论半导体LED照明教学实训的开展
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摘要本文这种讨论了在半导体LED高速发展的阶段,学校在教学半导体LED教学实训方面的开展方法。通过与实际生产相结合,接近生产、接近高端,发展自己的特色,提高学校在实训方面的竞争力。
关键词半导体LED;实训
中图分类号G4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)011-0073-01
2000年到现在白色发光二极管(简称白光LED)的出现和快速发展,引起了政府和商家的极大重视,白光LED具有低压、低功耗、高可靠性、长寿命及固体化等优点。其最大的吸引力和期望是作为白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代照明新光源,具有庞大的照明市场和显著的节能效果。政府也在2003年后推出“半导体照明工程”以期大力推动我国LED照明用LED的发展;以厦门为例子,自2004年厦门被科技部正式确定为中国四大光电产业基地之一以来,厦门基地内LED企业已从最初的30余家发展到目前的90多家。
LED照明总体上分为前端芯片生产、封装生产和灯具驱动设计及生产三个部分,随着LED芯片工艺的不断完善,(功率提高,出光效率提高、ESD水平的提高等),为LED照明推广提供了很好的时机,以华联电子、光莆电子、信达光电为例子,在LED照明发展逐步分为三大类型的白光LED运用,传统的子弹头型或半球型(LAMP LED)的白光LED,主要用在户外屏幕、交通信号等;TOP LED生产,该产品在国内包括厦门属于比较新的产品,大部分LED光电企业都有计划或正在上该产品项目,主要用在室内照明,如:LED台灯、LED日光灯、汽车照明,特别是在平板电视的背光照明上的运用是热门的话题;大功率LED目前3瓦可以小批量生产,主要运用在户外照明如:路灯、隧道灯等。
图1Lamp LED 图2TOP LED图3POWER LED
对于白光LED在照明方面的发展,最主要的是白色TOP LED和POWER LED的开发和大批量生产,基于目前情况,在芯片开发上晶元、国联、三安、可瑞等可提供批量生产的芯片,并且也非常重视目前普遍存在的衰减问题、抗静电能力、发光效率等研发工作;封装厂如华联电子、光普电子、信达光电对于TOP LED和POWER LED的项目陆续在上量。
灯具驱动设计上华联电子在2006年开始就进行小批量的生产,特别是在夜景工程和路灯上厦门已经有实际例子,但是考虑到白色LED的材料选型和封装技术以及驱动电源等综合性情况,在白色LED实际运用中还存在散热设计问题(影响到芯片的光效,如:大功率LED的光能量很大一部分转变为热能损耗掉)、驱动电路的设计缺陷导致产品在运用中失效比例比较大,如厦门的夜景工程中很多是由于驱动电源的问题导致灯不亮的现象;
但是在灯具的运用上,各个生产厂还是不断的在投入研发力量,特别是在TOP LED在日光灯等市内照明上已经开始批量的生产投入市场,目前价格太高是阻止它在民用及其他商用、工业用领域快速成长的唯一因素,前期与各个芯片供应商交流过,大功率LED芯片的价格正在以每年30-50%的速度下降,预计再过2-3年,LED照明在民用及其他商用、工业领域的应用会呈现爆炸式成长,整个市场具有超乎想象的巨大潜力。
前端芯片生产、封装生产和灯具驱动设计及生产在厦门已经形成了一个产业链,在目前阶段,特别是封装厂,将TOP LED和POWER LED生产中的工艺质量控制作为重点技术攻关,为大批量生产蓄积经验和提升质量做准备。
对于封装厂照明用的LED大致工艺如下:
装片――键合――荧光胶涂布――封装――测试
在工艺控制中,装片位置、胶高度及芯片完整性的工艺控制;金丝球焊球的推力、球直径,第二焊点与电镀层结合状况,焊线拉力和断点控制;荧光胶沉淀、气泡的工艺控制;封装后TG点的工艺控制和测试电参数程序的选择等等过程工艺控制都与白色LED产品的质量和批量效果紧密相关,特别是在工厂为提高生产效率和产品质量,全部采用自动化设备,期间的工艺质量控制更为重要。
在国家地区大力发展LED半导体照明产业的同时,地方的高校、职专也都积极响应学校号召,大力发展LED半导体照明的相关教学内容,理论基础本身已经有现成的,重点在发展实训基地的建设,将教学更加实际的衔接上工业生产。
学校教学实训如何衔接上LED照明工业批量生产并为照明产业提供人力资源和技术支持;以及如何实现学校在半导体实训的独特的特点并体现特有的竞争力是学校实训基地要做的工作,并且这两件事情相辅相成。通过实训更好更多的培养LED半导体照明产业的产业人才,是实训基地建设的重要目的。
以目前的情况照明实训基地可重点突出半导体LED封装实训,通过紧密与上游的芯片支架等重要原材料供应商和下游灯具制造商配合、技术沟通了解最新动态以及与发展现状。为此提几点策划:
1)教学实训内容规划。根据人员需求和培训情况,以及在工厂工作的现状需要对教学实训内容进行改善,首先为更加贴近自动化工厂的生产实际,需要对学生或实训人员进行――全面质量管理理论、半导体生产工艺流程、工厂管理中各项制程和各类物质控制和LED光电产品规格要求的学习等,由于目前大多数的工厂都采用自动化生产,实训人员在半导体质量控制方法及如何利用统计的工具来分析生产质量的学习上更为重要。通过实训后,人员需要系统的了解工厂生产,并能够掌握有效的控制手段对质量、工艺、设备、生产的各个环节进行系统控制。
2)在设备仪器上的提升。目前大部分学校的教学设备以手工焊线(铝线和金线)机,其他教学设备均为简单配置,实训人员可通过实际操作了解超声铝丝焊接和金丝球焊这两个光电器件生产的重要工艺,由于目前大部分的工厂为规模生产,产生了学校教学的实践和生产之间没有直接的联系,在实训中又由于原材料的数量有限,每个实训人员的实训时间相对比较短,因此建议在生产设备上引进与工厂同样或类似的自动化设备,如自动装片、自动键合,改造教学中的封装工艺方法,特别要引进光学检测设备和仪器。
实训生产先从普通的显示类或LampLED 的入手,尽可能的联系部分低端产品进行加工,解决实训材料的问题,同时将最简单的光电产品生产的流程体现在实训人员面前,更加实际。对于照明用LED,实训基地可引进各种测试仪器,如积分球、热阻测试仪器、高精度电源等,并利用现有的设备,在荧光胶涂布、可靠性的分析、色温的控制、色坐标的控制上深入研究及验证。
另外在引进硬件的同时要更加注重人才的引进,由于半导体照明产业是目前新兴的,学校可适当引进该行业优秀的工程管理人员加强教学的技术力量。
3)加强与企业之间的联系。实训最终的目的就是就是使实训人员能够适应产业发展的需求,学校在实施实训教学方案的时候,需要调研LED半导体照明在当前发展的动向以及产业急需的。
作者简介:
姚飞闪,男,主要从事半导体光电工艺技术管理。
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