率不符合標準要求。

           為了提高產品質量,制造商通常都嚴格要求封裝LED、驅動電源等的品質,并不斷提高生產工藝,然而,對于最后一道產品質檢,相對來說都有所欠缺,而這一道關卻直接聯系著生產和市場?,F有常用的LED產品質檢普遍存在著效率低、成本高、速度慢、高風險等缺陷,實際上把好這最好一道關不僅能充分保證質量,而且對于前期的生產成本控制也是十分有利的。

           對于LED產品,還有一個嚴重的通病,即初始光色電參數均滿足要求,而點燃一段時期后,光衰和顏色漂移嚴重,甚至出現閃爍、死燈等現象,光通維持率和壽命不達標這也是很多產品的致命質量問題,也是客戶最為擔憂的問題。究其原因,和芯片結構設計、材料、制造工藝、驅動電源的設計等都有密切的關系[1][2]。研究發現,LED和大多數電子產品一樣,符合浴盆曲線的失效規律,如圖1所示?;谶@一原理,及時發現LED產品的早期失效以及剔除不合格的產品,對實現LED產品的質量控制和提高企業的市場競爭力具有重要的意義。

        圖1 LED產品早期失效規律
         
        三、傳統LED產品質檢方案
           目前普遍采用的LED產品產線檢測技術主要包括兩個方面:常規老化和光色電參數抽樣檢驗。主要流程如圖2所示。

         
        圖2 傳統LED產品產線檢測方案
         
        1. 常規老化環節
           LED產品的老化目的主要是為了盡早識別燈的失效問題。常規老化方案主要包括高溫老化、高低壓老化、開關老化和漫游老化(常溫常壓條件)四個方面,基本沿用了傳統節能燈的檢測手段。常規老化為及時發現LED燈的早期失效提供了有效的解決方案,然而不得承認的是它依然存在著多方面的不足,主要表現在以下幾個方面:
        (1) 老化項目不全
           除了傳統老化中提到的老化項目外,在LED燈的實際應用中,還經常會因受到電網中出現的瞬間電壓或者電流沖擊等而導致失效。而傳統老化對這一部分的缺失將會導致產品在實際應用中出現各種問題,因此對LED燈的抗瞬間電壓電流沖擊能力進行評價對LED產品質量評估十分重要。
        (2)老化時間長、人工成本高
           傳統老化線往往需要多名人工進行操作,大大增加了老化的時間成本和人工成本,對企業的工作效率和經濟利益都造成了不小的損失。

        2. 抽樣檢驗環節
           在老化試驗結束后,首先剔除掉早期失效的產品,然后以一定的比例隨機抽取一部分產品依次進入積分球光譜儀系統進行光色電參數測試。需要指出的是,在LED測試中,因為結溫微小變化便會對LED的光通量檢測產生較大的影響,因此,LED燈點亮瞬間的瞬態檢測數據與穩態檢測數據會有很大的差別。所以,在LED的檢測中首先必須要對LED燈進行預熱,待穩定后再進行檢測。從這個傳統的抽樣檢測過程我們不難發現一些缺陷:
        (1) 早期失效的辨別
           據前文所述,早期失效主要包括死燈、閃爍、變暗和顏色漂移等,然而對于死燈和閃爍現象人眼可以識別并予以剔除,但是對于變暗和顏色漂移人眼是不容易識別的,這將會導致部分已經失效的產品流入市場中,為未來的質量事件埋下隱患。
        (2) 效率低
           抽樣檢測效率低主要體現在:人工操作、產品預熱時間長、單套積分球檢測效率低(球泡燈20只~30只/天)。在LED產量如此龐大(約每條生產線8000~10000只/天)的需求下,抽樣檢測的速度和效率已遠遠不能滿足企業需求,這也為檢測設備提出了更高的挑戰。
        (3) 抽檢風險大
           LED燈的光色電特性往往存在著較大的個體差異,即使是同一批次生產的產品也不盡相同。在抽樣檢測中僅僅是對一小部分的產品進行了測試,根本不能代表大多數產品的情況,同樣這將導致一些質量不合格的產品流向市場,會對企業形象和信譽造成影響。

