Smartware
Firma: Smartware
Branche: Halbleiter- sowie Automobilindustrien
Eingesetzte DENSO-Produkte: HS-045 Serie
Firmenstandort: Frankreich
Website: www.smartware.fr
HERAUSFORDERUNG
Jedes moderne Fahrzeug oder mobile Endgerät fungiert heute auch als beweglicher Datenträger, der kontinuierlich Informationen über Systemfunktionen und -parameter an den Hersteller oder Betreiber übermittelt - zwecks Qualitätskontrolle und Sicherheit. Die dafür verwendeten elektronischen Mini-Komponenten sind z. B. in Autos im Armaturenbrett versteckt, aber auch in E-Bikes oder E-Scootern, Handys sowie Pay-TV-Konsolen eingebaut. Sie müssen absolut zuverlässig und zu 100 % sicher sein - aber vor allem muss jedes eSE individualisiert werden, damit sich die Daten rückverfolgen und dem jeweiligen Gerät/Fahrzeug zugeordnet werden können.
Diese Komponenten enthalten in der Regel einen Chip und werden als „Embedded Secure Elements“ (eSE) oder „Integriertes Secure-Element“ bezeichnet; diese sind für die Erfassung und Übertragung umfassender, vordefinierter wie auch variabler Datensätze ausgelegt: Montage, Individualisierung und Testen der hoch empfindlichen elektrischen Komponenten sind anspruchsvoll. Zwar übernehmen das schon seit geraumer Zeit intelligente Systeme, doch werden diese Aufgaben nach wie vor in drei separaten Schritten, d.h. von verschiedenen Systemen/Maschinen in einer Kombination aus manuellen und halbautomatischen Prozessen durchgeführt. Das ist nicht nur kosten- und zeitaufwendig, sondern erhöht das Fehlerrisiko, falsche Zuordnungen sowie Beschädigungen aufgrund des wiederholten Handlings der Komponenten erheblich. Darüber hinaus sind hier der Austausch verschiedener Komponenten sowie die Entsorgung defekter oder falsch zugeordneter eSEs recht aufwendig. Bislang war kein voll automatisiertes, einfach zu steuerndes System verfügbar, das die verschiedenen modernen Technologien für einen wirklich effizienten Individualisierungs- und Testprozess nutzt.
LÖSUNG
Doch das änderte sich 2018, als das französische Unternehmen Smartware (mit Sitz in Les Ulis bei Paris) das erste voll automatisierte, roboterbasierte System der Branche vorstellte, das alle drei Schritte integriert. Smartware ist seit 1986 ein wichtiger Akteur im Bereich der Individualisierung und Prüfung von kontakt- wie auch kontaktlosen eSE-Elementen (Smart Cards, NFC microSD, M2M). Das 2017 entwickelte und nur wenige Monate später erstmals in Japan installierte, hochinnovative PerSE-System (Personalization of Secure Element) des Unternehmens, das von seinem (ebenfalls in Frankreich ansässigen) Hardware-Partner Usiméca hergestellt wird, integriert die Montage, die Individualisierung und das Testen von eSEs in einem einzigen Prozess, wobei der Roboter jedes eSE bei einer Pick&Place-Anwendung nur zweimal handlen muss. Derzeit sind weltweit neun dieser Systeme bei Automobil- und IoT-Zulieferern im Einsatz.
Die PerSE ist eine robuste, modular ausgelegte Zelle für den industriellen Einsatz (Maße: 1,6 m x 1 m, Höhe: 2,2 m), in dessen Zentrum ein 4-Achs-SCARA-Roboter HS-045 von DENSO Robotics arbeitet. Das PerSE individualisiert jeden Chip zweifach und testet dann dessen Sicherheit und Funktionalität: Im Endergebnis liefert das System vollständig sichere eSE-Komponenten.
Linksseitig werden die Chips (2 x 2 mm groß) über eine Bandspule in die Zelle eingeführt und dort auf einem rotierenden Drehtisch in elektrische Test- und Programmierfassungen für jedes eSE (bis zu 10 x 4 mm groß) eingesetzt. Der darüber montierte DENSO-Roboter platziert die noch unbeschriebenen Chips von der Bandspule (je vier) in die Fassungen ohne die eSE-Teile zu berühren. Im Schnitt nimmt jeder Chip 800 KB spezifische Firmware sowie variable Daten (je nach Kunde/Betreiber) auf, die das PerSE per Cloud herunterlädt.
Dabei sind Geschwindigkeit, Positionierung und Präzision entscheidend. Eine über dem Drehtisch montierten Kamera überwacht die genaue Positionierung beim Pick&Place des Roboters. Die optische Inspektion und Kontrolle der Komponenten erfolgt bei jedem Schritt von oben und unten: Direkt in den Drehtisch integrierte (unter jeder Programmierfassung) Testsensoren von Smartware (US-CMT2) überprüfen verschiedene, erweiterte elektrische Parameter und die Individualisierung jedes eSE. Zum Schluss graviert ein Markierungslaser eine Seriennummer und/oder einen DataMatrix Barcode auf jedes eSE; damit ist die zweifache, sichere Individualisierung erfolgt. Schließlich platziert der Roboter das fertig bearbeitete eSE auf die abgehende Bandspule. Defekte Komponenten werden in einem Zwischenfach abgelegt, so dass die korrekte, lückenlose Ausgabesequenz gewährleistet ist.
