Baugruppentest kompakt: LED-Baugruppen reproduzierbar und vollautomatisch testen

| Autor / Redakteur: Ronald Block * / Hendrik Härter

Testverfahren parallelisieren: Mit der LaserVision LED bietet Schneider & Koch seit 2015 ein Prüfsystem, mit dem sowohl LED-Leuchtenhersteller als auch Kunden aus dem Automobilbau ihre LED-bestückten Leiterplatten prüfen können.
Testverfahren parallelisieren: Mit der LaserVision LED bietet Schneider & Koch seit 2015 ein Prüfsystem, mit dem sowohl LED-Leuchtenhersteller als auch Kunden aus dem Automobilbau ihre LED-bestückten Leiterplatten prüfen können. (Bild: S&K Prüftechnik)

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Mit LED bestückte Leiterplatten lassen sich mit einer speziellen Maschine inspizieren: Sie kombiniert AOI-, Qualitäts-, Funktions- und Lichtprüfung. Damit wird der Baugruppentest vereinfacht und beschleunigt.

Bis vor einigen Jahren mussten Testingenieure Leuchtdioden teilweise manuell testen. Ein wesentlicher Nachteil: die Reproduzierbarkeit von Testergebnissen als auch die Dokumentationspflicht waren durch diese Testprozesse nicht sichergestellt. Zudem ist die manuelle Prüfung sehr fehleranfällig und insbesondere die Parameter wie Farbtemperatur und Helligkeit konnten nur sehr subjektiv beurteilt werden.

Parallel mussten die Baugruppen immer stichprobenweise in einem zusätzlichen Lichtlabor vermessen werden. Insbesondere der hohe manuelle Anteil am Prüfprozess, wie beispielsweise das Baugruppenhandling und die Einschätzungen eines Prüfexperten mit den daraus resultierenden Entscheidungen bezüglich der optischen Eigenschaften, wiesen erhebliche Nachteile für die Serienfertigung auf.

Die Entwickler bei Schneider & Koch überlegten sich aus den genannten Gründen, wie sich der Testprozess vereinfachen und automatisieren ließ, um schnell zu reproduzierbaren Ergebnissen zu kommen. Dabei half es, den Markt auf unterschiedlichen Messen und mit Hilfe des direkten Kundengesprächs vor Ort zu analysieren. Es stellte sich schnell heraus, dass es einen Bedarf an automatisierten Prüfsystemen dieser Art gibt.

Leuchtenentwickler und Automobil-Hersteller

Zunächst umfasste die Zielgruppe nur Hersteller von Leuchten. Doch auch schnell interessierten sich Hersteller und Lieferanten aus dem Automotive-Umfeld für die Testentwicklungen von Schneider & Koch. Für beide Kundengruppen lagen die Anforderungsschwerpunkte darin, die LED-Baugruppen im Serientakt zu überprüfen. Dafür waren Prüfgeschwindigkeiten notwendig, die bisher nicht möglich waren, da die Prüfungen Messzeiten aufwiesen, die länger waren als die Serientaktung.

Damit die Serientaktung umgesetzt werden konnte, war die Parallelisierung von unterschiedlichen Testverfahren notwendig. Allerdings zog das einen erheblichen Handling-Aufwand nach sich.„Aus diesen Anforderungen heraus wurde Anfang 2015 die LED-Tester-Linie entwickelt und ab Ende 2015 erste Systeme, wie das LaserVision LED. Ein Jahr später wurde das System weiter optimiert und entsprechend der unterschiedlichen Branchen angepasst und weiter in seiner Konfiguration verfeinert. Damit lassen sich jetzt alle Anforderungen im Basisgrundsystem von vornherein abdecken.

In den nachfolgenden Jahren wurde das Testsystem LaserVision LED kontinuierlich weiterentwickelt. In der Vergangenheit wurden die AOI-Prüfung, der Funktionstest und die photometrische Messung getrennt voneinander betrachtet. Das führte zu einem erheblichen Zeitverlust, da jede Baugruppe mindestens zweimal angefasst werden musste. Des Weiteren stiegen die Kosten mit jedem zusätzlichen Prüfungsschritt. Oftmals wurden aber auch Lichtwellenleitersysteme und Sensoriken eingesetzt, die als Ergänzung in den elektrischen Testverfahren wie ICT oder FKT in den Adaptern integriert wurden.

