Volba správné strategie identifikace pro zajištění 100 % sledovatelnosti celého procesního řetezce

Před deseti lety považovala většina výrobců desek s plošnými spoji štítkování modulů za dobrovolné. Při pohledu zpět z perspektivy dnešních náročných pravidel sledovatelnosti je patrné, jak se zavedením legislativy, která zahrnuje odpovědnost za vady výrobků a rozšířené záruční závazky, radikálně změnil svět elektronické výroby. Přísná kvalita, normy, jako např. ISO/EN 9001:2000, QS9000, VDA6.2 a v poslední době TS16949 do velké míry doplnily tento hlavolam.

Všechny tyto otázky mají jednoho společného jmenovatele: zjistitelnost nebo zpětná sledovatelnost. Zajištení zpětné dohledatelnosti celého procesního řetězce tedy vedlo k zavedení povinné identifikace modulů a desek. Tím se dosáhlo vytvoření a zachování kompletního řízení procesu. Pomáhá to zajistit kvalitu a současně minimalizovat náklady. Technologie však v této oblasti udělala také významný pokrok. Dříve bylo bez problémů možné ručně aplikovat velký štítek s čárovým kódem na modul nebo desku buď po umístění nebo po rozdělení svazku, protože štítek bylo potřebné zachovat pouze pro následné zkušební a montážní postupy. Dnešní stav techniky integrovaného řízení procesního řetězce naopak vyžaduje identifikaci součástek na samém počátku výrobního procesu.



Prostorové hledisko: datová matice je nejlepší
Ať je využita jakákoli metodologie identifikace - laserové značení, inkoustový tisk, aplikace štítku - nejdůležitější je zvolení správného obsahu a symboliky pro danou identifikaci. Tabulka 1 porovnává potřebný prostor pro číslicové identifikace a jejich symboliky v různém rozlišení pomocí datové matice jako základu. Pro lineární kódování, jako např. čárový kód, se předpokládá výška 5 mm. Porovnání je založeno na počtu tří teček na modul s datovou maticí, nebo tří teček na nejtenčí prvek čárového kódu. Z tabulky je patrné, že šesti-číslicový lineární čárový kód ve 2/5 prokládaného označení, potřebuje devětkrát tolik prostoru než identifikace datové matice se stejným obsahem informací. Ještě vážnější je plýtvání prostorem u tradičního kódu 39: potřeba prostoru je ve srovnání s datovou maticí čtrnáctinásobná!

Tabulka 1: Porovnáni protoru potřebného pro různé typy identifikace (odhad)



 6-ti místní numerické

 10-ti místní numerické

 18-ti místní numerické
2/5-Prokládaný (Interleaved)

 9

 7

 6
Kód 28

 9

 6

 6
Kód 39

 14

 12

 10
Dátová matice (Datamatrix)

 1

 1

 1

Vhodné kódování a nižší obsah dat
Vzrůstající obsah a komplikovanost dat znamenají zvyšující se požadavky na kvalitu a rovněž ostrost tisku. Závěr: méně je více! Nepoužité neplatné nuly v dlouhých výrobních číslech jsou kontraproduktivní! Vyznačení data výroby až do přesného dne použitím jednoduchého číslicového řetězu znaků, jako např. „18072006" je málo efektivní. Pro označení „18. července 2006" je určitě možné vyčerpat osm číslic: stejná informace by však mohla být obsažena ve zkráceném nebo úzkém řetězu, jako např. 199G - právě zvolením jiného schématu kódování. Tři číslice 199 znamenají v tomto příkladu 199. den roku, který je přirozeně 18. červenec. Alfanumerická číslice G znamená 2006, je-li vytvořeno jednoduché schéma: 2000=A, 2001=B, 2002=C atd.
Volba schématu zhuštění identifikace, jako ta výše uvedená, zakončí éru značení desek s plošnými spoji inkoustovým tiskem. Inkoustový tisk s rozlišením pouze 100 dpi, který má omezenou odolnost proti opotřebení a rozpouštědlům, nevynechává jako všeobecná technologie identifikace téměř žádný prostor. S prozatímním vyloučením použití RFID zbývají jen dvě volby: laserové značení a aplikace štítku.
S aplikací štítku v rozlišení 500 až 600 dpi se nyní nabízejí všechny procesní alternativy pro identifikaci modulů a desek - i při velkém obsahu dat. Je pravda, že laserové značení, co se týče požadavků na hardware a technologie vhodného dekódování, je v posledních letech stále přijímáno. Laserové značení však nemůže konkurovat štítkování, pokud se jedná o kontrast a nezávislost na povrchových vlastnostech. Stoprocentní kontrast černé na bílé jednoznačně vykazuje nejlepší čitelnost - bez ohledu na použití matného nebo lesklého materiálu na štítky.

