康 茂

（佛山多譜智能裝備有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

COB LED器件由于芯片數(shù)量多，當(dāng)COB發(fā)亮?xí)r，溫度就會(huì)快速上升。正常工作時(shí)，溫度高達(dá)80℃以上，而且芯片在固晶和焊線(xiàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)某個(gè)芯片不良，導(dǎo)致整個(gè)COB出現(xiàn)漏電、發(fā)光不良、甚至死燈等現(xiàn)象，因此有必要針對(duì)這些情況進(jìn)行針對(duì)性測(cè)試。

目前大多數(shù)的COB測(cè)試機(jī)只是在常溫條件下對(duì)COB進(jìn)行快速測(cè)試，由于溫度沒(méi)有來(lái)得及升到工作溫度，很多問(wèn)題無(wú)法通過(guò)測(cè)試檢測(cè)出來(lái)，例如芯片焊線(xiàn)出現(xiàn)不良時(shí)，隨著溫度上升，金線(xiàn)可能由于溫度變形而出現(xiàn)虛焊，導(dǎo)致某個(gè)芯片不良或者整個(gè)COB死燈，像這種虛焊情況在常溫測(cè)試中是無(wú)法發(fā)現(xiàn)的。因此，為了模擬COB正常工作時(shí)的環(huán)境溫度，需要把COB放置在加熱面進(jìn)行加熱，當(dāng)COB接近工作溫度時(shí)再進(jìn)行相關(guān)的耐高壓、微點(diǎn)亮缺陷檢測(cè)以及積分球等測(cè)試。

因此，有必要設(shè)計(jì)研制出一種新的測(cè)試裝置“COB加熱高壓測(cè)試機(jī)”，實(shí)現(xiàn)對(duì)COB真正可靠、高效率的測(cè)試。為了方便說(shuō)明，將“COB加熱高壓測(cè)試機(jī)”簡(jiǎn)稱(chēng)為“COB熱測(cè)機(jī)”。

1 COB熱測(cè)機(jī)工藝研究

為了提高COB器件測(cè)試準(zhǔn)確性，廠(chǎng)家一般先把要測(cè)試的COB器件擺放在加熱的金屬盤(pán)中，待溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)再進(jìn)行人工測(cè)試。COB熱測(cè)機(jī)考慮到多功能集成、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，采用CCD圖像自動(dòng)上料方式，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)使得COB器件完成高壓測(cè)試、積分球測(cè)試和微電流缺陷識(shí)別等工藝。COB熱測(cè)機(jī)的工藝流程如圖1所示。

圖1 COB熱測(cè)機(jī)的工藝流程

2 COB熱測(cè)機(jī)研制方案

根據(jù)COB熱測(cè)機(jī)的工作流程，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，采用CCD圖像自動(dòng)上料，把已分板成單顆的COB器件放在料盤(pán)內(nèi)，圖像識(shí)別正負(fù)極性和位置坐標(biāo)，吸取COB器件放到轉(zhuǎn)盤(pán)上。配合轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)對(duì)COB器件分別進(jìn)行耐高壓測(cè)試、積分球光電色測(cè)試、微點(diǎn)亮芯片缺陷識(shí)別和料管包裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]。溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，為了保證在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，溫度盡量穩(wěn)定，在上料位置設(shè)計(jì)先使COB預(yù)熱，轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu)和高壓機(jī)構(gòu)都設(shè)計(jì)了加熱模組，系統(tǒng)采用發(fā)熱管加熱、熱電阻測(cè)溫、PID溫控器測(cè)溫控溫?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)方面，COB熱測(cè)機(jī)擬應(yīng)用多機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，采用PLC作為控制器并結(jié)合人機(jī)界面，這樣控制簡(jiǎn)單、操作方便。光電色測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，通過(guò)積分球?qū)OB器件的光進(jìn)行采集，光譜儀計(jì)算相關(guān)的光色參數(shù)，電參數(shù)由電源讀取[2]。微點(diǎn)亮芯片缺陷系統(tǒng)采用CCD圖像識(shí)別芯片，把有缺陷的COB器件識(shí)別出來(lái)。