Photometrische Messung für eine breite Zielgruppe

Aber gerade solche Verfahren wurden sehr teuer, wenn eine Vielzahl an LEDs geprüft werden musste. Die Kosten für die LED-Prüfung erreichten daher schnell ein Vielfaches der eigentlichen Adaptionskosten. Da die Messtechnik möglichst dicht an die zu prüfenden LEDs angeordnet werden muss, und idealerweise nicht über Schnittstellen geführt werden sollte, würden diese Kosten daher in jedem eingesetzten Adapter anfallen.

Aktuelle LED-Entwicklungen werden in der Regel in der sogenannten Surface Mount Technology (SMT) verarbeitet. Dabei wird jede LED auf ein definiertes Lot-Pad abgelegt und fixiert. Die Prüfung von SMD-Baugruppen war bei Schneider & Koch nicht unbekannt, da man bereits mit AOI-Systeme testete. Daher lag die Schlussfolgerung nahe, dass die bisherigen Prüfungsprozesse mit denen der LED-Prüfung in einer Maschine kombinieren. Ziel war es, den Prüfungsaufwand zu reduzieren, den Durchsatz zu erhöhen und dabei alle relevanten Prüfparameter reproduzierbar zu erfassen und abzuspeichern. Das bedeutete, dass Baugruppen auf Bestückung, Lötstellen, Kurzschlüsse und Polaritäten geprüft werden sollten, in Kombination mit der Baugruppenfunktion sowie den photometrischen Messungen, um die neue Maschine einer möglichst breiten Zielgruppe anbieten zu können.

Doch die Zielgruppe ist vielfältig. Der Trend zum Einsatz von LED-Technik ist ungebrochen und wird sich weiter fortsetzen. Insbesondere in der Automobilindustrie sowie in der Beleuchtungs- und Displaytechnik sind die Qualitätsanforderungen an LEDs besonders hoch. Wenn in der Beleuchtungsindustrie der Schwerpunkt häufig in der sehr schnellen Serienfertigung liegt, sind es im Automobilbau, insbesondere in Europa, eher die Genauigkeit und die Prüfung der einzelnen LEDs auf einer Platine untereinander. Unterschiedliche Versorgungsspannungen für die Leiterplatten, auch über Wechselspannungen mit 230 V und Gleichspannungen mit 200 V sowie die Prüfung von sogenannten Longboards sind Anforderungen, die ein aktuelles, universelles Testsystem abdecken muss.

Komplette Prüfung der Leiterplatten bis 1500 mm

Das entwickelte System umfasst die AOI-Prüfung, den Funktionstest als auch die Prüfung der LEDs bezüglich der Lichtparameter. Dabei ist die komplette Prüfung der Leiterplatten bis zu einer Länge von bis zu 1500 mm möglich. Somit lässt sich eine 100-prozentige Prüfung im Inline-Prozess erreichen. Das System LaserVision LED kann auch Stand-Alone eingesetzt werden, sowie als Tischsystem für den Prototypen- und Kleinserienbau. Wird es als reines AOI-System verwendet, kann ein noch schnellerer Return-of-Investement erreicht werden. Die LED-Messtechnik kann universell über die gesamte Baugruppengröße genutzt werden und wird nur einmalig im System benötigt. Gleiches gilt für den Adapter für die Kontaktierung im Inline-Prozess.

Für die LED-Tests gibt es zwei unterschiedliche Prüfungsansätze: Im taktzeitoptimierten Ansatz wird die im AOI eingesetzte Kamera zur Prüfung verwendet. Die Prüfung kann allerdings auch über ein integriertes Spektrometer erfolgen. Allerdings ist das Spektrometer grundsätzlich nicht notwendig, da die Kamera häufig ausreichende Ergebnisse liefert. Für genauere Messungen kann das Spektrometer hinzugezogen werden. Da es sich dabei um ein sehr langsames Messsystem handelt, ist es aber für den Großserieneinsatz eher ungeeignet.

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