用智能在线检测技术全面提高产品竞争力

 
摘要：当前，半导体照明产业发展进入了一个新的阶段，同质化竞争导致产品价格急速下降，在这一轮“洗牌”中，成本控制无疑成了最重要的问题，但过度控制势必会对产品质量造成负面影响；而另一方面，不管是国际国内标准还是用户，对产品品质的要求却越来越高。本文结合LED产品的技术问题，提出了使用智能在线检测技术全面提升产品竞争力的方案，不仅能够大幅度缩减企业的投入成本，而且通过产品的高效老化及100%在线检测，保证产品不仅满足初期而且在相当长的一段时间后也能达到符合要求的品质。
 
关键词：LED照明、在线检测、高效老化、成本控制、品质控制
 
一、引言
   经过多年的快速发展，半导体照明进入到一个新的阶段，产品技术不断进步的同时，价格也在急剧下降，而用户的要求却越来越高，LED照明产业面临到了严峻的挑战。在这一轮“洗牌”中，成本和质量是一对矛盾的共生体，而且遍布了整个上下游产业链。对成本的过度控制势必会对产品质量造成负面影响，例如过度简化密封环节导致工作一段时间后出现严重光衰和颜色漂移；封装分BIN方案不科学导致成品光色达不到标准要求等。然而，这些质量隐患很快便会体现在各部门的质量抽检黑名单上，同时也会给企业口碑带来严重影响，无疑降低了企业的市场竞争力。

   如何能够有效控制企业成本，又能提高产品质量成为业界亟需解决的难题。本文在广泛调研和多年对LED特性的研究基础上，提出使用新的智能在线检测技术解决这一问题，与传统的成本和质量控制不同，该方案从后端出发，反向严控输出，既能降低成本又能确实保证质量，从而全面提高产品竞争力，希望本文能够为LED可持续性的发展提供一些借鉴。

二、 LED产品的特点
   虽然理论上LED具有较高的光效和丰富的光色、寿命可达50kh甚至更高，但是在实际的应用中却会因为各种各样因素（如芯片材料设计、制造工艺、以及驱动电源和散热等问题）的影响，而导致产品的初始光色或者光通维持率不符合标准要求。

   为了提高产品质量，制造商通常都严格要求封装LED、驱动电源等的品质，并不断提高生产工艺，然而，对于最后一道产品质检，相对来说都有所欠缺，而这一道关却直接联系着生产和市场。现有常用的LED产品质检普遍存在着效率低、成本高、速度慢、高风险等缺陷，实际上把好这最好一道关不仅能充分保证质量，而且对于前期的生产成本控制也是十分有利的。

   对于LED产品，还有一个严重的通病，即初始光色电参数均满足要求，而点燃一段时期后，光衰和颜色漂移严重，甚至出现闪烁、死灯等现象，光通维持率和寿命不达标这也是很多产品的致命质量问题，也是客户最为担忧的问题。究其原因，和芯片结构设计、材料、制造工艺、驱动电源的设计等都有密切的关系^[1][2]。研究发现，LED和大多数电子产品一样，符合浴盆曲线的失效规律，如图1所示。基于这一原理，及时发现LED产品的早期失效以及剔除不合格的产品，对实现LED产品的质量控制和提高企业的市场竞争力具有重要的意义。

三、传统LED产品质检方案
   目前普遍采用的LED产品产线检测技术主要包括两个方面：常规老化和光色电参数抽样检验。主要流程如图2所示。
  1. 常规老化环节
   LED产品的老化目的主要是为了尽早识别灯的失效问题。常规老化方案主要包括高温老化、高低压老化、开关老化和漫游老化（常温常压条件）四个方面，基本沿用了传统节能灯的检测手段。常规老化为及时发现LED灯的早期失效提供了有效的解决方案，然而不得承认的是它依然存在着多方面的不足，主要表现在以下几个方面：
（1） 老化项目不全
   除了传统老化中提到的老化项目外，在LED灯的实际应用中，还经常会因受到电网中出现的瞬间电压或者电流冲击等而导致失效。而传统老化对这一部分的缺失将会导致产品在实际应用中出现各种问题，因此对LED灯的抗瞬间电压电流冲击能力进行评价对LED产品质量评估十分重要。
（2）老化时间长、人工成本高
   传统老化线往往需要多名人工进行操作，大大增加了老化的时间成本和人工成本，对企业的工作效率和经济利益都造成了不小的损失。

