L’etichettatura dei PCB permette la tracciabilità

Introduzione

Il circuito stampato (PCB) rappresenta il componente principale nella maggior parte dei dispositivi elettronici, come computer, smartphone, elettronica di consumo, elettromedicali e apparecchiature industriali. Fornendo un supporto meccanico e consentendo il collegamento elettrico tra i diversi componenti elettronici, i circuiti stampati assicurano che i segnali elettrici percorrano le tracce realizzate sui diversi layer del PCB, implementando le funzionalità richieste.

Le diverse fasi a cui il PCB viene sottoposto prima di arrivare al circuito elettronico finale (foratura, saldatura, assemblaggio dei componenti, applicazione di finiture e altro ancora) sono particolarmente critiche e spesso condotte in condizioni ambientali difficili, come temperature elevate, presenza di flussi di sostanze aggressive o detergenti acidi. Diventa quindi importante, per i produttori di PCB e schede elettroniche, garantire una tracciabilità a lungo termine del PCB, sia durante le diverse fasi della produzione, sia nel mercato post-vendita.

Un’efficace marcatura, in grado di assicurare la leggibilità a lungo termine tramite l’utilizzo di apposite etichette per circuiti stampati, aiuta i produttori di apparecchiature elettroniche a tenere traccia dei PCB durante la produzione, lo stoccaggio e l’installazione. Le etichette per PCB sono etichette adesive ad alte prestazioni che contengono le informazioni critiche in un formato facilmente accessibile, incluse l’origine del PCB, il numero del lotto di produzione, la data di produzione, la temperatura di saldatura, la densità del flusso e altro ancora.

In Figura 1 è visibile un esempio di etichetta per PCB che include informazioni come lotto e data di produzione. In questo caso nell’etichetta è presente un QR code, ma una soluzione molto comune è quella del tradizionale codice a barre.

Figura 1: Etichetta per PCB (Fonte: Brady Corporation)

Vantaggi dell’etichettatura

Le etichette per PCB sono dunque essenziali per la tracciabilità.

Esse facilitano il tracciamento dei PCB durante le operazioni di produzione, assemblaggio e distribuzione post-vendita, assicurando che i componenti procedano attraverso l’intero ciclo di produzione e che il produttore integri le giuste unità nei prodotti. Più in generale, l’etichettatura dei PCB migliora le capacità di gestione di una struttura aziendale, incrementando l’efficienza produttiva, la gestione del magazzino e il servizio di manutenzione e ricambi.

I dati per la tracciabilità impressi sulle etichette dei circuiti stampati devono rimanere disponibili per il monitoraggio del processo di produzione, l’identificazione delle parti difettose, la logistica di distribuzione, il servizio clienti e lo smaltimento dei componenti elettronici.

La tracciabilità diventa un’esigenza irrinunciabile nelle aziende ad elevata automazione e digitalizzazione (le cosiddette “Smart Factory”) che operano all’interno di Industria 4.0.

Nella produzione “intelligente”, le macchine generano, analizzano e utilizzano i dati per ottimizzare la produzione stessa, aumentando l’efficienza e creando processi di produzione flessibili in grado di rispondere rapidamente ed efficientemente alle variazioni della domanda. Un’azienda Industria 4.0 utilizza esclusivamente sistemi interconnessi che le consentono di inviare o ricevere dati dagli altri sistemi della catena di approvvigionamento.

Utilizzando etichette che rimangono leggibili durante l’intero ciclo di produzione, ogni PCB diventa parte attiva della fabbrica intelligente, potendo inviare dati e informazioni al sistema di gestione della produzione, ad altre macchine, o alla catena di approvvigionamento.

Un ulteriore vantaggio riguarda l’analisi dei dati (‘analytics’). Potendo disporre di un’elevata quantità di informazioni direttamente raccolte sulla linea di produzione, è possibile processarle ed analizzarle (anche tramite algoritmi di intelligenza artificiale come il machine learning) al fine di migliorare l’efficienza del processo produttivo.

I vantaggi offerti dall’etichettatura dei PCB possono essere così sintetizzati:

  • Migliore controllo della qualità;
  • Migliore affidabilità del prodotto finale;
  • Migliore difesa contro le contraffazioni di componenti o schede elettroniche;
  • Ottimizzazione del processo produttivo, con conseguente riduzione dei costi;
  • Integrazione con il sistema “Smart Factory”, con l’ulteriore possibilità di utilizzare il Data Analytics per estrapolare informazioni utili sul miglioramento del processo produttivo e della qualità del prodotto.

Tecnologia e prodotti

L’introduzione dei component SMD a montaggio superficiale ha consentito di realizzare l’assemblaggio automatizzato del circuito stampato utilizzando le linee di montaggio SMT (Surface Mount Technology).

