Det tryckta kretskortet (PCB) är huvudkomponenten i de flesta elektroniska enheter, såsom datorer, smartphones, hemelektronik, medicinsk elektronik och industriell utrustning. Kretskort möjliggör enhetsfunktionalitet genom elektriska signaler som färdas längs spår på de olika PCB-skikten. De ger mekaniskt stöd och elektrisk koppling mellan olika elektroniska komponenter.
De olika stegen som kretskortet genomgår innan det utgör den slutliga elektroniska kretsen (borrning, lödning, montering av komponenter, applicering av ytbehandlingar etc) är särskilt kritiska och utförs ofta under besvärliga miljöförhållanden, såsom höga temperaturer, närvaro av strömmar med aggressiva ämnen eller sura rengöringsmedel. På grund av detta är det viktigt för kretskortstillverkare att säkerställa långsiktig spårbarhet av kretskort, både under de olika produktionsstadierna och på eftermarknaden.
Effektiv märkning, som säkerställer långvarig läsbarhet genom användning av avsedda kretskortsetiketter, hjälper tillverkare av elektronisk utrustning att hålla reda på kretskorten under produktion, lagring och installation. Kretskortsetiketter är högpresterande, adhesiva etiketter som innehåller viktig information i ett lättillgängligt format, inklusive kretskortets ursprung, produktionsbatchnummer, produktionsdatum, lödtemperatur, flödestäthet med mera.
Figur 1 visar ett exempel på en kretskortsetikett som inbegriper information såsom batch och produktionsdatum. I detta fall finns en QR-kod på etiketten, även om den traditionella streckkoden är en mycket vanlig lösning.
De underlättar spårbarheten av kretskort under produktion, montering och efter försäljning, visar komponenternas fortskridande genom hela produktionscykeln och gör det möjligt för tillverkare att integrera rätt enheter i produkter. I allmänhet förbättrar kretskortsetikettering hanteringsförmågan, samt ökar produktionseffektiviteten, lagerhantering, underhåll och reservdelsservice.
Spårbarhetsdata som trycks på kretskortsetiketter måste förbli tillgängliga för att möjliggöra övervakning av produktionsprocessen, identifiering av defekta delar, distributionslogistik, kundservice och kassering av elektroniska komponenter.
Spårbarhet har blivit ett oumbärligt krav i högt automatiserade och digitaliserade företag (så kallade ”smarta fabriker”) som har sina verksamheter i ett Industry 4.0-tänkande.
I ”smart” produktion genererar, analyserar och använder maskiner data för att optimera produktionen, öka effektiviteten och skapa flexibla produktionsprocesser som svarar snabbt och effektivt på förändringar i efterfrågan. Ett Industry 4.0-företag använder endast sammankopplade system som tillåter sändning eller mottagande av data från andra system i leveranskedjan.
Med etiketter som förblir läsbara under hela produktionscykeln blir varje kretskort en aktiv del av den smarta fabriken eftersom det kan skicka data och information till produktionsledningssystemet, andra maskiner eller leveranskedjan.
En annan fördel är dataanalys (”analytics”). Genom att ha en stor mängd information insamlad direkt från produktionslinjen är det möjligt att bearbeta och analysera den (även med hjälp av AI-algoritmer såom maskininlärning) för att effektivisera produktionsprocessen.
Fördelarna med kretskortsetikettering kan sammanfattas enligt följande:
Bättre kvalitetskontroll;
Förbättrad tillförlitlighet hos slutprodukten;
Bättre försvar mot förfalskning av elektroniska komponenter eller kretskort;
Optimering av produktionsprocessen, vilket resulterar i minskade kostnader;
Integration med ”Smart Factory”-systemet, med ytterligare möjlighet att använda Data Analytics för att extrapolera användbar information om att förbättra produktionsprocessen och produktkvaliteten.
Teknik och produkter
Introduktionen av SMD-komponenter med ytmonteringsteknik har möjliggjort automatiserad montering av kretskort med SMT (Surface Mount Technology)-monteringslinjer.