Die Entscheidung für DENSO Robotics fiel Smartware leicht, erklärt Stéphane Medioni, Gründer und Geschäftsführer des Unternehmens. „Wir haben uns für die SCARA-Roboter von DENSO Robotics entschieden, weil sie so flexibel und einfach zu programmieren sind. Darüber hinaus ermöglicht der Roboter eine sehr gute Beschleunigung und sanfte Bewegungen bei einfacher Software-Steuerung." In der Tat sind die vierachsigen SCARA-Roboter von DENSO speziell für hochleistungsfähige, automatisierte Anwendungen wie diese konzipiert - denn der Roboter kann eine sehr hohe Anzahl von Zyklen pro Minute ausführen und dabei auch in einer hochkomplexen industriellen Anwendung schnell reagieren, kontinuierlich mit optimaler Geschwindigkeit arbeiten und dennoch jeden Vorgang präzise ausführen. Mit einer Wiederholgenauigkeit von ± 0,02 mm und einer Zykluszeit von bis zu 0,29 Sekunden waren die enorm schnellen und zuverlässigen SCARA-Roboter HS-045 von DENSO zum Zeitpunkt der Entwicklung die ideale Wahl für diese Anwendung. Mit einer Armlänge von 450 (225+225) mm und einer Traglast von bis zu 5 kg bietet dieser SCARA-Roboter die optimale Kombination aus Geschwindigkeit, Präzision und Traglast für diese Aufgabe. Die HS-SCARAs von DENSO sind ferner in der Reinraumschutzklasse ISO 3 erhältlich.
Im PerSE wird der Roboter über die leistungsfähige, kompakte und hochflexible, offene Systemarchitektur des RC8A Controllers von DENSO gesteuert. Die Kommunikation mit den anderen Systemkomponenten erfolgt über eine von Smartware entwickelte offene Software-Architektur, die eine benutzerfreundliche, für die industrielle und sichere eSE-Produktion optimierte Schnittstelle bietet.
Vor Ort kann der Nutzer über eine Desktop-Anwendung auf einem Master-PC auf das System zugreifen und es steuern. Der PC kommuniziert mit der PMC (PCI Mezzanine-Karte), die wiederum mit dem Roboter in Verbindung steht. Gleichzeitig nutzt Smartware den PC zur Programmierung und Absicherung der (Software-)Operationen, so dass Anpassungen oder Fehlersuche (d.h. De-Bugging) erleichtert werden. Bei Bedarf besteht für Smartware auch ein Fernzugriff. Nicht zuletzt ermöglicht das PerSE die schnelle Einrichtung und Änderung der Komponentenvorgaben ohne zusätzlichen Geräteeinsatz.
In der PerSE-Zelle herrscht eine Reinraum-Umgebung mit Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle: „Wir sind überzeugt davon, dass unser System derzeit das sicherste auf dem Markt ist, wenn es um Individualisierung und Produktqualitätskontrolle geht", sagt Stéphane Medioni.
VORTEILE
Da das Handling der empfindlichen eSE-Elemente auf ein Minimum reduziert ist -
denn es wird hier nur zweimal berührt -, und dank der Integration von drei verschiedenen Schritten in einen einzigen Prozessablauf wurde eine völlig neue Dimension in der Produktqualität individualisierter eSE-Elemente erreicht. Das PerSE-System besticht durch zwei wesentliche Vorteile: Es ist außerordentlich kosten- und zeiteffizient - dank einer maximalen Stundenleistung von bis zu 6.000 Bauteilen (bei Spitzenqualität i.d.R. 4.000-5.000/Stunde). Zum Vergleich: Herkömmliche Geräte schaffen maximal 3.000 Bauteile. Nach Angaben von Smartware ist das PerSE derzeit das System mit dem besten Leistungs-/Kostenverhältnis seiner Art auf dem Markt. Das Ergebnis ist ein höherer Durchsatz (verfügbar sind Versionen für 4.200 und 5.500 UPH), mit einer Individualisierungszeit von nur 22 Sekunden und einer Verifizierung von 2 Sekunden (nach der Lasermarkierung). Dabei lassen sich bis zu 40 verschiedene Komponenten programmieren, selbst in ein- und demselben Zyklus.
Gleichzeitig bietet das PerSE ein wesentlich höheres Maß an Produktqualität und -sicherheit: Da jedes Bauteil in einem einzigen Prozess nur zweimal gehandhabt wird, ist das Risiko einer Beschädigung der fragilen Komponenten deutlich geringer als bei Geräten, bei denen die Prüfung und Individualisierung in verschiedenen Prozessen durchgeführt wird. Dank des integrierten Markierungslasers, der zweistufigen Individualisierung und der kontinuierlichen Qualitätskontrolle wird das Risiko von Fehlzuordnungen deutlich reduziert. Defekte Komponenten können einfach in die unter dem Drehtisch installierten Behälter entsorgt werden ohne das System stoppen zu müssen. Die lückenlose Datenverfolgung verhindert Fehlzuordnungen und erleichtert die etwaige Fehlersuche.
Unsere Welt besteht zunehmend aus hoch individualisierten Umgebungen, in der personalisierte Geräte den Alltag bestimmen - zuhause, am Arbeitsplatz und in der Industrie: Die Marktaussichten für das PerSE auf dem Markt für datenbasiert arbeitende, individualisierte, intelligente Geräte sind daher fast grenzenlos.
