Der Sensor liefert bis zu 250Hz laufend neue Temperaturwerte die über den Messkontroller eine exakte Regelspannung über die SMB Leitung zum Laser -Controller bereit stellt.
Der Optris IR-Sensor ist ein Industriemessmittel das höchste Genauigkeit liefert, die Temperaturauflösung erfolgt im Bereich 0-1000C° <= 0.3C°
Die Regelstrecke im Mikrokontroller unterstützt mehrere P - Regler
Der Sensor ist bereits vor konfiguriert und läuft im Burstmodus mit 9600 Baud am Mikrokontroller
besteht aus drei Leitungen 1xUSB Kommunikation 1xOptris-CS 1xLMB-Steuerleitung
Der IR-Laser Comparator ist ein hochpräzises Regelmodul zur Temperaturkontrolle von Laserlötprozessen an Wafer-Bumps und Mikroverbindungen.
Das System kombiniert einen Optris IR-CS Hochleistungssensor mit der speziell entwickelten Comparator BlackBox. Dadurch wird die Temperatur direkt an der Lötstelle gemessen und in Echtzeit geregelt – bei einer Abweichung von weniger als ±0,3 °C.
Die BlackBox generiert ein ultraschnelles 0–10 V Steuersignal (200 Hz) zur Ansteuerung des Lasers. Dadurch lassen sich auch hochdynamische Prozesse zuverlässig stabilisieren. Optional steht eine benutzerfreundliche UI-Steuerung mit grafischer Auswertung und Langzeit-Logging zur Verfügung.
Vorteile auf einen BlickMaximale Präzision: Temperaturstabilität < 0,3 °C direkt am Wafer-Bump.
Schnellste Reaktion: 200 Hz Ausgangssignal, perfekt für dynamische Laserprozesse.
Einfache Integration: Standard 0–10 V Schnittstelle, SMB-Steuerleitung und USB-Anbindung.
Robuste Hardware: Industrietaugliche BlackBox mit Optris IR-CS Sensor.
Transparenz & Kontrolle: Messdaten in Echtzeit, optional mit grafischem UI und Langzeit-Logging.
Prozesssicherheit: Verhindert Überhitzung oder Unterkühlung, sichert reproduzierbare Ergebnisse.
Laserlöten von Wafer Bumps
Temperaturkontrolle bei Mikro-Bonding-Prozessen
Präzise Halbleiterfertigung und Reparaturprozesse
Regelung von IR-Laserprozessen mit hohen Anforderungen an Stabilität
Messsensor: Optris IR-CS
Ausgang: 0–10 V, 100 mA, 200 Hz
Temperaturregelung: < ±0,3 °C Abweichung
Schnittstellen: USB 3 m, SMB-Steuerleitung 3 m
BlackBox: Kompakte, robuste Ausführung für Industrieumgebungen
➡ Mit dem IR-Laser Comparator sichern Sie eine konstante, reproduzierbare Temperaturführung bei sensibelsten Lötprozessen – für höchste Qualität und Prozesssicherheit in der Halbleiterfertigung.
Blackbox Controller läuft auch autark ohne Software kann > 200Hz auf Temperaturschwankungen von 0-1000C° reagieren und mit der Laser-Steuerspannung ein 0-10V Regelsignal erzeugen.
Ein klassisches Szenario zeigt das Messbild das mit einer Rampe den Laser hochfährt, und bei erreichen des Temperatur Zielsollwertes mit der Präzisionsansteuerung beginnt, und die Temperatur sehr genau hält, nach Ablauf der Messszeit (1-600s) kann noch ein Nachlauf hinzugefügt werden in dem man sieht wie das Substrat ohne Energie abkühlt.
Mit einfachen Parametern z.B. auf dem Touchscreen kann das Messverhalten vor dem Start definiert werden. Die Steuersoftware wird mit National Instruments in CVI Realisiert.
Der Ir-Laser Controller hat ein Serial Terminal Menu mit allen Befehlen und kann so leicht Konfiguriert werden.Der Kontroller kann autark über ein RS232 19200 Baud Terminal Kontrolliert und parametrisiert werden.