Tiskárny tepelného přenosu pro všechny aplikace
Jaká jsou rozhodující kritéria správného výběru pro uživatele, pokud jde o hardware a materiály pro optimální identifikační systém na základě štítkování? Množství dat, která budou kódována, je určitě jedno z těchto kriterií. Tento parametr určí úroveň rozlišení tiskárny tepelného přenosu, která bude zvolena - aby se zajistilo, že následné řadové čtecí přístroje (ať už čtečka čárových kódů nebo kamera 2-D) poskytnou optimální výsledky resp. rychlý přenos prvního čtení, dokonce i v rozlišení pod 7 tisícin palce. Například společnost Brady nabízí za tímto účelem vyčerpávající portfolio tiskáren štítků v rozmezí od 200 do 600 dpi (tabulka 2).

Tabulka 2: Přehled THT tiskáren a aplikátorů Brady

Model zařízení

 Aplikace štítku

 Rozlišení
BP-THT Precision 200

 manuální

 200 dpi
BP-THT Precision 300

 manuální

 300 dpi
BP-THT Precision 600

 manuální

 600 dpi
BP-THT-200MVP-PLUS

 manuální

 200 dpi
BP-THT-300MVP-PLUS

 manuální

 300 dpi
BP-THT-300XPlus II

 manuální

 300 dpi
BP-THT-600X Plus II

 manuální

 600 dpi
BRADY HERMES A4

 automatická

 300 dpi
BRADY HERMES A4 600

 automatická

 600 dpi
PAM 3 603

 automatická

 300 dpi
PAM 3 660

 automatická

 600 dpi


Tiskový aplikační systém Brady Hermes série A je nyní již nějakou dobu k dispozici s rozlišením 600 dpi. Přímá řešení mohou být proto realizována mnohem snadněji v úrovních nejvyššího rozlišení. Tiskárenský a nanášecí systém Brady PAM 3 000 (a následující model PAM 3 600, který poskytuje rozlišení 600 dpi) zajišťuje přesnost tisku a umístění do + 0,3 mm. Je to možné díky patentovanému dopravnímu a rozdělovacího systému. Všechny tyto systémy pracují s minimálními výškami štítku, s kterými by se měl uživatel stotožnit: 5,0 mm pro jednoduché modely, 4,0 mm pro vysoce kvalitní systémy a 3,0 mm pro ty nejnáročnější systémy.

Ruční štítkování
Kromě toho existuje příslušný hardware pro ruční štítkování. Série BP Precision a taky BP-THT od Brady s navíjecím zařízením (nebo i bez něj), nabízejí vyčerpávající alternativy pro tištění a navíjení štítků i jejich uvedení do procesu ručního štítkování. Předtištěné štítky se mohou aplikovat také automaticky pomocí zařízení pro umísťování součástek na deskách s plošnými spoji. Výrobce Hover-Davis se sídlem v USA nabízí podávače, které se hodí do téměř všech obecně rozšířených automatických aplikátorů. Jako s alternativou dokonce přicházejí s integrovaným tiskovým modulem, který však využívá několik drah.



CLT - Clean Liner Technology (Technologie čistého nosiče) vylučuje prosakování adheziva
Už v květnu v roce 2006 Brady na mezinárodní výstavě SMT v Norimberku poprvé představila další inovační prvek v procesu značení - novou etiketu AutoApply, zařazenu do standardního portfolia výrobků THT CLT. Nové štítky AutoApply jsou charakteristické požitím polyimidového filmu (materiál B-457) jako nosiče, dále akrylátovým adhezivem citlivým na tlak a vysoce opacitní krycí vrstvou. Při výrobě jsou čisté štítky po přesném vyseknutí kladeny na nový čistý nosní materiál - už zmíněný polyimidový film. Tím vzniká nejdůležitější výhoda CLT etiket - nosič není proseknutý a tedy nemůže dojít k prosakování adheziva, což 100-procentně vyloučí všechny prostoje technologické linky u zákazníka, ku kterým dochází následkem nesprávného umístění etikety nebo tiskové chyby štítku. Štítky CLT jsou kompatibilní se všemi aplikátory pro štítky THT. Další výhodou je, že jejich použití na sérii PAM3600 a PAM 3000 i s podávačemi LP a POD600 od Hover-Davis podléhá standardní garanci poskytované výrobcemi těchto zařízení.

Nelze opomenout náklady na pravidelnou údržbu
Dalším hlediskem pro zvolení správného identifikačního systému je objem tisku za rok. Ten rozhoduje o nákladech a logistice údržby. Obvyklá délka rolí etiket (v km) nebo počet štítků spotřebovaných za rok je měřítkem požadovaných intervalů údržby. Pouze odborně a správně udržované tiskové systémy zaručují bezporuchový provoz. Všechny tiskové systémy etiket Brady lze síťově propojit. K dispozici jsou nástroje na tištění ze SAP nebo jiných obecně rozšířených databáz (ITAC, Kratzer a jiné).

