COB LED加熱高壓測試機的研制

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COB發(fā)亮時，溫度就會快速上升。正常工作時，溫度高達80℃以上，而且芯片在固晶和焊線過程中可能出現(xiàn)某個芯片不良，導致整個COB出現(xiàn)漏電、發(fā)光不良、甚至死燈等現(xiàn)象，因此有必要針對這些情況進行針對性測試。

目前大多數(shù)的COB測試機只是在常溫條件下對COB進行快速測試，由于溫度沒有來得及升到工作溫度，很多問題無法通過測試檢測出來，例如芯片焊線出現(xiàn)不良時，隨著溫度上升，金線可能由于溫度變形而出現(xiàn)虛焊，導致某個芯片不良或者整個COB死燈，像這種虛焊情況在常溫測試中是無法發(fā)現(xiàn)的。因此，為了模擬COB正常工作時的環(huán)境溫度，需要把COB放置在加熱面進行加熱，當COB接近工作溫度時再進行相關(guān)的耐高壓、微點亮缺陷檢測以及積分球等測試。

因此，有必要設計研制出一種新的測試裝置“COB加熱高壓測試機”，實現(xiàn)對COB真正可靠、高效率的測試。為了方便說明，將“COB加熱高壓測試機”簡稱為“COB熱測機”。

1 COB熱測機工藝研究

為了提高COB器件測試準確性，廠家一般先把要測試的COB器件擺放在加熱的金屬盤中，待溫度達到設定溫度時再進行人工測試。COB熱測機考慮到多功能集成、自動化程度高等特點，采用CCD圖像自動上料方式，通過轉(zhuǎn)盤機構(gòu)使得COB器件完成高壓測試、積分球測試和微電流缺陷識別等工藝。COB熱測機的工藝流程如圖1所示。

圖1 COB熱測機的工藝流程

2 COB熱測機研制方案

根據(jù)COB熱測機的工作流程，機械系統(tǒng)設計方面，采用CCD圖像自動上料，把已分板成單顆的COB器件放在料盤內(nèi)，圖像識別正負極性和位置坐標，吸取COB器件放到轉(zhuǎn)盤上。配合轉(zhuǎn)盤機構(gòu)對COB器件分別進行耐高壓測試、積分球光電色測試、微點亮芯片缺陷識別和料管包裝的機械結(jié)構(gòu)設計[1]。溫度系統(tǒng)設計方面，為了保證在整個測試過程中，溫度盡量穩(wěn)定，在上料位置設計先使COB預熱，轉(zhuǎn)盤機構(gòu)和高壓機構(gòu)都設計了加熱模組，系統(tǒng)采用發(fā)熱管加熱、熱電阻測溫、PID溫控器測溫控溫。控制系統(tǒng)設計方面，COB熱測機擬應用多機構(gòu)聯(lián)動控制技術(shù)，采用PLC作為控制器并結(jié)合人機界面，這樣控制簡單、操作方便。光電色測試系統(tǒng)設計方面，通過積分球?qū)OB器件的光進行采集，光譜儀計算相關(guān)的光色參數(shù)，電參數(shù)由電源讀取[2]。微點亮芯片缺陷系統(tǒng)采用CCD圖像識別芯片，把有缺陷的COB器件識別出來。

2.1 機械結(jié)構(gòu)設計

COB熱測機如圖2所示，包括上料部分、對齊部分、耐高壓測試部分、微點亮測試、加熱測試部分和包裝部分。上料部分包括上料機械手、機械手移動裝置、上料吸盤和上料平臺等。為了保證COB器件一直在加熱狀態(tài)，上料平臺設計加熱裝置，使得COB待上料時，具有預熱功能。測試部分包括高壓測試裝置、加熱測試座、傳送裝置，傳送裝置用于傳送加熱測試座，為了提高效率，高壓測試裝置采用雙位探針座。

圖2 COB熱測機結(jié)構(gòu)圖

COB熱測機的工作原理是將COB器件放在上料平臺上，上料機構(gòu)通過CCD圖像自動識別COB器件的正負極，實現(xiàn)自動抓取上料，放至轉(zhuǎn)盤上。經(jīng)過對齊動作后，移至高壓測試機構(gòu)，高壓測試完成后，通過轉(zhuǎn)盤依次經(jīng)過微點亮識別、加熱光電色參數(shù)測試。根據(jù)微點亮和測試結(jié)果，如果結(jié)果是NG的，通過分選機構(gòu)把COB器件分選到NG擋位里；如果結(jié)果是OK的，則把COB器件分選到對應的BIN號料管，進行料管包裝。當料管滿料時，COB熱測機會自動提示料管號和自動打印對應的標簽信息。