IR-Komparator – Terminalsteuerung bei 19200 Baud🔌 1. Verbindung herstellen
Um den IR-Komparator über das Terminal zu steuern, benötigst du eine serielle Verbindung via USB. Die Kommunikation erfolgt über ein Terminalprogramm wie:
PuTTY, TeraTerm, CoolTerm, Arduino Serial Monitor
⚙️ Verbindungseinstellungen
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Baudrate | 19200 |
| Datenbits | 8 |
| Parität | Keine |
| Stoppbits | 1 |
| Flusskontrolle | Keine |
| Zeichensatz | ASCII / UTF-8 |
Alle Befehle werden als ASCII-Text über das Terminal gesendet und mit ENTER bestätigt. Die Eingabe erfolgt ohne führende Leerzeichen.
🔧 Betriebssteuerung
| Befehl | Funktion |
|---|---|
RUN=1 | Aktiviert den Reglerbetrieb. Der Komparator beginnt zu arbeiten und regelt aktiv. |
RUN=0 | Stoppt die Regelung. Alle Ausgänge werden deaktiviert. |
Hinweis:
RUN=1ist Voraussetzung für jede aktive Regelung oder Datenübertragung.
📊 Datenübertragung
| Befehl | Funktion |
|---|---|
PLOT=1 | Aktiviert die ASCII-Ausgabe der aktuellen Messwerte im Terminal. |
PLOT=0 | Deaktiviert die Ausgabe. Der Controller arbeitet weiter, sendet aber keine Daten. |
BURST=1 | Aktiviert die binäre Datenübertragung für externe Applikationen (z. B. Logging, Visualisierung). |
BURST=0 | Deaktiviert den Burst-Modus. Ausgabe erfolgt nur im ASCII-Format, wenn PLOT=1. |
Technischer Hinweis: Im Burst-Modus (
BURST=1) werden die Sensordaten in einem kompakten Binärformat gesendet, ideal für Software, die die Daten direkt auswertet. BeiPLOT=0sendet der Controller gar keine Daten, selbst wennBURST=1gesetzt ist — er regelt nur intern weiter.
🌡️ 3. Temperatur- und Regelparameter
| Befehl | Beschreibung |
|---|---|
TMAX=XX | Obere Temperaturgrenze in °C (z. B. TMAX=38) |
TMIN=XX | Untere Temperaturgrenze in °C (z. B. TMIN=22) |
MAXVOLT=XX | Maximale Ausgangsspannung in Volt (z. B. MAXVOLT=10) |
KMAX=XX | Sicherheitsgrenze für K-Typ Sensor (z. B. KMAX=50) |
CTRLOFF=X.X | Offset für die Regelung in °C (z. B. CTRLOFF=2.5) |
RMPTI=XXXX | Rampenzeit in Millisekunden (z. B. RMPTI=5000) |
PCTR=X) Der IR-Komparator bietet mehrere Regelalgorithmen, die je nach Anwendung aktiviert werden können:
| Wert | Reglername | Beschreibung |
|---|---|---|
0 | NoneP | Keine Regelung, lineare Skalierung der Temperatur auf Ausgangsspannung. |
1 | BandScalePI | PI-Regler mit Bandbreitensteuerung und Dämpfung. Ideal für stabile Zielbereiche. |
2 | TrendGuardP | Überwacht den Temperaturtrend und dämpft bei unerwünschten Verläufen. |
3 | TrendScaleP | Skaliert die Ausgangsspannung abhängig von der Änderungsrate der Temperatur. |
4 | BoundDumpP | Dämpft die Regelung bei falschem Trend außerhalb des Zielbereichs. |
PLOT=1textTMAX = 0038 [0 - 1000 C°]
TMIN = 0022 [0 - 999 C°]
PLOT = 0001 [Send data]
RUN = 0001 [Stop Start]
BURST = 0000 [Bin stream]
MAXVOLT = 0010 [Max Voltage]
KMAX = 0050 [Max K-Type]
PCTR = 0002 [P-Control]
RMPTI = 5000 [Ramp time ms]
CTRLOFF = 2.5 [Control Off C°]
IR-TEMP = 36.2 C° [IrSensor]
K-TEMP = 34.7 C° [WireSensor]
Voltage = 2.4 V [Output Volt]
🛠️ 6. Anwendungstipps
Initialisierung: Beginne mit RUN=1, PLOT=1, und PCTR=1 für eine stabile Regelung mit Ausgabe.