Denna mycket komplexa och sofistikerade utrustning hanterar hela monteringslinjen självständigt. Den tar komponenter från lämpliga matare som komponentspolarna är placerade på och placerar dem med extrem precision på kretskortet med hjälp av plockningsmaskiner. Även om tillverkningsprocessen för ett kretskort inkluderar andra steg (borrning, lödning, bakning, optisk och manuell inspektion etc), är placeringen av komponenterna definitivt en av de mest kritiska.
Kretskortsetikettering måste helt integreras med SMT-produktionslinjen som kan hantera etiketter som om de vore normala komponenter (motstånd, kondensatorer, integrerade kretsar eller transistorer). Detta är faktiskt exakt det som händer.
I princip kan man identifiera två typer av kretskortsetikettering: ”kall” och ”het” etikettering.
Med den första tekniken, ”kall” etikettering, förbereder och skriver en maskin ut etiketterna.
De lindas sedan på en spole på samma sätt som en vanlig SMD-komponent och sätts in i en av matarna som används av plockningsmaskinerna. Etiketterna anses i alla avseenden vara en normal elektronisk komponent. Deras placering och orientering på kretskortet måste programmeras på lämpligt sätt i CNC-systemet.
Figur 2 visar en SMT-linje med en serie matare som innehåller elektroniska komponentspolar i förgrunden. Varje komponent, inklusive etiketter, plockas upp av plockningsmaskinen och placeras exakt i sin tilldelade position på kretskortet, vilket matas fram längs bearbetningsbandet.
Med den ”heta” tekniken placeras skrivaren direkt på SMT-linjen och skriver ut och applicerar etiketterna på kretskortet i realtid (”Print & apply”-tekniken). Dessa skrivare har exceptionellt höga prestandanivåer eftersom de, förutom precisionen med vilken de skriver ut och placerar etiketterna, måste ha hastigheter som är kompatibla med matningshastigheterna för kretskort på SMT-linjen.
Förutom utrustningen spelar de material som används för att tillverka etiketterna en viktig roll.
Tryckbarhet, värme- och kemikaliebeständighet är de viktigaste faktorerna som styr valet av material för kretskortsetiketter.
Dessa etiketter innehåller information som är avgörande för produktionsprocessen och som, om den går förlorad, kan orsaka störningar som påverkar lönsamheten. För att etiketter som placeras på kretskort ska motstå temperaturfluktuationer, mekanisk nötning och de kemikalier som används i kretskortens produktionsprocess, behövs specifika etikettmaterial.
Det vanligaste materialet i dessa etiketter är polyimid. Polyimidetiketter är lämpliga för streckkoder med hög densitet, datamatriskoder, QR-koder och för alfanumerisk identifiering av kretskort. Med hög stabilitet över ett brett temperaturområde (upp till och överstigande 300 °C) tillåter detta material tryckbarhet med upp till 600 dpi upplösning och med minsta etikettstorlekar på 4 x 4 mm.
Bradys lösningar
Brady Corporation är en av världens ledande leverantörer av system för kretskortstryck, identifiering och spårning. The Brady Corporation, med huvudkontor i Milwaukee, Wisconsin, är ett multinationellt företag med mer än sex tusen anställda över hela världen och mer än en miljon kunder.
Fare Elettronica fick möjligheten att intervjua Marco Minotti, lokal produktexpert på Brady Corporation, som arbetar med produktstöd i det multinationella företagets italienska säte.
Vi ställde några frågor till Marco Minotti som fokuserade på användningen av elektronisk kretskortsetikettering och de lösningar som Brady Corporation tillhandahåller inom detta område.
Fare Elettronica: ”Vilka är fördelarna med kretskortsetikettering för en tillverkare av elektroniska kretsar?”
Marco Minotti (Brady): ”Produktionslinjer för kretskort blir alltmer avancerade och kopplade till produktionsplanering, material- och komponentanskaffning och lagerhanteringssystem.” Målet för företag, i synnerhet om de ingår i Industry 4.0-programmet, är att uppnå en hög grad av flexibilitet i produktionsprocessen och förbättra effektiviteten så mycket som möjligt. Etikettering möjliggör full spårbarhet av kretskort under de olika bearbetningsstegen, under lagring och efter försäljning.