2.2 電氣控制系統(tǒng)設計

COB熱測機控制系統(tǒng)采用PLC（Programmable Logic Controller）控制器作為主控，與其他系統(tǒng)包括PC機、CCD圖像系統(tǒng)、高壓儀、溫控系統(tǒng)、伺服控制馬達、步進驅(qū)動器與測試儀系統(tǒng)進行控制[3]。應用多機構(gòu)聯(lián)動控制技術(shù)，采用PLC作為控制器并結(jié)合人機界面，構(gòu)建傳輸周期短、反應速度快的實時控制系統(tǒng)。COB熱測機控制系統(tǒng)的多任務基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

COB熱測機的PLC控制上料CCD圖像，實現(xiàn)自動拾取COB器件，放到轉(zhuǎn)盤工位上；控制轉(zhuǎn)盤的伺服機構(gòu)，每次旋轉(zhuǎn)一個工位，待到位停止后，PLC觸發(fā)每個工位的功能操作，待每個工位處理完成后，處理數(shù)據(jù)和判斷，再進行上料，循環(huán)運行。

2.3 光電色測試系統(tǒng)設計

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

圖3 COB熱測機控制系統(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，待測試的COB器件處于積分球下方，采用2p立體角光通量測量方法。在積分球探測端口位置，安裝一個有4個擋位的衰減器，衰減擋位分別是衰減到1%、衰減到15%、衰減到30%和無衰減。通過使用合適的衰減擋位可測量大光通量的COB器件。積分球測試結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 積分球測試結(jié)構(gòu)圖

COB熱測機光色測試系統(tǒng)采用了光譜校準的鹵鎢燈作為標準燈，用于補償被測COB器件與標準燈對測量結(jié)果帶來的影響。在電測量方面，采用高電壓高精度測試儀，能滿足測試精度要求。

2.4 加熱、高壓系統(tǒng)及其他設計

（1）加熱系統(tǒng)設計分為兩部分，一是預熱模塊，在上料環(huán)節(jié)平臺加熱；二是在轉(zhuǎn)盤和耐高壓測試工位都有加熱模塊，能夠保證在整個測試過程中，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，溫度設置和PID調(diào)整參數(shù)等在觸摸屏設置即可。使用證明控溫效果好，設置值85℃，實測值84℃，完全滿足性能要求。效果如圖6所示。

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

圖5 加熱、高壓模塊結(jié)構(gòu)圖

圖6 溫控使用效果

（3）微電流測試設計，通過與微小電流點亮COB器件，CCD圖像系統(tǒng)拍照判別芯片不良[8]。PLC觸發(fā)微點亮CCD系統(tǒng)，CCD系統(tǒng)把識別結(jié)果反饋回PLC。

（4）二維碼識別系統(tǒng)設計，二維碼刻印在COB器件底部，在上料拾取COB器件時，移至二維碼掃碼位置識別即可。識別器采用基恩士的SR-1000條碼讀取器，具有自動對焦功能，識別速度快、準確率高。

表1 COB熱測機測試數(shù)據(jù)與樣品管數(shù)據(jù)對比

（5）包裝系統(tǒng)設計采用料管收料方式，收料機構(gòu)從轉(zhuǎn)盤拾取COB器件，根據(jù)測試結(jié)果，把COB移至對應的料管處，通過步進電機驅(qū)動，把COB推入料管里。

COB熱測機還具有滿BIN打印功能、測試齊納管功能。

3 實驗效果

選取3顆標準樣品管進行測試，經(jīng)COB熱測機（設定溫度85℃）測試后，測試的數(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器件的光電色測試數(shù)據(jù)偏差都在規(guī)定范圍內(nèi)，滿足生產(chǎn)工藝要求。

4 結(jié)束語

本文研制的COB熱測機通過加熱工藝，更接近產(chǎn)品實際使用環(huán)境（通常使用環(huán)境溫度為85℃），測試的數(shù)據(jù)更加準確、可靠。COB熱測機自動化程度高，具有自動上料、二維碼識別、測試分光、耐高壓測試、芯片缺陷測試、貼標簽等功能，運行速度快、可靠性好。COB熱測機完全滿足客戶生產(chǎn)需求，通過調(diào)整探針和對齊機構(gòu)，可快速換產(chǎn)。本設備已經(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）測試。