本文關鍵詞： LED封裝技術(shù) LED熒光粉噴涂裝備 熒光粉涂層測厚 涂覆機理建模 涂覆批量控制　出處：《華南理工大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著LED（light emitting diode）照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，材料、芯片制造、管芯封裝和應用產(chǎn)品已形成一個技術(shù)含量高、市場前景廣闊的產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是大功率、高亮度LED模組已成為國際半導體照明和顯示領域的競爭熱點。目前大功率白光LED的發(fā)光原理主要是應用以藍寶石或碳化硅為襯底的藍光LED芯片通過激發(fā)YAG（yttrium aluminum garnet釔鋁石榴石）熒光粉發(fā)出白光而實現(xiàn)的。熒光粉涂覆技術(shù)作為白光LED封裝中的關鍵技術(shù)之一，已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)壁壘。當前國內(nèi)大功率白光LED熒光粉涂覆工序，主要是使用點膠法來實現(xiàn)的，而過度使用這種傳統(tǒng)涂覆技術(shù)，同時又缺乏對新型高效可靠的涂覆技術(shù)的研發(fā)投入，就決定了國內(nèi)的LED生產(chǎn)企業(yè)無法生產(chǎn)高品質(zhì)的白光LED的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。因此，熒光粉噴涂技術(shù)中，熒光粉層厚度或均勻度的高精確可控性，就成為了當下的研究熱點。本文以大功率LED封裝的熒光粉涂覆工藝及其涂覆設備制造與設計中的若干關鍵問題為研究對象，研究主要集中在以下幾個方面： 1.對基于壓電噴涂原理的熒光粉噴頭進行研究與設計，針對其壓電噴頭結(jié)構(gòu)原理與噴涂機理進行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)。以提高系統(tǒng)響應速度、穩(wěn)定性與涂覆精度為目的，建立了壓電噴頭結(jié)構(gòu)原理與其涂覆過程原理的數(shù)學模型，通過對噴頭腔體內(nèi)部熒光粉膠流體運動的簡化，推導出形成熒光粉微滴噴射的數(shù)學判據(jù)，提出了熒光粉噴頭的關鍵性能指標。 2.采用CFD（computational fluid dynamics計算流體動力學）與數(shù)值模擬方法研究大功率LED熒光粉噴涂過程中熒光粉膠的流動傳輸和霧化過程，建立了3 D熒光粉流場模型與數(shù)學模型，用于描述霧化噴涂槍外部熒光粉膠流場的速度分布，，最后通過噴涂實驗驗證了仿真預測結(jié)果與實驗結(jié)果的一致性。研究表明：在不建立霧化過程模型的情況下，采用數(shù)值模擬仿真能準確預測LED熒光粉噴涂過程中熒光粉微滴軌跡和速度分布；在相同噴涂距離內(nèi)，熒光粉微滴直徑越小、速度越快，小熒光粉微滴加速和減速的距離相對更短。 3.對于大功率LED熒光粉涂覆過程中機器視覺測量的應用，做出了以下幾方面的研究：（1）給出了熒光粉涂覆設備中對LED芯片的機器視覺定位方法；（2）研究了通過中值濾波與數(shù)學形態(tài)學方法相結(jié)合，從而獲得熒光粉膠點的圖像邊緣的邊緣檢測方法；（3）研究了通過對比熒光粉涂層圖像與標準涂層圖像模板，檢測出熒光粉涂層涂覆面不規(guī)則、沾膠和異物等缺陷的缺陷檢測方法；（4）主要研究了采用激光三角多點測量法快速檢測熒光粉涂層表面上多個點的厚度，然后在膠點邊緣曲線內(nèi)對所測出的各點高度進行積分，從而估算出膠點近似體積的熒光粉膠點體積估計法。 4.對于熒光粉涂覆控制過程，傳統(tǒng)的熒光粉點膠過程一般采用開環(huán)控制，但由于大批量涂覆過程中，單顆LED的熒光粉涂覆量隨著涂覆次數(shù)的增大，將有很大的漂移，從而嚴重影響白光LED的光色品質(zhì)，因此本文把消除熒光粉量的漂移現(xiàn)象的控制策略作為研究的重點。由于影響點膠質(zhì)量的大部分過程變量不可在線測量或者不便測量，因而控制方法和控制器的選擇受到很大的限制，所以本文根據(jù)所建立的熒光粉涂覆過程模型，采用一種新的質(zhì)量控制方法——SPC（Statistic Process Control統(tǒng)計過程控制）來調(diào)節(jié)噴出的膠量大小，進而提高點膠量的一致性。 5.設計了熒光粉噴涂設備控制系統(tǒng)，并分別對本文所提出的機器視覺檢測、批量涂覆控制等關鍵技術(shù)進行了實驗設計與驗證。經(jīng)實驗得出，本文所設計的熒光粉噴涂設備能高速高精度完成飛利浦流明公司設計的1W大功率LED芯片封裝（1W大功率LED常用封裝）的熒光粉涂覆工序；此外，還對多種COB封裝、SMD封裝的LED支架進行了批量涂覆實驗，也獲得了很好的效果，從而論證了本文所設計的熒光粉噴涂設備能廣泛應用于目前市面上絕大多數(shù)的LED熒光粉涂覆工序。 最后，本文總結(jié)了現(xiàn)有研究成果，還提出了值得研究和探索的幾點問題，并對熒光粉噴涂技術(shù)問題的研究方向做了一些展望。 本課題在廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專項資金LED產(chǎn)業(yè)項目“大功率LED模組生產(chǎn)工藝及成套設備”（2010A081002007）和國家863計劃項目（2012AA041312）的支持下完成。
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【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM923.34

【參考文獻】

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本文編號：1505355