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

COB熱測(cè)機(jī)如圖2所示，包括上料部分、對(duì)齊部分、耐高壓測(cè)試部分、微點(diǎn)亮測(cè)試、加熱測(cè)試部分和包裝部分。上料部分包括上料機(jī)械手、機(jī)械手移動(dòng)裝置、上料吸盤(pán)和上料平臺(tái)等。為了保證COB器件一直在加熱狀態(tài)，上料平臺(tái)設(shè)計(jì)加熱裝置，使得COB待上料時(shí)，具有預(yù)熱功能。測(cè)試部分包括高壓測(cè)試裝置、加熱測(cè)試座、傳送裝置，傳送裝置用于傳送加熱測(cè)試座，為了提高效率，高壓測(cè)試裝置采用雙位探針座。

圖2 COB熱測(cè)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

COB熱測(cè)機(jī)的工作原理是將COB器件放在上料平臺(tái)上，上料機(jī)構(gòu)通過(guò)CCD圖像自動(dòng)識(shí)別COB器件的正負(fù)極，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取上料，放至轉(zhuǎn)盤(pán)上。經(jīng)過(guò)對(duì)齊動(dòng)作后，移至高壓測(cè)試機(jī)構(gòu)，高壓測(cè)試完成后，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)依次經(jīng)過(guò)微點(diǎn)亮識(shí)別、加熱光電色參數(shù)測(cè)試。根據(jù)微點(diǎn)亮和測(cè)試結(jié)果，如果結(jié)果是NG的，通過(guò)分選機(jī)構(gòu)把COB器件分選到NG擋位里；如果結(jié)果是OK的，則把COB器件分選到對(duì)應(yīng)的BIN號(hào)料管，進(jìn)行料管包裝。當(dāng)料管滿(mǎn)料時(shí)，COB熱測(cè)機(jī)會(huì)自動(dòng)提示料管號(hào)和自動(dòng)打印對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽信息。

2.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

COB熱測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC（Programmable Logic Controller）控制器作為主控，與其他系統(tǒng)包括PC機(jī)、CCD圖像系統(tǒng)、高壓儀、溫控系統(tǒng)、伺服控制馬達(dá)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與測(cè)試儀系統(tǒng)進(jìn)行控制[3]。應(yīng)用多機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，采用PLC作為控制器并結(jié)合人機(jī)界面，構(gòu)建傳輸周期短、反應(yīng)速度快的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。COB熱測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)的多任務(wù)基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

COB熱測(cè)機(jī)的PLC控制上料CCD圖像，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拾取COB器件，放到轉(zhuǎn)盤(pán)工位上；控制轉(zhuǎn)盤(pán)的伺服機(jī)構(gòu)，每次旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位，待到位停止后，PLC觸發(fā)每個(gè)工位的功能操作，待每個(gè)工位處理完成后，處理數(shù)據(jù)和判斷，再進(jìn)行上料，循環(huán)運(yùn)行。

2.3 光電色測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

COB熱測(cè)機(jī)光色電測(cè)量系統(tǒng)[4-6]包括積分球、光譜儀、高精度電源和光色電測(cè)試軟件。

圖3 COB熱測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)圖

COB器件的光通量一般都比較大，該系統(tǒng)采用30 cm的積分球，待測(cè)試的COB器件處于積分球下方，采用2p立體角光通量測(cè)量方法。在積分球探測(cè)端口位置，安裝一個(gè)有4個(gè)擋位的衰減器，衰減擋位分別是衰減到1%、衰減到15%、衰減到30%和無(wú)衰減。通過(guò)使用合適的衰減擋位可測(cè)量大光通量的COB器件。積分球測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 積分球測(cè)試結(jié)構(gòu)圖

