大功率白光LED封装的非牛顿流体微涂覆过程建模与控制

White LED packaging is the key technology to promote the rapid development of international semiconductor lighting and display, among which, the phosphor coating is the mainstream international technology to realize LED blue and white light conversion. This project concerns with the non-Newtonian flow modeling and control problems of phosphor micro-coating process for high power white Light Emitting Diodes (LED) packaging. By applying the advanced packaging technique, flow mechanics, distributed parameter control systems, finite-element approach, advanced control, vision detecting theory and methods, novel micro-coating principles, modeling and control approaches are established to put forward the phosphor coating technology innovation via the standpoint of non-Newtonian flow principle. First, the distributed parameter systems model and the finite element approximation model will be given; Second, the phosphor coating layer grow modeling and identifying methods are obtained; Third, the controller design, vision detection algorithm and implementation for the coating layer evenness and thickness will be studied; Finally, we'll perform experiments and on-line validations, and apply the related controller design methods and detection algorithms to the real automatic phosphor coating machine, and thus promote the white LED packaging quality of the thermal resistance dispersion, color producing consistency and light efficiency. It will bring on a great innovation on national LED packaging and detection technology.

本项目以大功率白光LED封装过程的关键荧光粉微涂覆难题为对象，从非牛顿流体力学角度，融合先进封装工艺、非牛顿流体建模、分布参数控制系统、有限元方法、先进控制与检测等多学科基础理论和方法，通过系统深入的应用基础理论研究和实验探索，为大功率白光LED封装过程的高速高精度荧光粉微涂覆技术创新提供先进建模与控制理论支撑。重点解决：(1) 非牛顿流体的分布参数系统建模与有限元近似模型；(2) 荧光粉涂层生长的分布参数系统及系统辨识问题；(3) 涂敷面均匀度和厚度的关键控制算法和实现技术；(4) 面均匀度和厚度的关键视觉检测算法与实现技术；(5) 将相关建模、控制与检测方法应用于自主研发的大功率LED蓝白光转换封装设备和实际生产过程，从而有效提高白光LED封装的热阻分散性、色品一致性、出光效率等封装质量，促进我国LED新兴战略产业的技术创新;(6) 发表15篇以上高水平学术论文并申请5件以上发明专利。

本项目以大功率白光LED封装过程的关键荧光粉微涂覆难题为对象，从非牛顿流体力学角度，融合先进封装工艺、非牛顿流体建模、分布参数控制系统、有限元方法、先进控制与检测等多学科基础理论和方法，通过系统深入的应用基础理论研究和实验探索，为大功率白光LED封装过程的高速高精度荧光粉微涂覆技术创新提供了先进建模与控制理论支撑。重点解决了以下问题：(1) 非牛顿流体的分布参数系统建模与有限元近似模型；(2) 荧光粉涂层生长的分布参数系统及系统辨识问题；(3) 涂敷面均匀度和厚度的关键控制算法和实现技术；(4) 面均匀度和厚度的关键视觉检测算法与实现技术；(5) 将相关建模、控制与检测方法应用于自主研发的大功率LED蓝白光转换封装设备和实际生产过程，从而有效提高白光LED封装的热阻分散性、色品一致性、出光效率等封装质量。. 本项目已经将相关理论算法应用到针对大功率LED封装过程的高速高可靠荧光粉涂覆问题，自主研制了基于非牛顿流体建模、检测及反馈涂覆控制思想的系列荧光粉涂覆设备，解决了各种大功率LED封装模组的高速高可靠智能反馈涂覆产业难题。自主研发的全自动晶圆级和芯片级LED封装荧光粉涂覆机已通过应用验证、中试和小批量推广应用，系列智能涂覆机产品于2018年通过了广东省机械质量监督检验站检验和2019年广东省高新技术产品认定，目前已进入设备产业化阶段。. 项目执行期间共申请和授权专利39件（其中授权发明专利15件、公布实审发明专利15件、授权实用新型专利9件、申请PCT2件），发表论文17篇。已超过原项目计划书的研究内容和定量指标。