Silent Mode: Nutze PLOT=0 für reine Regelung ohne Terminalausgabe.
Applikationsanbindung: Aktiviere BURST=1 für Software, die Binärdaten verarbeitet.
Reglerwechsel: Du kannst live zwischen den P-Reglern wechseln, um das Verhalten zu testen.
Sicherheit: Setze KMAX sinnvoll, um thermische Schäden zu vermeiden.
Diese Anleitung beschreibt die Inbetriebnahme, Bedienung und Analysefunktionen des IR-Laser Comparator-Systems von FlexxVision. Sie richtet sich an Entwickler, Techniker und Anwender im Bereich Laserregelung, Thermoprozesstechnik und optische Messtechnik.
🔌 1. Hardware-SetupKomponenten:
IR-Laser mit PWM-Ansteuerung
Optris CS Sensor (Burstmode-fähig)
Steuerplatine mit USB-Schnittstelle
Spannungsversorgung 12 V DC
Verbindung:
USB-Kabel zum PC anschließen
Sensor auf Substrat ausrichten (idealerweise senkrecht, Abstand je nach Fokus)
Autodetektion:
Die Software erkennt den Controller automatisch beim Start.
Auch nach dem Abziehen und Wiedereinstecken via USB erfolgt ein Callback – der Controller wird ohne Neustart erneut eingebunden.
Hier werden alle Regelparameter über Schieberegler und Eingabefelder gesetzt:
| Parameter | Beschreibung |
|---|---|
TestTime [s] | Dauer des aktiven Lasertests |
RunOffTime [s] | Nachlaufzeit nach Testende zur Beobachtung der Abkühlung |
MaxVoltage [V] | Begrenzung der maximalen Ausgangsspannung zur Diode |
P-Controller | Regelverstärkung (Proportionalanteil) |
P-Controller Offset [°C] | Temperatur-Offset zur Zielregelung |
VoltRampage [ms] | Zeitverzögerung beim Spannungsanstieg |
Zusätzliche Schalter:
ChartSize, Plot, Run: Aktivieren von Diagrammgröße, Live-Plot und Testlauf
Laser On: Statusanzeige der Laseraktivität
Button: Test Start
Funktion: Startet die Regelung mit aktivem Laser.
Auslaufphase: Nach Ablauf der TestTime beginnt automatisch die RunOffTime. → Dies erlaubt die visuelle Analyse der Abkühlung des Substrats im Temperaturplot.
Plots:
Act Temp [°C]: Echtzeit-Temperatur
PWM [%]: Pulsweitenmodulation
Volt on [V]: Ausgangsspannung
UCL/LCL Temp: obere/untere Grenzwerte
Diod [°C]: Diodentemperatur (intern berechnet)
Numerische Anzeigen:
Max, Min, Act, Volt, Diod
Datenrate: z. B. 91 Hz
Laufzeit: z. B. 00:01:50
Button: History
Funktion: Ermöglicht das Zurückscrollen durch den gesamten Messverlauf.
Ideal zur Analyse von Temperaturverläufen, Regelverhalten und Nachlaufphasen.
Besonders hilfreich bei der Optimierung der P-Regelung und Rampenparameter.
Ein P-Regler (Proportionalregler) berechnet den Stellwert proportional zur Regelabweichung:
Stellgro¨ße=Kp⋅(Sollwert−Istwert)\text{Stellgröße} = K_p \cdot (\text{Sollwert} - \text{Istwert})Kp (P-Wert) ist der Verstärkungsfaktor.
Je größer Kp, desto schneller und stärker reagiert der Regler.