2. 抽样检验环节
   在老化试验结束后，首先剔除掉早期失效的产品，然后以一定的比例随机抽取一部分产品依次进入积分球光谱仪系统进行光色电参数测试。需要指出的是，在LED测试中，因为结温微小变化便会对LED的光通量检测产生较大的影响，因此，LED灯点亮瞬间的瞬态检测数据与稳态检测数据会有很大的差别。所以，在LED的检测中首先必须要对LED灯进行预热，待稳定后再进行检测。从这个传统的抽样检测过程我们不难发现一些缺陷：
（1） 早期失效的辨别
   据前文所述，早期失效主要包括死灯、闪烁、变暗和颜色漂移等，然而对于死灯和闪烁现象人眼可以识别并予以剔除，但是对于变暗和颜色漂移人眼是不容易识别的，这将会导致部分已经失效的产品流入市场中，为未来的质量事件埋下隐患。
（2） 效率低
   抽样检测效率低主要体现在：人工操作、产品预热时间长、单套积分球检测效率低（球泡灯20只~30只/天）。在LED产量如此庞大（约每条生产线8000~10000只/天）的需求下，抽样检测的速度和效率已远远不能满足企业需求，这也为检测设备提出了更高的挑战。
（3） 抽检风险大
   LED灯的光色电特性往往存在着较大的个体差异，即使是同一批次生产的产品也不尽相同。在抽样检测中仅仅是对一小部分的产品进行了测试，根本不能代表大多数产品的情况，同样这将导致一些质量不合格的产品流向市场，会对企业形象和信誉造成影响。

   面对着传统质量控制的种种问题，整个LED行业对检测设备，特别是在线检测设备提出了急迫的需求。

四、高效老化与新型在线检测技术
   此前，针对LED照明产品的早期失效问题远方公司进行了多年的研究，综合分析了多种因素在LED失效过程中的影响，并对失效检测技术进行了深入的研究，研究表明传统老化环节正是因为考虑因素不全使得很多早期失效隐患并不能及时发现，其中特别是由瞬间电压（电流）冲击等造成的产品早期失效。在全面考虑LED产品早期失效因素的基础上，本文结合产业需求提出一种高校老化与在线高精度快速全检相结合的解决方案^[4]，如图3所示。其主要特点为：
1. 高效老化技术
   研究发现，LED的早期失效可能因为多种因素导致^[3]，包括高温、高低压、开关、市电漫游以及瞬间较大能量的电压或电流冲击或跌落冲击等。因此，在老化环节中实现对LED将来可能面临的各种环境的模拟实现对LED产品的早期失效十分关键。
      
   在已有老化技术的基础上，本文中提出了高效老化方案，即除了具备常规老化功能外，还增加了电压（电流）冲击和跌落冲击试验，实践证明，高效老化技术不仅可以及时有效的发现产品的早期失效，而且不损害合格产品，同时还可以起到节约老化时间、节约场地以及降低成本的目的。系统采用分段式应力测试技术，在生产线上分段式布置导电导轨以施加不同的应力，实现生产线上各种老化和测试功能的分段实现，并具有结构紧凑、老化测试一步完成的特点。

2.100%高精度在线检测
   产品老化结束后无需上下灯，被测灯处于稳定状态后便可直接进入测试环节，并利用先进的光、色、电快速分析手段，准确测量分析产品性能参数，实现LED灯100%高精度在线检测。该技术方案节约了传统方式中上下灯以及预热的时间，大大提高了效率，并且100%光色电参数检测避免了抽检的风险，对老化过程中出现的变暗及颜色漂移情况也可有效识别。

3.自动化实现、高效率
   自动化是该系统的又一优势。整个老化和测试过程采用自动化时序控制技术，节约了大量的人力成本，并极大的提高了工作效率，测试速度可达1200只/小时(机械手自动上下灯可达1800只/小时)，这是在传统技术上的一个重大突破。此外，该系统在对产品进行光色电检验后，可以自动识别和提出不合格产品，并根据预设条件对合格产品进行分级、打码包装。 4. 后端控制对前期成本控制的保护
   通常，为了保证产品的品质，厂家会从前端的选材、工艺以及封装技术等各方面严格要求和控制以获得优越的初始性能，然而，LED产品由于其自身的固有特性，在后期使用过程中，光通量、光效等参数会因为各种不确定因素（如温度、压力、电磁干扰等）而发生降低，颜色也可能发生漂移，即其质量变化具有不可控性，因此，成本投入与质量产出往往不成正比。

   与前端高度严格控制不同，本文中从产品后端控制入手，通过对产品实现100%高精度在线测试，对测试结果进行分析作出产品合格判定和自动分级，不仅可以保证在前期成本控制下所得合格产品的质量，而且可以使得各档次的产品物尽其用，并且每个产品流通到市场后都可以获得追溯和管理，全面提升产品的竞争力。

五、结论
   在成本控制的基础上保证产品质量不仅是产品也是企业的综合竞争力体现。结合业界需求，本文从后端产品质量检测这一关键环节出发，提出智能在线检测技术方案，该技术采用先进的科学设计，可实现产品的高效老化和高精度全检，并作出合格判定、自动分级，切实把好产品质量的最重要关口，并采用机械化取代人工操作的模式，不仅大幅度降低产品质检成本，而且通过逆向控制方式对于前期的成本降低起到了积极作用。
 
参考文献
【1】费翔，前可多，罗毅. 大功率LED结温测量及发光特性研究.光电子激光,2008,19:289-293
【2】殷录桥，李清华，张建华.提供大功率LED散热和出光封装材料的研究. 半导体技术，2008,33:281-285
【3】斯芳虎. LED灯失效的几种常见原因分析. 电子质量，2007,09:13-14
【4】郭志军，曹晓彬，舒诗灿. 高效老化及在线检测技术在LED整灯生产中的应用.2014