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LED-BIN-Codes automatisiert verwalten

Autor / Redakteur: Oumayma Grad * / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Bei der Bestückung von LEDs müssen für eine gleichmäßige Leuchtkraft des Endprodukts die BIN-Codes berücksichtigt werden. Bestück­programme helfen, die Produktivität der Montage zu steigern.

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Bild 1: Die Wahl niedrigerer Widerstandswerte für LEDs mit geringerer Leuchtkraft und höherer Werte für Teile mit höherer Leuchtkraft kann die Lichtleistung aller Teile ausgleichen.
Bild 1: Die Wahl niedrigerer Widerstandswerte für LEDs mit geringerer Leuchtkraft und höherer Werte für Teile mit höherer Leuchtkraft kann die Lichtleistung aller Teile ausgleichen.
(Bild: Yamaha)

Die LED-Beleuchtung erfordert Knowhow im Bereich des Elektronikdesigns und entsprechende Produktionsmöglichkeiten: LED-Boards unterscheiden sich von herkömmlichen Leiterplatten, sind oft größer – und meistens länger – und erfordern daher überarbeitete Leiterplattentransport- und Indexierungssysteme für den Schablonendruck, Pick-and-Place-Prozesse sowie verschiedene Ausführungen von Saugdüsen zur optimierten Vakuumaufnahme der unterschiedlichen LEDs aus Gurtfeedern oder Trays.

Die Verwaltung der BIN (Brightness Indicator Number) von LEDs in der Produktionslinie bleibt das wahrscheinlich schwierigste Thema für die Hersteller. Die Platzierung einer LED mit falscher BIN an einer ungeeigneten Position kann zu einer Diskrepanz in der Gesamtlichtwirkung führen, die für den Endverbraucher sofort erkennbar ist. Normalerweise werden Teile – wie LEDs – auf Gurt­rollen geliefert. Dabei unterscheiden sich die BINs von Rolle zu Rolle; der BIN-Code ist auf dem Rollenetikett angegeben.

Bei der Bestellung ist es nicht möglich, Bauteile eines bestimmten BIN-Codes zu spezifizieren, nur um sicherzustellen, dass alle LEDs in der Produktionslinie eng aufeinander abgestimmt sind: Die dafür notwendigen Bauteil-Selektionsprozesse sind extrem teuer und viele Lieferanten bieten die Option nicht an. Infolgedessen werden Leuchtenhersteller einen Lagerbestand führen, der mehrere Rollen einer bestimmten LED-Artikelnummer enthält, wobei diese Teile zwei oder mehr verschiedene BINs aufweisen können.

Herausforderungen bei der BIN-Code-Verwaltung

Es gibt mehrere Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, um sicherzustellen, dass alle Beleuchtungsprodukte letztendlich eine akzeptable Leistung bringen. „Homogene Platzierung“ bezieht sich auf die Bestückung einer bestimmten Charge von Platinen mit nur LEDs von einer einzigen Rolle. Dies gewährleistet eine gleichbleibende Leuchtkraft über die gesamte lichtemittierende Fläche der Lampe. Das Mischen von LEDs von verschiedenen Rollen auf demselben Board kann zu unvorhersehbaren Ergebnissen führen. Deswegen ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Rolle genügend LEDs enthält, um eine geeignete Anzahl von Boards zu bauen und die Produktion zu stoppen, wenn nicht genügend LEDs übrig sind, um das nächste Board komplett zu bestücken.

Alternativ kann der Designer die Helligkeitsunterschiede korrigieren, indem er einen geeigneten Widerstandswert in Reihe schaltet, um den LED-Strom zu regeln. Die Wahl niedrigerer Widerstandswerte für LEDs mit geringerer Leuchtkraft und höherer Werte für Teile mit höherer Leuchtkraft (Bild 1) kann die Lichtleistung aller Teile ausgleichen. In diesem Fall sind für eine bestimmte BIN die LED und der berechnete Strombegrenzungswiderstand als Set zu betrachten. Wenn eine neue Rolle aufgerüstet wird, die LEDs mit einer anderen BIN enthält, muss die Maschine die neue BIN erkennen und die Feederposition identifizieren, die den richtigen zugehörigen Widerstandswert enthält.

Ein weiterer Ansatz besteht darin, Kombinationen von LEDs mit verschiedenen BINs paarweise oder in kleinen Gruppen zu erstellen, um sicherzustellen, dass alle Gruppen die gleiche Gesamthelligkeit aufweisen (Bild 2). Dies ermöglicht die Verwendung eines einzigen Widerstandswertes für jede LED bei gleichzeitiger Sicherstellung einer gleichmäßigen Lichtqualität innerhalb jeder Lampe und von Gerät zu Gerät.