Ziel: Die Temperatur des Substrats soll möglichst schnell und stabil auf den gewünschten Wert gebracht werden.
| Element | Funktion & Wirkung |
|---|---|
P-Controller | Hauptregler: bestimmt, wie stark die PWM auf Temperaturabweichung reagiert |
P-Controller Offset [°C] | Verschiebt den Sollwert künstlich, z. B. für thermische Trägheit oder Zielanhebung |
VoltRampage [ms] | Verzögert den Spannungsanstieg → verhindert zu schnelles Hochfahren |
MaxVoltage [V] | Begrenzung der maximalen Ausgangsspannung zur Diode |
Substrat mit hoher Wärmekapazität:
P-Wert niedrig (z. B. 1.5)
Offset leicht erhöht, um Trägheit auszugleichen
Schnell reagierendes Substrat:
P-Wert höher (z. B. 3.0)
Rampage kurz (z. B. 30 ms)
Feinfühlige Regelung für Sensoren:
P-Wert mittel (2.0)
Offset exakt auf Zieltemperatur abgestimmt
Starte mit P = 2.0 und Offset = 0 °C
Beobachte die Temperaturkurve im Plot
Passe den P-Wert an, bis die Temperatur schnell und ohne Überschwinger den Zielwert erreicht
Nutze RunOffTime, um zu sehen, wie das Substrat nach Laserabschaltung abkühlt
Terminalsteuerung: Befehle wie setPWM, readTemp, startTest via Konsole
Logging: CSV-Export für Langzeitmessungen
Burstmode: Für gepulste Laseransteuerung
Multi-Substrat-Modus: Optional für Serienmessungen
🧾 Whitepaper: IR-Laser Comparator – Präzision trifft Autonomie1. Einleitung
Der FlexxVision IR-Laser Comparator ist ein hochentwickeltes Mess- und Regelmodul für industrielle Anwendungen, bei denen Präzision, Geschwindigkeit und Autonomie entscheidend sind. Er kombiniert Sensorik, Regelungstechnik und GUI in einem kompakten System.
2. Technische Highlights
Sensorik: Optris IR-CS mit hoher thermischer Empfindlichkeit
Regelung: P-Regler mit Rampensteuerung, Nachlaufphasen und Burstmode
Ausgangssignal: 0–10 V analog + digitale Schnittstellen
Kommunikation: Terminalsteuerung mit 19200 Baud
Software: GUI mit Echtzeitparametrierung, Logging und autarker Betriebsweise
3. Anwendungsbereiche
Wafer-Bumps und Mikroverbindungen
Halbleiterprozesse
Präzisionsmontage und Inline-Qualitätskontrolle
4. Vergleich mit marktüblichen Systemen
| Merkmal | FlexxVision Comparator | Standard IR-Sensor | Laser-Distanzsensor |
|---|---|---|---|
| Regelung & Steuerung | P-Regler, Rampen, Burst | Keine | Trigger-only |
| Autarkie | Ja | Nein | Teilweise |
| GUI & Parametrierung | Vollständig | Minimal | Eingeschränkt |
| Ausgangssignal | Analog + Digital | Digital-only | Digital/RS232 |
| Anwendungstiefe | Mikroprozesse | Näheerkennung | Bau/Robotik |
| Kommunikation | Terminal mit 19200 Baud | USB/RS232 | RS232 |
Autarke BlackBox mit Logging
Echtzeitfähige GUI mit Rampenverläufen
Burstmode für schnelle Prozesszyklen
Terminalsteuerung für SPS-nahe Integration
6. Fazit
Der IR-Laser Comparator von FlexxVision definiert den neuen Standard für industrielle Präzisionsmessung. Seine Vielseitigkeit und technische Tiefe machen ihn zum idealen Modul für anspruchsvolle Anwendungen.
Der Optris CS ist ein Infrarot-Temperatursensor, der die Oberflächentemperatur berührungslos misst und über eine serielle Schnittstelle kommuniziert. Im sogenannten Burstmode sendet der Sensor kontinuierlich Temperaturdaten, ohne dass ein Abfragebefehl nötig ist.
⚙️ Serielle KommunikationBaudrate: 9600
Datenformat: 8N1 (8 Datenbits, keine Parität, 1 Stoppbit)
Modus: Burstmode = automatische, zyklische Aussendung von Messdaten
Protokoll: Die Daten werden typischerweise als Binärpaket oder ASCII-Zeichenfolge gesendet, je nach Konfiguration.