COB熱測(cè)機(jī)光色測(cè)試系統(tǒng)采用了光譜校準(zhǔn)的鹵鎢燈作為標(biāo)準(zhǔn)燈，用于補(bǔ)償被測(cè)COB器件與標(biāo)準(zhǔn)燈對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響。在電測(cè)量方面，采用高電壓高精度測(cè)試儀，能滿(mǎn)足測(cè)試精度要求。

2.4 加熱、高壓系統(tǒng)及其他設(shè)計(jì)

（1）加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩部分，一是預(yù)熱模塊，在上料環(huán)節(jié)平臺(tái)加熱；二是在轉(zhuǎn)盤(pán)和耐高壓測(cè)試工位都有加熱模塊，能夠保證在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，溫度盡量穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)如圖5所示。加熱系統(tǒng)控制采用觸摸屏直接與溫控儀表通訊監(jiān)控，溫度設(shè)置和PID調(diào)整參數(shù)等在觸摸屏設(shè)置即可。使用證明控溫效果好，設(shè)置值85℃，實(shí)測(cè)值84℃，完全滿(mǎn)足性能要求。效果如圖6所示。

（2）耐高壓測(cè)試系統(tǒng)是對(duì)COB鋁基板上的絕緣層進(jìn)行耐高壓測(cè)試[7]。為了滿(mǎn)足速度需求，采用雙站測(cè)試。通過(guò)高壓轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，把COB轉(zhuǎn)移到高壓測(cè)試加熱測(cè)試座上進(jìn)行高壓測(cè)試（圖5）。

圖5 加熱、高壓模塊結(jié)構(gòu)圖

圖6 溫控使用效果

（3）微電流測(cè)試設(shè)計(jì)，通過(guò)與微小電流點(diǎn)亮COB器件，CCD圖像系統(tǒng)拍照判別芯片不良[8]。PLC觸發(fā)微點(diǎn)亮CCD系統(tǒng)，CCD系統(tǒng)把識(shí)別結(jié)果反饋回PLC。

（4）二維碼識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)，二維碼刻印在COB器件底部，在上料拾取COB器件時(shí)，移至二維碼掃碼位置識(shí)別即可。識(shí)別器采用基恩士的SR-1000條碼讀取器，具有自動(dòng)對(duì)焦功能，識(shí)別速度快、準(zhǔn)確率高。

表1 COB熱測(cè)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)與樣品管數(shù)據(jù)對(duì)比

（5）包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用料管收料方式，收料機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)盤(pán)拾取COB器件，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，把COB移至對(duì)應(yīng)的料管處，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，把COB推入料管里。

COB熱測(cè)機(jī)還具有滿(mǎn)BIN打印功能、測(cè)試齊納管功能。

3 實(shí)驗(yàn)效果

選取3顆標(biāo)準(zhǔn)樣品管進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)COB熱測(cè)機(jī)（設(shè)定溫度85℃）測(cè)試后，測(cè)試的數(shù)據(jù)與樣品管數(shù)據(jù)比較，得到的結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，3顆COB器件的光電色測(cè)試數(shù)據(jù)偏差都在規(guī)定范圍內(nèi)，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研制的COB熱測(cè)機(jī)通過(guò)加熱工藝，更接近產(chǎn)品實(shí)際使用環(huán)境（通常使用環(huán)境溫度為85℃），測(cè)試的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、可靠。COB熱測(cè)機(jī)自動(dòng)化程度高，具有自動(dòng)上料、二維碼識(shí)別、測(cè)試分光、耐高壓測(cè)試、芯片缺陷測(cè)試、貼標(biāo)簽等功能，運(yùn)行速度快、可靠性好。COB熱測(cè)機(jī)完全滿(mǎn)足客戶(hù)生產(chǎn)需求，通過(guò)調(diào)整探針和對(duì)齊機(jī)構(gòu)，可快速換產(chǎn)。本設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)化，可適用大部分COB器件（器件尺寸：10 mm×10 mm～40 mm×40 mm）測(cè)試。