Tali apparecchiature, molto complesse e sofisticate, gestiscono l’intera linea di montaggio in modo autonomo, prelevando i componenti da opportuni alimentatori su cui sono collocate le bobine di componenti e posizionandoli con estrema precisione sul PCB tramite le macchine pick & place. Anche se il processo di produzione di un PCB comprende altre fasi (foratura, saldatura, cottura in forno, ispezione ottica e manuale e altro ancora), quella del posizionamento dei componenti è sicuramente una delle più critiche.

L’etichettatura dei PCB dovrà quindi integrarsi pienamente con la linea di produzione SMT, gestendo le etichette come se fossero dei normali componenti (resistenze, condensatori, circuiti integrati o transistor). In effetti, questo è esattamente ciò che avviene.

In linea di principio, possiamo identificare due tipi di etichettatura dei PCB: etichettatura “a freddo” ed etichettatura “a caldo”.

Con la prima tecnica, l’etichettatura “a freddo”, un macchinario si occupa della preventiva preparazione e stampa delle etichette.

Successivamente le stesse, avvolte su una bobina alla stessa stregua di un normale componente SMD, vengono poi inserite in uno degli alimentatori (feeder) utilizzati dalle macchine pick & place. Le etichette sono quindi considerate, a tutti gli effetti, un normale componente elettronico, il cui posizionamento e orientamento sul PCB deve essere opportunamente programmato sul sistema a controllo numerico.

In Figura 2 è visibile una linea SMT con in primo piano una serie di feeder contenenti le bobine di componenti elettronici. Ciascun componente, incluse le etichette, viene prelevato dalla macchina pick & place e collocato con precisione nella posizione assegnata sul PCB, che viene poi fatto avanzare sul nastro di lavorazione.

Figura 2: Linea di assemblaggio SMT (Fonte: Brady Corporation)

Con la tecnica “a caldo”, la stampante viene collocata direttamente sulla linea SMT ed esegue la stampa e l’applicazione delle etichette sul PCB in tempo reale (tecnica “print and apply”). Queste stampanti hanno prestazioni molto elevate in quanto, oltre all’accuratezza nella stampa e nel posizionamento, devono avere velocità compatibili con quelle di avanzamento dei PCB sulla linea SMT.

Oltre alle apparecchiature, un ruolo essenziale è svolto dai materiali utilizzati per la fabbricazione delle etichette.

Stampabilità, resistenza al calore e agli agenti chimici sono i principali fattori che guidano la scelta dei materiali per l’etichettatura dei circuiti stampati.

Queste etichette contengono informazioni cruciali per il processo di produzione che, se perse, possono provocare interruzioni che influiscono sulla redditività. Per essere sicuri che le etichette poste sui circuiti stampati possano resistere alle fluttuazioni di temperatura, alle abrasioni meccaniche e all’azione delle sostanze chimiche utilizzate nel processo di produzione del PCB, occorre utilizzare materiali specifici.

Il materiale più comunemente utilizzato per questi scopi è la poliimmide. Le etichette di poliimmide sono adatte per codici a barre ad alta densità, codici a matrice di dati, QR code e per l’identificazione alfanumerica dei circuiti stampati. Garantendo un’elevata stabilità su un’ampia gamma di temperature (fino a 300°C e oltre), questo materiale consente la stampabilità con risoluzione fino a 600 DPI, con dimensione minima delle etichette a partire da 4 x 4 mm.

Le soluzioni di Brady

Tra le principali aziende al mondo fornitrici di sistemi per la stampa, identificazione e tracciamento dei PCB, è Brady Corporation. Con sede a Milwaukee, Wisconsin, Brady è una multinazionale con oltre seimila dipendenti in tutto il mondo e oltre un milione di clienti che operano in differenti realtà aziendali.

Fare Elettronica ha avuto la possibilità di intervistare Marco Minotti, Local Product Expert di Brady Corporation, che opera nella sede italiana della multinazionale fornendo supporto alle vendite.

A Marco Minotti abbiamo posto alcune domande focalizzate sull’utilizzo dell’etichettatura elettronica dei PCB e sulle soluzioni che Brady Corporation fornisce in questo settore.

Fare Elettronica:Quali sono i benefici, per un produttore di circuiti elettronici, dell’etichettatura del PCB?

Marco Minotti (Brady):Le linee di produzione dei PCB sono sempre più avanzate e connesse con i sistemi di pianificazione della produzione, approvvigionamento dei materiali e dei componenti, gestione del magazzino. L’obiettivo delle aziende, a maggior ragione se fanno parte del programma Industria 4.0, è quello di ottenere un’elevata flessibilità del processo produttivo, migliorando il più possibile l’efficienza. L’etichettatura consente la piena tracciabilità dei PCB, sia durante le varie fasi di lavorazione, sia durante lo stoccaggio in magazzino e il post-vendita”.