Beispiel für ein Datenpaket (ASCII):
Code#T 36.2\r\n
→ Temperaturwert: 36.2 °C
🧠 Datenverarbeitung in der SteuersoftwareDie empfangenen Temperaturdaten müssen in deiner Software wie folgt verarbeitet werden:
1. SynchronisationIm Burstmode sendet der Sensor regelmäßig Daten.
Die Software muss den Anfang des Datenpakets erkennen (z. B. durch Startzeichen wie # oder Synchronbytes wie 0xAA 0xAA bei Binärformaten).
Extrahiere den Temperaturwert aus dem Datenpaket.
Wandlung von ASCII → Float oder Binär → Integer je nach Format.
Prüfe, ob der Wert im erwarteten Bereich liegt (z. B. 0–100 °C).
Optional: Glättung oder Mittelwertbildung zur Dämpfung von Sprüngen.
Sobald du den Temperaturwert hast, kannst du daraus ein analoges oder digitales Steuersignal ableiten:
🔧 Variante A: Analoges Steuersignal (z. B. 0–10 V)Verwende einen DAC (Digital-Analog-Wandler), z. B. über einen Mikrocontroller.
Skaliere den Temperaturwert auf den gewünschten Spannungsbereich:
textV_out = (T - TMIN) / (TMAX - TMIN) * MAXVOLT
Beispiel:
TMIN = 20 °C
TMAX = 40 °C
MAXVOLT = 10 V
T = 30 °C → V_out = 5 V
Erzeuge ein PWM-Signal mit variabler Duty-Cycle entsprechend der Temperatur.
Vorteil: Kann direkt in viele Laserkontroller eingespeist werden.
Wenn Temperatur > Schwelle → Ausgang HIGH
Ideal für einfache Ein/Aus-Steuerung
Setze Grenzwerte (TMAX, KMAX) zur Abschaltung bei Überhitzung.
Nutze Rampenfunktionen (RMPTI) zur sanften Steuerung.
Optional: Implementiere einen PI-Regler zur präzisen Temperaturführung.
Sobald der Optris CS Sensor im Burstmode bei 9600 Baud kontinuierlich Temperaturdaten sendet, verarbeitet deine Steuersoftware diese Werte und wandelt sie in ein analoges Steuersignal für den Laserkontroller um.
Die Grundformel lautet:
Vout=(TIR−TMINTMAX−TMIN)⋅VMAXV_{\text{out}} = \left( \frac{T_{\text{IR}} - T_{\text{MIN}}}{T_{\text{MAX}} - T_{\text{MIN}}} \right) \cdot V_{\text{MAX}}Parameter:
TIRT_{\text{IR}}: Aktuelle Temperatur vom Optris CS Sensor
TMINT_{\text{MIN}}: Untere Grenztemperatur
TMAXT_{\text{MAX}}: Obere Grenztemperatur
VMAXV_{\text{MAX}}: Maximale Ausgangsspannung (z. B. 10 V)
Beispiel:
TIR=36.2∘CT_{\text{IR}} = 36.2^\circ C
TMIN=22∘CT_{\text{MIN}} = 22^\circ C
TMAX=38∘CT_{\text{MAX}} = 38^\circ C
VMAX=10 VV_{\text{MAX}} = 10\,V
Du kannst die Regelung zusätzlich mit einem Offset und einer Rampenfunktion glätten:
Vregel=Vout+CTRLOFFV_{\text{regel}} = V_{\text{out}} + \text{CTRL}_{\text{OFF}}Vfinal(t)=Vregel⋅(1−e−tRMPTI)V_{\text{final}}(t) = V_{\text{regel}} \cdot \left(1 - e^{-\frac{t}{\text{RMPTI}}}\right)Parameter:
CTRLOFF\text{CTRL}_{\text{OFF}}: Temperatur-Offset für die Regelung
RMPTI\text{RMPTI}: Rampenzeit in Millisekunden
tt: Zeit seit Aktivierung des Reglers
Diese Formel sorgt dafür, dass das Ausgangssignal sanft ansteigt, was besonders bei empfindlichen Lasersystemen wichtig ist.
