led灯生产过程质量控制的技术研究(编辑修改稿)

led灯生产过程质量控制的技术研究(编辑修改稿)内容摘要：

期存在，原因就在于此。 统计质量控制技术提供了将质量问题的认识建立在对客观数据的观察和分析的基础之上的方法，从而使人们对质量问题的认识从臆想出发而变为事实判断。 “ 源头治理 ” 的有效的分析与改进工具 为了说明这个问题，首先来看一下工序能力和工序能力指数的意义及其影响 因素。 工 序能力是指工序处于稳定状态下，加工技术水平与加工质量要求间的适 应程度。 在用 Cp表示工序能力时，若 Cp，说明此工序即使在受控状态下运 行，仍然会造成一定的超差。 一般说来，工序能力受人、机、料、法、环、测等 因素的影响，但更主要受加工设备、工艺方法和工艺参数的影响。 值得注意的是， 第 8 页 共 28 页 工序能力不足造成的质量问题是不能用工序加严控制来改善的，因为控制只能发 现和消除异常因素对质量造成的影响，如材料不合规格、工人不执行工艺规程、 设备出现异常情况或环境出现异常情况等。 提高工序能力的关键在于改变工艺参 数、工艺 方法以及加工和测量手段等，也就是要更改工艺设计。 从目前开展调研 的情况来看，工序能力不足是困扰质量的一个大问题 .很多重要工序处于工序能 力不足或严重不足状态。 因此，对这样的工序，只有改善了工序能力，才能从根 本上解决加工质量问题。 很多应用统计实验设计技术改进工艺设计仅用较小的投 人就将工序能力提高了的事实说明了这点。 3，统计质量控制技术为企业提供了 “ 注重过程 ” 的有效监控工具 在开展了有效的质量诊断和源头治理的基础之上，运用统计控制图就可以实 现对过程的有效监控。 在生产线上使用控制图，对大 批量加工的质量控制的效果 尤其明显。 对大批量加工来说， 100%的检验是不经济或不可能的，需要更有效的 控制方法，而在生产线上使用控制图，可以及时地了解和监控工序的状态。 一旦 工序出现异常变化趋势，从控制图上便可发现，并且在出现超差之前及时纠正。 这样做可以变监控产品为监控过程，真正起到了预防作用。 西方工业发达国家来华加工定货，一般都要求加工企业在生产线推行 S陀， 如未推行就认为该企业的产品质量没有保证，拒绝定货。 现在，此风愈演愈烈， 甚至一些发展 中国家也提出上述要求。 我国加入世贸组织 WTO 后，可以预计在 国际市场中的竞争将更加激烈，从而各个企业对质量科学的需求将会更加迫切 过程能力 过程能力是指当制造过程处于统计控制状态时，制造过程输出所固有的正常变动的范围。 按此定义，在生产中，过程能力等于 6 倍的标准方差 σ 或士 36σ。 若制造过程处于统计控制中，则称该过程为稳定状态。 在规划产品制造过程和选择制造过程时，必须保证产品的制造过程的过程能力 (又称为固有允差极限 )同产品设计要求的允差 (公差 )相匹配。 在 LED灯生产过程中进行过程能力控制，对于进一步的产品质量保障有很大的作用。 灯生产过程过程能力的计算 在质量工程中，这种匹配关系用过程能力指数 Cp，来度量， Cp，被定义为 : Cp=2 容差 (公差 )/6σ ==2△ /6σ 2. LED 灯生产过程过程能力的价值 在实际的生产过程中，人们己经越来越多地认识到研究和应用过程能力指数的必要性 : （ 1）能够合理、全面地反映系统因素、随机因素对过程能力的影响。 第 9 页 共 28 页 （ 2）提高 产品的合格率。 （ 3）监控产品的生产过程，有助于查找影响产品质量波动的因素。 （ 4）为推进连续质量改进、提高利润，提供科学的量化指标。 （ 5）由于过程能力指数都是无量纲的简单数，不仅对生产过程的状态提供了简洁明了的指示，同时也方便了操作员及时发现问题、解决问题，使生产过程处于较高的过程能力状态，较少损耗，节省开支。 过程能力指数的优势是经过实践检验的，而且几乎每个过程能力指数都有确定的含义及其自身的特点。 因此，如何在实际应用中正确地分析问题、恰当地选择和使用现有的过程能力指数将是今后统计过 程控制研究中堕待解决的问题。 LED 生产过程使用过程能力控制应注意的问题 使用过程能力指数时也需要注意下面的几个问题 : (1)过程的输出变量是否是可以检测的。 (2)所研究的过程对象是否处于统计控制状态 : (3)设计目标是否位于性能指标容许区间的中心。 (4)过程中的检测变量是否服从正态分布。 当检甜变量 X 的分布为非正态分布时，需特别注意非正态分布带来的影响以及如何降低或削弱这些影响的方法和途径 : (5)没有一个过程能力指数能够适用于所有的过程，而且单个 的过程能力指数很难揭示过程的全貌。 因此，在实际应用中，一方面可以适当地选取适合需求的过程能力指数或选用多个过程能力指数来综合考查过程能力的方法，另一方面恰当地使用过程能力图也会对过程能力的分析产生很大的帮助。 控制图是对过程质量特性值进行测定、记录、评估，在针对 LED生产过程中质量控制，对其监察其过程是否处于控制状态的一种用统计方法设计的图。 由于可以直接控制与诊断过程，故称为质量管理七个工具的核心 (质量管理七个工具分别是 :因果图、排列图、直方图、散布图、控制图、 分层法、检查表 )。 