Som Minotti påpekar tillverkar Brady etiketter som uppfyller de strängaste kraven för kretskortsproduktion. Med en minimistorlek på endast 4 x 4 mm har etiketterna (även tillgängliga i andra typiska kretskortsformat, rektangulära eller kvadratiska, i den storlek som krävs för den specifika tillämpningen) en upplösning på upp till 600 dpi och kan innehålla alfanumerisk information, tvådimensionella streckkoder, QR-koder etc.
Bradys lösningar inkluderar även lasergraverbara etiketter. Dessa etiketter kännetecknas av hög kontrast och är lättare att läsa av för skannrar som är placerade på produktionslinjer
Fare Elettronica: ”Kan du ge oss en sammanfattning om vilka produkter som Brady har för att skriva ut och applicera etiketter på kretskort?”
Marco Minotti (Brady): ”Brady värderas högt av kunderna eftersom de erbjuder både manuella och automatiserade utskriftssystem som kan integreras med plockningsutrustning och SMT-monteringslinjer. För kalla tryck erbjuder vi BradyPrinter i7100, en lösning för industriell etikettutskrift.”
Med en upplösning på 300 eller 600 dpi kan denna skrivare (figur 3) hantera mer än 70 olika typer av material, uppnår en utskriftshastighet på upp till 30 cm per sekund och kan skriva ut etiketter i storlekar från 4 mm till 11 cm. De förtryckta etiketterna kan sedan användas i SMT-monteringslinjer med hjälp av en matare som matar plockningsmaskinen genom en speciell adapterarm.
”Med ALF-serien (Automated Label Feeder. automatisk etikettmatare) erbjuder Brady ett brett utbud av matare som kan automatisera kretskortsetikettering genom att samverka med plockningsmaskiner. Förutom matarna (figur 4), som hanterar förtryckta etiketter, inkluderar ALF-serien adapterarmar för de vanligaste modellerna av plockningsutrustning (Fuji, Panasonic, Juki, Siplace),” tillade Minotti.
Figur 4: En matare i ALF-serien integrerad i en SMT-linje (Källa: Brady Corporation)
”För ’heta’ utskrifter inkluderar våra lösningar A8500 och A8500 FlexCell-skrivarna. Dessa lösningar skriver automatiskt ut och applicerar etiketter på alla vanliga elektroniska kort, enstaka eller flera, på 3 sekunder och med en noggrannhet på 0,1 mm.”
Som Minotti påpekade var FlexCell-modellen (figur 5) utformad specifikt för att fylla en cell i SMT-linjen. Det gör att etiketter kan produceras och appliceras, även i små produktionsserier, innehållande information som genereras i realtid (t ex produktionstid). A8500-seriens skrivare skriver ut data på begäran från ett ERP-system och kan enkelt integreras i alla SMEMA-kompatibla produktionslinjer för elektroniska kort.
Figur 5: A8500 FlexCell-skrivaren i verksamhet på en SMT-linje (Källa: Brady Corporation)
Sammanfattningsvis
Kretskortsetikettering är avgörande för spårbarheten. Etiketter underlättar kretskortens spårbarhet under produktion, montering och distribution. De hjälper till att säkerställa att komponenter går igenom hela produktionscykeln och att varje enskild produkt är identifierbar även efter att den lämnat fabriken. Genom att integrera etikettering med andra affärsprocesser är det också möjligt att förbättra hanteringen och öka produktionseffektiviteten.
Artikeln har presenterat de lösningar som finns tillgängliga från Brady för kretskortseti-kettering. Brady är en ledande leverantör av identifierings- och spårningslösningar och har ett komplett sortiment av produkter för utskrift och applicering av etiketter på kretskort, som kan integreras fullständigt med toppmoderna SMT-produktionslinjer.
Myrna Whitaker 
Anna Broberg 
Christopher Blanck 
Nils Lund 