Obwohl jede dieser Strategien effektiv sein kann, gibt es eine Komplikation: Die Anzahl der verfügbaren Rollen mit LEDs einer bestimmten BIN kann sich im Laufe der Zeit ändern, da der Fabrikbestand verbraucht und wieder ergänzt wird und nicht prognostiziert werden kann. Daher kann sich das Programm bei „homogener Platzierung“ nicht darauf verlassen, dass eine weitere Rolle der gleichen BIN verfügbar ist, wenn die aktuelle Rolle verbraucht ist. Andererseits müssen widerstandskorrigierte oder kombinierte Ansätze eine große Anzahl alternativer Bauteilpaarungen berücksichtigen, um jede Situation abzudecken, in der LEDs mit einer oder mehreren BINs zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht verfügbar sind.

Bild 2: Die BIN-Kompensation durch Verwendung von LED-Kombinationen sorgt für eine konsistente Beleuchtung und Gleichmäßigkeit von Gerät zu Gerät.
Bild 2: Die BIN-Kompensation durch Verwendung von LED-Kombinationen sorgt für eine konsistente Beleuchtung und Gleichmäßigkeit von Gerät zu Gerät.
(Bild: Yamaha)

Softwaretools gleichen BINs in der Produktion aus

In der Phase des Produktdesigns helfen Softwaretools den Entwicklern, die verschiedenen Kombinationen von LED-BINs und Widerständen zu berechnen, die für eine gleichbleibende Leuchtkraft erforderlich sind. Da einer einzelnen LED-Bauteilnummer bis zu 250 oder mehr BINs zugeordnet sein können, kann eine große Anzahl alternativer Dateien erforderlich werden, um jede mögliche Kombination abzudecken. Die Verwaltung dieser Dateien wird zu einer großen Herausforderung, wenn es darum geht, Programme für Bestückungsmaschinen in der SMT-Linie zu erstellen und die Produktion kontinuierlich fortzusetzen, wenn die Bauteilrollen aufgebraucht und wieder ergänzt worden sind.

Um Programme vor der Produktion vorzubereiten, muss der Programmierer den verfügbaren Bestand kennen. Darüber hinaus ist es in der Produktion wünschenswert, den BIN-Verwaltungsprozess so weit wie möglich zu automatisieren, um die Möglichkeiten für Bedienfehler zu minimieren, die zu Fehlanpassungen von Bauteilen und damit zu schlechter Qualität oder gar ausgefallenen Baugruppen am Ende der Linie führen können.

Bild 3: Der Editor für BIN-Tabellen erhöht die Flexibilität bei der Handhabung von sich unvorhersehbar ändernden Beständen.
Bild 3: Der Editor für BIN-Tabellen erhöht die Flexibilität bei der Handhabung von sich unvorhersehbar ändernden Beständen.
(Bild: Yamaha)

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, enthält die automatisierte BIN-Code-Managementsoftware von Yamaha einen BIN-Tabelleneditor (Bild 3). Mit diesem Tool kann ein Techniker ohne zeitaufwändige und fehleranfällige manuelle Dateneingabe die in den Leiterplattendaten enthaltenen Musternamen importieren. Die BIN-Code-​Managementsoftware erkennt die Bauteilnummern an den Feederstationen und wählt automatisch die entsprechenden Zielteile aus, um die BIN-Tabelle zu generieren. Darüber hinaus ermöglicht die Software die Flexibilität, BIN-Spezifikationen auf das Leiterplattenprogramm oder auf eine weitere Bestückungsmaschine in der SMT-Linie anzuwenden. Es ist daher möglich, LEDs und die zugehörigen Widerstände gemäß einem Produktionsplan zu bestücken oder die BIN-Tabelle als einzige Referenz zu verwenden, um die BINs, die jede Maschine verwenden muss, direkt anzugeben.

Im ersten Modus, dem „Planmodus“, wird je nach Produktionslos die automatisch generierte BIN-Tabelle mit den Leiterplattendaten verknüpft. Der Bediener kann dann die Produktion steuern, indem er einfach den Losnamen auswählt, ohne die BIN-Spezifikationen einsehen zu müssen. Der zweite Modus, der „Maschinenmodus“, ermöglicht die direkte Auswahl von BINs und bietet die Flexibilität, BINs bei Bedarf zu ändern, während ein Produktionslos läuft. In jedem Fall überwacht die Software die Produktion, ermöglicht den Nachschub durch Rollenwechsel oder Spleißen und ist in der Lage, Fehler zu erkennen, wie das Einsetzen einer falschen BIN, die nicht den aktuellen Programmanforderungen entspricht.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 6/2020 (Download PDF)

* Oumayma Grad ist Marketing Communication Manager SMT & FA Sections bei Yamaha Motor Europe, Geschäftsbereich IM, in Neuss

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