控制图中有中心线 CL、上控制限制 UCL 和下控限制 LCL，并有按时间顺序抽取的样本统计量数值的描点序列，参见图。 图 控制图示例 在使用过程中，将 UCL ,CL 和 LCL 统称控制线，在判断过程中若控制图中的 第 10 页 共 28 页 描点落在 UCL 与 LCL 之外或描点在 UCL 与 LCL 之间的排列不随机，则可以判 LED生产过程异常。 图 控制图的演变 图 X 控制图 控制图是由正态分布图演变而来的，如图 所示，先将正态分布图按顺时针方向旋转 90 度由于图中数值上小、 下大不符合常规，再将图上下翻转 180 度，最终成为一张控制图，具体说是一张单值 (x)控制图。 如图 所示。 图中UCL=u+3σ 为上控制限， CL=u 为中心线， LCL=u3σ 为上控制限，当曲线有一定的偏移时，反映到控制图上的点是超出了控制线。 控制图有一个很大的优点，即在图中将所描绘的点子与控制界限或规范界限相比较，从而能够直观地看到 LED 产品或服务的质量。 但如何去体现在贯彻预防原则中的作用呢 ? 情形 1:应用控制图对生产过程进行监控，如图 所示，如出现上升倾向，显然过程有问题，故异因一旦出现，即可 发现，于是可及时采取措施加以消除，这当然是预防。 但在现场出现这种情形是不多的。 图 控制图点子形成倾向 第 11 页 共 28 页 情形 2:更经常地是控制图上点突然出界，显示异常，这时必须按照下列“ 20 字方针”去做 :“查出异因，采取措施，加以消除，不在出现，纳入标准”，每执 行一次“ 20字方针”，就消灭一个异因，于是对异因而言，起到了预防的作用。 常规的 LED 灯质量控制图主要有 : (1)X 图 :是表征制造过程给定输出项 (指标的渊得值 )的均值随时间的变 化情况。 按照制造过程的进行，成 组抽样，将每组测得值的算术平均值画在控制 图中而获得。 (2) R 图 :在 R 图中给出的是每组抽样的范围。 它用来监视过程的变化和指 示过程偏差范围随时间的变化特性。 (3)P 图 :画入 P图的是每组抽样中废品所占的百分数。 它主要用来控制废 品率。 当废品率超过上控制限时，表征该过程已偏离了统计控制范围。 (4)C 图 :它是将每次抽样样品中的废品顺序件号、件数或计数画在控制图 中，用于表征废品件号或件数随时间的变化状况。 第 12 页 共 28 页 第三章 LED 灯的通用生产工艺过程及质量控制 LED 灯的通用生 产工艺过程 LED 制作流程概述 LED 的制作流程包括上游的单晶片衬底制作、外延晶片生长；中游的芯片、电极制作、切割和测试分选；下游的产品封装。 图 LED 制作流程图 制程：金属蒸镀 光罩腐蚀 热处理（正负电极制作） 切割 测试分选 成品：芯片 晶片：单晶棒（砷化镓、磷化镓） 单晶片衬底 在衬底上生长外延层 外延片 成品：单晶片、外延片 封装：固晶 焊线 树脂封装 切脚 测试分选 成品： LED灯珠、 LED贴片和组件 上游 下游 中游 第 13 页 共 28 页 LED 芯片生产工艺 LED 照明能够应用到高亮度领域归功于 LED 芯片生产技术的不断提高，包括单颗晶片的功率和亮度的提高。 LED上游生产技术是 LED 行业的核心技术，目前在该技术领先的国家主要日本、美国、韩国，还有我国台湾，而我国大陆在 LED上游生产技术的发展 比较靠后。 下图为上游外延片的微结构示意图。 生产出高亮度 LED 芯片，一直是世界各国全力投入研制的目标，也是 LED发的方向。 目前，利用大功率芯片生产出来的白光 1W LED 流明值已经达能到 150lm之高。 LED 上游技术的发展将使 LED 灯具的生产成本越来越低，更显 LED 照明的优势。 以下以蓝光 LED 为例介绍其外延片生产工艺如下：首先在衬低上制作氮化鎵 (GaN)基的外延片 ,这个过程主要是在金属有机化学气相沉积外延片炉(MOCVD)中完成的。 准备好制作 GaN 基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。 常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底 ,以及 GaAs、 AlN、 ZnO 等材料。 MOCVD是利用气相反应物 (前驱物 )及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的 NH3在衬底表面进行反应 ,将所需的产物沉积在衬底表面。 通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。 MOCVD 外延炉是制作 LED外延片最常用的设备 然后是对 LED PN 结的两个电极进行加工，电极加工也是制作 LED 芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研 磨；然后对 LED 毛片进行 P 型 GaN P 型 AlGaN InGaN 量子阱（ well） N 型 InGaN N 型 AlGaN GaN 缓冲层（ buffer） 蓝。