Štítky odolné zatížení vysokými teplotami při natavování
Co se týká požadavků na vhodný materiál na štítky, je významný rozdíl v tom, zda materiály musí snést natavovací pájení nebo ne. Materiál na štítky vhodný pro natavování je obvykle na bázi polyimidu. Nenatavovací materiály mohou být z polyesteru, papíru nebo dokonce i z polyetylenu či vinylu. Při zvolení štítků označených „před umístěním SMD" je nutno tavit vysokoteplotní materiály. Jejich výhodou je stoprocentní řízení procesu, protože tyto štítky mohou být aplikovány na místě vstupu do linky. Slouží proto jako médium získávání procesních dat pro všechny následující operace: síťotisk, umísťování, natavovací pájení atd.
Pokud jsou zvoleny štítky, které se nehodí pro velké teplotní zatížení, jsou aplikovány až po natavení. Tento materiál na štítky je levnější než materiál vysokoteplotního polyimidu, ale snižuje koncept stoprocentní sledovatelnosti. Brady také dodává speciální materiál na štítky, které mohou rozptýlit elektrické náboje a současně snést zpracování při vysoké teplotě. Kvalitní barvící pásky zajišťují tisk odolný proti opotřebení a rozpouštědlům. Takhle označené desky s plošnými spoji se mohou očistit bez obav z poškození potisku.

Příklad výpočtu prostoru pro štítek
Jak ukazuje tabulka 3, pro každý případ štítkování desek s plošnými spoji existuje příslušný materiál. Předpokládejme následující procesní situaci: identifikace modulů pomocí 18-ti číslicové alfanumerické identifikace pro plnou sledovatelnost. Předpokládaný roční objem, který bude zpracován, je přibližně 600 000 desek. Operace je nastavena pro technologii souvislého čtení 1-D a 2-D při minimálním rozlišení 8 tisícin palce. Pozornost je zaměřena na spotřebu materiálu na štítky jak pro kódování 1-D, tak i 2-D.


Výsledek je následující: kódování 2-D se 3 tečkami na modul při obsahu dat 18 číslic poskytuje bodovou matici 14 x 14, která se rovná čisté tiskové ploše přibližně 4 x 4 mm. Takové schéma kódování snadno umístí štítek 7 x 7 mm (pomocí standardního aplikátoru tisku) - jestliže se použije tištění 300 dpi, které se rovná 10 tisícinám palce na nejmenší modul. V této konfiguraci je existující čtecí přístroj dostatečný a není třeba dalších investic. Zbývají náklady na materiál na štítky. Kódování, jak je načrtnuto výše, vyžaduje 49 mm2 na štítek a tisk 600 000 štítků za rok spotřebuje tedy přibližně 30 m2 materiálu na štítky.
Použití kódování 1-D podle KÓDU 128 by vyžadovalo celkovou šířku tisku (včetně bezpečnostních pásem) téměř 40 mm. Tisk 3 teček na nejtenčí proužek 4 mm výšky by spotřeboval téměř 160 mm2 pouze na kódování (vyjma optického tisku). Kromě „neproduktivního" čtverečního formátu kódovaných štítků 1-D je spotřeba materiálu ve srovnání s kódováním 2-D vyšší o činitel 3,3. Důležitá je také nižší spotřeba barvící pásky.

Tabulka 3: Přehled a vlastnosti etiket Brady

Označení

materiálu

 Max. teplotní zatížení

 El. vodivost

 Povrch

 Materiál

 Tloušťka materiálu (vč. lepidla)

 Certifikace


B-423

 110 °C

(180 °C, 5 min.)

 Ne

 bílý, lesklý

 Polyester

 76 µm

 UL, CSA
B-426

 330 °C

 Ne

 béžový, matný

 Polyimid

 111 µm

B-436 (odstranitelný)

 330 °C

 Ne

 béžový, matný

 Polyimid

 104 µm

B-457

 300 °C

 Ne

 bílý, lesklý

 Polyimid

 111 µm

 UL
B-473

 180 °C

 Ano

 bílý, lesklý

 Polyester

 90 µm

 UL, CSA
B-477

 300 °C

 Ano

 bílý, lesklý

 Polyimid

 106 µm

 UL
B-478

 300 °C

 Ano

 bílý, lesklý

 Polyimid

 84 µm

 UL
B-479

 300 °C

 Ano

 bílý, matný

 Polyimid

 84 µm

 UL
B-495

 220 °C

 Ne

 bílý, lesklý

 Polyetylén- naftalát

 111 µm

 UL
B-497

 300 °C

 Ne

 bílý, matný

 Polyimid

 86 µm

 UL
B-8423

 120 °C

 Ne

 white, pololesk

 Polyester

 71 µm

 UL, CSA


Cenově efektivní identifikace jde ruka v ruce s vhodným řešením
Z výše uvedeného je patrné, že vytvoření efektivního a cenově účelného konceptu identifikace je komplexním návrhem vzájemně spjatých a pečlivě do sebe zapadajících prvků. Jestliže je špatně zvolen nebo chybně uzpůsoben jeden z těchto prvků - ať to je hardware, materiály, nebo intervaly údržby tiskárny - jistě to bude mít za následek významně vyšší poměr poruch při štítkování, ne-li při dalších následných procesech čtení během testování a nebo montáže. To by mohlo mít katastrofální následky. Jinými slovy je třeba, aby správná řešení pro značení a štítkování stanovili specialisté.

Text: David Walmsley

European OEM Market Manager
Brady Corporation

Späť