           面對著傳統質量控制的種種問題,整個LED行業對檢測設備,特別是在線檢測設備提出了急迫的需求。

        四、高效老化與新型在線檢測技術
           此前,針對LED照明產品的早期失效問題遠方公司進行了多年的研究,綜合分析了多種因素在LED失效過程中的影響,并對失效檢測技術進行了深入的研究,研究表明傳統老化環節正是因為考慮因素不全使得很多早期失效隱患并不能及時發現,其中特別是由瞬間電壓(電流)沖擊等造成的產品早期失效。在全面考慮LED產品早期失效因素的基礎上,本文結合產業需求提出一種高校老化與在線高精度快速全檢相結合的解決方案[4],如圖3所示。其主要特點為:
        圖3 在線檢測設備(遠方LAT-3000)
         
        1. 高效老化技術
           研究發現,LED的早期失效可能因為多種因素導致[3],包括高溫、高低壓、開關、市電漫游以及瞬間較大能量的電壓或電流沖擊或跌落沖擊等。因此,在老化環節中實現對LED將來可能面臨的各種環境的模擬實現對LED產品的早期失效十分關鍵。
              
           在已有老化技術的基礎上,本文中提出了高效老化方案,即除了具備常規老化功能外,還增加了電壓(電流)沖擊和跌落沖擊試驗,實踐證明,高效老化技術不僅可以及時有效的發現產品的早期失效,而且不損害合格產品,同時還可以起到節約老化時間、節約場地以及降低成本的目的。系統采用分段式應力測試技術,在生產線上分段式布置導電導軌以施加不同的應力,實現生產線上各種老化和測試功能的分段實現,并具有結構緊湊、老化測試一步完成的特點。

        2.100%高精度在線檢測
           產品老化結束后無需上下燈,被測燈處于穩定狀態后便可直接進入測試環節,并利用先進的光、色、電快速分析手段,準確測量分析產品性能參數,實現LED燈100%高精度在線檢測。該技術方案節約了傳統方式中上下燈以及預熱的時間,大大提高了效率,并且100%光色電參數檢測避免了抽檢的風險,對老化過程中出現的變暗及顏色漂移情況也可有效識別。

        3.自動化實現、高效率
           自動化是該系統的又一優勢。整個老化和測試過程采用自動化時序控制技術,節約了大量的人力成本,并極大的提高了工作效率,測試速度可達1200只/小時(機械手自動上下燈可達1800只/小時),這是在傳統技術上的一個重大突破。此外,該系統在對產品進行光色電檢驗后,可以自動識別和提出不合格產品,并根據預設條件對合格產品進行分級、打碼包裝。

        圖4 傳統方案與新型在線檢測方案速度PK
         
        4. 后端控制對前期成本控制的保護
           通常,為了保證產品的品質,廠家會從前端的選材、工藝以及封裝技術等各方面嚴格要求和控制以獲得優越的初始性能,然而,LED產品由于其自身的固有特性,在后期使用過程中,光通量、光效等參數會因為各種不確定因素(如溫度、壓力、電磁干擾等)而發生降低,顏色也可能發生漂移,即其質量變化具有不可控性,因此,成本投入與質量產出往往不成正比。

           與前端高度嚴格控制不同,本文中從產品后端控制入手,通過對產品實現100%高精度在線測試,對測試結果進行分析作出產品合格判定和自動分級,不僅可以保證在前期成本控制下所得合格產品的質量,而且可以使得各檔次的產品物盡其用,并且每個產品流通到市場后都可以獲得追溯和管理,全面提升產品的競爭力。

        五、結論
           在成本控制的基礎上保證產品質量不僅是產品也是企業的綜合競爭力體現。結合業界需求,本文從后端產品質量檢測這一關鍵環節出發,提出智能在線檢測技術方案,該技術采用先進的科學設計,可實現產品的高效老化和高精度全檢,并作出合格判定、自動分級,切實把好產品質量的最重要關口,并采用機械化取代人工操作的模式,不僅大幅度降低產品質檢成本,而且通過逆向控制方式對于前期的成本降低起到了積極作用。
         
        參考文獻
        【1】費翔,前可多,羅毅. 大功率LED結溫測量及發光特性研究.光電子激光,2008,19:289-293
        【2】殷錄橋,李清華,張建華.提供大功率LED散熱和出光封裝材料的研究. 半導體技術,2008,33:281-285
        【3】斯芳虎. LED燈失效的幾種常見原因分析. 電子質量,2007,09:13-14
        【4】郭志軍,曹曉彬,舒詩燦. 高效老化及在線檢測技術在LED整燈生產中的應用.2014
         

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