InCircuit-Tester für Chip-on-Board LED-Module
Ausgangssituation und Aufgabenstellung
Die Entwicklung im Bereich der LED-Technologie schreitet stetig voran. Während LEDs in der Vergangenheit überwiegend als Indikatorbeleuchtung eingesetzt wurden, steht ihnen heute der gesamte Bereich der Beleuchtungstechnik offen. Zudem setzen immer mehr Automobilhersteller auf LED-Technologie. Die stark gestiegenen Qualitätsanforderungen und der Wunsch nach lückenloser Rückverfolgbarkeit der Komponenten erfordern automatisierte Tests der LED-Komponenten. Die rasant steigende Nachfrage macht eine verstärkte Produktionsautomatisierung erforderlich.
Der InCircuit-Tester wurde speziell für die Chip-on-Board Technologie entwickelt. In einem dreistufigen Test werden die SMD-Bestückung, die Bonddrähte, die ESD-Schutzdioden und die LEDs getestet. Durch parallele Tests wird eine geringe Verarbeitungszeit erreicht. Die ermittelten Daten werden direkt aufgearbeitet und in einer Datenbank abgespeichert.
Umsetzung und Herausforderung
Damit ein flexibler, skalierbarer Tester für den quasi mobilen Einsatz in der Produktion realisiert werden konnte, entstand ein modulares System aus 3 Hauptkomponenten:
Um kurze Zykluszeiten zu erreichen, ist eine hohe Parallelverarbeitung erforderlich, damit die Ströme aller LED-Module in einem Nutzen gleichzeitig gemessen werden können. Um die Betriebsbedingungen der LED-Module nicht zu verfälschen, mussten wegen der teilweise hohen Ströme geringe Übergangswiderstände realisiert sowie kurze Verbindungsleitungen gelegt werden. Daher ist die Messtechnik nahe am Adapter angeordnet und die Signalkonditionierung wird im Adapter, nahe am Prüfling vorgenommen.
Alle Komponenten sind für hohe Stückzahlen ausgelegt und teilweise bewusst überdimensioniert, weil fehlerhafte LED-Module die Lebensdauer von Komponenten des Testsystems nicht reduzieren dürfen.
Die Entwicklung im Bereich der LED-Technologie schreitet stetig voran. Während LEDs in der Vergangenheit überwiegend als Indikatorbeleuchtung eingesetzt wurden, steht ihnen heute der gesamte Bereich der Beleuchtungstechnik offen. Zudem setzen immer mehr Automobilhersteller auf LED-Technologie. Die stark gestiegenen Qualitätsanforderungen und der Wunsch nach lückenloser Rückverfolgbarkeit der Komponenten erfordern automatisierte Tests der LED-Komponenten. Die rasant steigende Nachfrage macht eine verstärkte Produktionsautomatisierung erforderlich.
Der InCircuit-Tester wurde speziell für die Chip-on-Board Technologie entwickelt. In einem dreistufigen Test werden die SMD-Bestückung, die Bonddrähte, die ESD-Schutzdioden und die LEDs getestet. Durch parallele Tests wird eine geringe Verarbeitungszeit erreicht. Die ermittelten Daten werden direkt aufgearbeitet und in einer Datenbank abgespeichert.
Umsetzung und Herausforderung
Damit ein flexibler, skalierbarer Tester für den quasi mobilen Einsatz in der Produktion realisiert werden konnte, entstand ein modulares System aus 3 Hauptkomponenten:
- 1. Das Mini-19“Rack auf Rollen mit IPC, PCI ExpressMXI und Spannungsversorgung. Hieran angeschlossen wird ein PXI-1033-Chassis, mit PXI 6255, PXI 6513 sowie PXI 2532.
- 2. Das Chassis , das als Adapter-Switch-Mess-System in einem Anbaugehäuse integriert ist. Über einen Verteiler werden nahezu alle Signale des Testsystems bereitgestellt. Die Schnittstelle ist kostengünstig, robust und wartungsfreundlich mit VG-Leisten und „Opfersteckern“ ausgerüstet, so dass das „Andocken“ des Prüflingsadapters einfach und mit wenigen Handgriffen erfolgen kann.
- 3. Der prüflingsspezifische Adapter : Er enthält eine prüflingsabhängige Signalkonditionierung mit Shunts, Relais und einer Signalverteilung. Durch eine präzise Oberkontaktierung können bis zu 100 Nadeln gleichzeitig den Nutzen mit maximal 32 LED-Modulen kontaktieren. Darüber hinaus stehen PXI-Steckplätze und VG-Leisten zur Verfügung. Jeder Adapter verfügt über eine Kodierung, durch die automatisch die zugehörige Testsequenz geladen werden kann.
Um kurze Zykluszeiten zu erreichen, ist eine hohe Parallelverarbeitung erforderlich, damit die Ströme aller LED-Module in einem Nutzen gleichzeitig gemessen werden können. Um die Betriebsbedingungen der LED-Module nicht zu verfälschen, mussten wegen der teilweise hohen Ströme geringe Übergangswiderstände realisiert sowie kurze Verbindungsleitungen gelegt werden. Daher ist die Messtechnik nahe am Adapter angeordnet und die Signalkonditionierung wird im Adapter, nahe am Prüfling vorgenommen.