🎛️ Integration mit P-ReglernWenn du einen P-Regler wie BandScalePI oder TrendGuardP aktiviert hast (PCTR=X), wird die Ausgangsspannung zusätzlich dynamisch angepasst:
Je nach Regler werden:
Trendabweichungen erkannt und gedämpft
Temperaturänderungsgeschwindigkeiten berücksichtigt
Grenzverletzungen durch Dumping reduziert
Schemata Diagram🧮 BandScalePI – mathematische Beschreibung
1. Temperaturband & Fehlernormierung T = aktuelle Ist-Temperatur Tmin, Tmax = Bandgrenzen ΔT = max(Tmax − Tmin, 0.1) T₀ = (Tmin + Tmax)/2 T₀ += Offset · ΔT e = (T − T₀) / ΔT
2. Offset-Trim (OT) OT += e · 0.001 OT wird auf [−0.1, +0.1] begrenzt T₀ wird um OT · ΔT verschoben e wird neu berechnet
3. Integralanteil (I) I += e · kI kI = min(0.1, ΔT · 0.001) I wird auf [−0.3, +0.3] begrenzt
4. PI-Ausgang (C) C = 0.5 + e · kP + I kP = min(10, ΔT · 0.3) C wird auf [0, 1] begrenzt
5. Steigungsdämpfung (AS) AS = 0.9 · AS + 0.1 · ΔTakt ΔTakt = T − T_alt AS misst die Temperaturänderung und dämpft schnelle Sprünge
6. Band-Eintritt & Grenzverhalten Wenn T ins Band eintritt: C += (0.5 − C) · f_sym f_sym = min(|ΔTakt| / 0.25, 0.8) · (AS > 0.05 ? 0.05 / AS : 1)
Wenn T > Tmax und steigend: C += (1 − C) · 0.8 · f_dyn Wenn T < Tmin und fallend: C −= C · 0.5 · f_dyn f_dyn = (AS > 0.05 ? 0.05 / AS : 1)
7. Slew-Rate-Limiter ΔC = C − C_alt ΔC wird auf ±0.02 begrenzt C = C_alt + ΔC
8. Ausgabe & Speicherung gNormal = C C_alt = C T_alt = T
💡 Besonderheiten des Reglers
Normierter Fehler auf Bandbreite
Dynamischer Offset-Trim
PI-Regelung mit adaptivem I-Anteil
Steigungsdämpfung zur Glättung
Verhalten bei Bandgrenzen (Eintritt, Überschreiten, Unterschreiten)
Slew-Limiter zur Stellwertbegrenzung
Vollständig autark, robust & stabil
PI-Regler Schemata 
PI-Regler Schemata mit in und outTyp: Linear Verhalten: Kein Regelalgorithmus. Temperatur wird linear auf die Ausgangsspannung skaliert. Keine Dämpfung, keine Korrektur. Für einfache Anwendungen ohne Regelbedarf.
🔹 TrendGuardP (PCTR = 2)Typ: Trendfilter Verhalten: Erkennt den Temperaturtrend und dämpft die Regelung bei falscher Richtung. Nur aktiv, wenn Temperatur außerhalb des Zielbereichs liegt. Verhindert Überreaktionen bei Störungen.
🔹 TrendScaleP (PCTR = 3)Typ: Trendskaler Verhalten: Skaliert die Ausgangsspannung abhängig von der Änderungsrate der Temperatur. Je schneller die Temperatur steigt oder fällt, desto stärker wird die Regelung angepasst. Für dynamische Prozesse.
🔹 BoundDumpP (PCTR = 4)Typ: Grenzdämpfer Verhalten: Dämpft die Regelung gezielt, wenn sich die Temperatur außerhalb des Zielbereichs befindet und der Trend negativ ist. Verhindert Überschwingen und schützt vor thermischer Instabilität.
🔹 BandScalePI (PCTR = 1)
Typ: PI-Regler mit Zusatzfunktionen Verhalten: Vollwertiger PI-Regler mit dynamischer Bandbreitensteuerung, Offset-Trim und Steigungsdämpfung. Besitzt Grenzverhalten und Slew-Rate- Limiter zur Begrenzung der Regelgeschwin- digkeit. Ideal für präzise und stabile Regelung bei thermisch trägen oder sensiblen Prozessen. Der leistungsstärkste Regler im System.