Come sottolineato da Minotti, Brady realizza etichette in grado di soddisfare i requisiti più stringenti della produzione di PCB. Con una dimensione minima di soli 4 x 4 mm, le etichette (anche disponibili in altri formati tipici dei PCB, rettangolari o quadrati, nelle dimensioni necessarie all’applicazione specifica) hanno una risoluzione fino a 600 DPI e possono contenere informazioni alfanumeriche, codici a barre bidimensionali, QR code, ecc.

L’offerta di Brady include etichette incidibili al laser. Caratterizzate da un elevato contrasto, queste etichette sono più facilmente leggibili dagli scanner posti sulle linee di produzione

Fare Elettronica:Ci può riassumere in cosa consiste l’offerta di Brady relativa alla stampa e applicazione delle etichette sui PCB?

Marco Minotti (Brady):Brady è molto apprezzata dai propri clienti perché offre sia sistemi di stampa manuale, sia sistemi di stampa automatizzati integrabili con le apparecchiature pick & place e le linee di assemblaggio SMT. Per la stampa a freddo, proponiamo la soluzione per la stampa industriale di etichette BradyPrinter i7100”.

Con una risoluzione di 300 o 600 DPI, questa stampante (Figura 3) gestisce oltre 70 diversi tipi di materiali, raggiunge una velocità di stampa fino a 30 cm al secondo e può stampare etichette con dimensioni da 4 mm a 11 cm. Le etichette prestampate possono poi essere utilizzate nelle linee di assemblaggio SMT utilizzando un feeder che alimenta la macchina pick & place attraverso un apposito braccio adattatore.

Figura 3: Stampante di etichette i7100 (Fonte: Brady Corporation)

Attraverso la serie ALF (Automated Label Feeder), Brady offre un’ampia gamma di feeder in grado di automatizzare l’etichettatura dei PCB interfacciandosi con le macchine pick & place. In aggiunta ai feeder (Figura 4), che gestiscono etichette prestampate, la serie ALF include bracci adattatori per i principali modelli di apparecchiature pick & place (Fuji, Panasonic, Juki, Siplace)”, ha aggiunto Minotti.

Figura 4: un Feeder della serie ALF integrato in una linea SMT (Fonte: Brady Corporation)

Per la stampa ‘a caldo’, la nostra offerta comprende le stampanti A8500 e A8500 FlexCell. Questi prodotti stampano e applicano automaticamente le etichette su qualsiasi scheda elettronica standard, singola o multipla, in 3 secondi e con una precisione di 0,1 mm”.

Come ha sottolineato Minotti, il modello FlexCell (Figura 5) è stato espressamente progettato per occupare una cella della linea SMT e consente di produrre e applicare etichette, anche su piccoli lotti di produzione, che contengono informazioni generate in tempo reale (ad esempio, l’orario di produzione). Le stampanti della serie A8500 stampano i dati on-demand da un sistema ERP e si integrano facilmente in qualsiasi linea di produzione di schede elettroniche con conformità SMEMA.

Figura 5: La stampante A8500 FlexCell in azione su una linea SMT (Fonte: Brady Corporation)

La stampante i7100, l’applicatore A8500 e la stazione di stampa Flexcell sono certificate Industria 4.0 pertanto godono dei relativi vantaggi fiscali.
Lo stesso vale per gli accessori.

Conclusioni

L’etichettatura dei PCB è essenziale per la tracciabilità. Le etichette, infatti, facilitano il tracciamento dei PCB durante le operazioni di produzione, assemblaggio e distribuzione, assicurando che i componenti procedano attraverso l’intero ciclo di produzione e che ogni singolo prodotto sia identificabile anche dopo aver lasciato la fabbrica. Integrando l’etichettatura con gli altri processi aziendali, è inoltre possibile migliorare la gestione di una struttura aziendale e aumentarne l’efficienza produttiva.

Nell’articolo è stata presentata l’offerta di Brady per l’etichettatura dei PCB. Leader nella fornitura di soluzioni per l’identificazione e il tracciamento, Brady ha una linea completa di prodotti per la stampa e applicazione di etichette sui PCB, capaci di una completa integrazione con le più moderne linee di produzione SMT.

Stefano Lovati
Dopo aver conseguito la laurea in Ingegneria Elettronica al Politecnico di Milano, Stefano ha iniziato a lavorare, inizialmente, come progettista digitale e sviluppatore firmware. Negli anni ha maturato una solida esperienza nella progettazione di sistemi embedded, anche con prestazioni real-time, con applicazioni nei settori avionico, trasporti e telecomunicazioni. Stefano ha una profonda passione per tutto ciò che riguarda le tecnologie elettroniche e l'innovazione in generale, curando nel tempo libero la stesura di alcuni articoli tecnici inerenti il mondo dell'elettronica.