Alle Komponenten sind für hohe Stückzahlen ausgelegt und teilweise bewusst überdimensioniert, weil fehlerhafte LED-Module die Lebensdauer von Komponenten des Testsystems nicht reduzieren dürfen.
Mittels LabVIEW basiertem NOFFZ Sequenzer wurde eine Anwendung erstellt, die über eine anwenderfreundlicher Oberfläche auf einem Touchpanel schnell und intuitiv zu bedienen ist. Es werden Testnummern, Fertigungs-Auftragsnummern und Seriennummern zugewiesen sowie verschiedene Berechtigungen zur Parametrisierung und Einstellung vergeben.
Bei der Testdurchführung wird zunächst der Adapter eingelegt (automatische Adapter-Erkennung). Anschließend erfolgt die Eingabe der Personal Nr. sowie der Auftrags- und Seriennummer. Über eine kurze Vollansteuerung wird die Stromaufnahme ermittelt. Die automatische Erkennung und Abschaltung defekter Module dient der Messgenauigkeit. Anschließend erfolgt die Messung der Eingangsströme sowie das Glimmen der LEDs. Zum Schluss geschieht ein Export der Messdaten im CSV- und QS-Stat-Format für eine Weiterverarbeitung in der statistischen Auswertung.
Der Test wird direkt nach dem Drahtbondprozess durchgeführt. In einer ersten Stufe wird die SMD-Bestückung einschließlich der Stromquellen getestet. In der zweiten Stufe werden die Polarität der Dioden, die Bonddrähte und die korrekte Funktion der ESD-Schutzdiode getestet. In der letzten Stufe werden die LEDs auf ESD-Schäden geprüft. Der gesamte automatische Testdurchlauf findet in weniger als drei Sekunden statt.
Fazit und Ausblick
Das Testsystem basiert auf einem Software- und Hardware-Framework. Eine Erweiterung für weitere LED Produkte kann mit geringen Änderungen erfolgen. Im Adapter ist eine USB Schnittstelle vorgesehen, so dass bei Verwendung eines Barcodescanners die Messwerte einer Seriennummer zugeordnet werden können, um die Rückverfolgbarkeit zu automatisieren.
Der Weißprozess ist bei der Herstellung von LEDs für Beleuchtungszwecke ein wichtiger Bestandteil und muss ständig kontrolliert werden, damit die engen Toleranzen der Farbortkoordinaten weißen Lichts eingehalten werden. Die genaue Messung des Farbortes muss zeitnah geschehen, um den Prozess innerhalb der Toleranzen anpassen zu können. Die Anforderungen an die Messtechnik sind dabei sehr hoch, so dass man an die Grenzen der Photometrie stößt. Ein Projekt, die Messtechnik für automatische, optische Auswertung zu modifizieren, ist in Planung.
In der Warenausgangskontrolle werden immer mehr solcher optischen Messsysteme zum Einsatz kommen, da die erreichten Intensitäten der LEDs für eine visuelle Inspektion durch einen Operator bereits zu hoch sind (Blendungsgefahr).
Bei der Testdurchführung wird zunächst der Adapter eingelegt (automatische Adapter-Erkennung). Anschließend erfolgt die Eingabe der Personal Nr. sowie der Auftrags- und Seriennummer. Über eine kurze Vollansteuerung wird die Stromaufnahme ermittelt. Die automatische Erkennung und Abschaltung defekter Module dient der Messgenauigkeit. Anschließend erfolgt die Messung der Eingangsströme sowie das Glimmen der LEDs. Zum Schluss geschieht ein Export der Messdaten im CSV- und QS-Stat-Format für eine Weiterverarbeitung in der statistischen Auswertung.
Der Test wird direkt nach dem Drahtbondprozess durchgeführt. In einer ersten Stufe wird die SMD-Bestückung einschließlich der Stromquellen getestet. In der zweiten Stufe werden die Polarität der Dioden, die Bonddrähte und die korrekte Funktion der ESD-Schutzdiode getestet. In der letzten Stufe werden die LEDs auf ESD-Schäden geprüft. Der gesamte automatische Testdurchlauf findet in weniger als drei Sekunden statt.
Fazit und Ausblick
Das Testsystem basiert auf einem Software- und Hardware-Framework. Eine Erweiterung für weitere LED Produkte kann mit geringen Änderungen erfolgen. Im Adapter ist eine USB Schnittstelle vorgesehen, so dass bei Verwendung eines Barcodescanners die Messwerte einer Seriennummer zugeordnet werden können, um die Rückverfolgbarkeit zu automatisieren.
Der Weißprozess ist bei der Herstellung von LEDs für Beleuchtungszwecke ein wichtiger Bestandteil und muss ständig kontrolliert werden, damit die engen Toleranzen der Farbortkoordinaten weißen Lichts eingehalten werden. Die genaue Messung des Farbortes muss zeitnah geschehen, um den Prozess innerhalb der Toleranzen anpassen zu können. Die Anforderungen an die Messtechnik sind dabei sehr hoch, so dass man an die Grenzen der Photometrie stößt. Ein Projekt, die Messtechnik für automatische, optische Auswertung zu modifizieren, ist in Planung.
In der Warenausgangskontrolle werden immer mehr solcher optischen Messsysteme zum Einsatz kommen, da die erreichten Intensitäten der LEDs für eine visuelle Inspektion durch einen Operator bereits zu hoch sind (Blendungsgefahr).