Zastosowanie etykiet do identyfikacji modułów elektronicznych

Jeszcze dziesięć lat temu większość producentów elektroniki traktowała system oznaczania produktów jako ciekawe, ale niekoniecznie niezbędne rozwiązanie. Dzisiaj widać wyraźną zmianę w podejściu do tego zagadnienia, spowodowaną sformułowaniem restrykcyjnych standardów odpowiedzialności za produkt oraz rozszerzeniem obowiązków gwarancyjnych. Zostały one wyrażone m.in. w takich dokumentach, jak ISO/EN 9001:2000, QS9000, VDA6.2 i – najnowszy – TS16949. Wspólnym mianownikiem wspomnianych wyżej kwestii jest hasło: identyfikacja. Dzięki możliwości pełnej identyfikacji produkowanych modułów i płytek obwodów drukowanych w całym łańcuchu technologicznym mogły zostać utworzone kompletne systemy kontroli. Gwarantują one wysoką jakość produktu przy jednoczesnej minimalizacji kosztów. Również w tej dziedzinie nastąpił niezwykły postęp technologiczny. Dawniej można było ręcznie naklejać duże etykiety z kodami kreskowymi na moduły lub płytki – czy to na etapie montażu powierzchniowego, czy po podzieleniu na mniejsze jednostki – ponieważ etykiety były potrzebne tylko w późniejszych fazach testowania i montażu. Dzisiaj najbardziej aktualne reguły zarządzania zintegrowanym łańcuchem technologicznym nakazują identyfikację komponentów już na samym początku procesu produkcyjnego. Coraz mniej miejsca: DataMatrix – najlepszy wybór Niezależnie od użytej metody wykonania oznaczenia, do których zaliczają się grawerowanie laserowe, nadruk atramentowy lub nanoszenie etykiet z nadrukiem termotransferowym, największe znaczenie ma dobór właściwej treści informacyjnej i oddającej ją symboliki. W tabeli 1 przedstawiono porównanie powierzchni zajmowanej przez różne rodzaje kodów o tej samej zawartości informacyjnej i różnej rozdzielczości wydruku. Jako podstawę porównań przyjęto kod DataMatrix. Założono, że jednowymiarowe kody kreskowe mają wysokość 5 mm. Porównanie opiera się również na założeniu, że jeden moduł dwuwymiarowego kodu DataMatrix oraz najwęższa kreska jednowymiarowego kodu kreskowego mają szerokość równą 3 punktom. Okazuje się, że do zakodowania 6 cyfr kodem typu „przeplatany 2 z 5” potrzeba 9-krotnie większej powierzchni niż do zakodowania tych samych 6 cyfr kodem DataMatrix! Jeszcze większe marnotrawstwo powierzchni zachodzi w przypadku tradycyjnego kodu 39. W tym przypadku kodując dokładnie tę samą informację, zużywa się 14-krotnie większą powierzchnię niż w kodowaniu typu DataMatrix! Odpowiedni sposób kodowania i mniejsza ilość danych Potrzeba kodowania coraz większej ilości informacji powoduje wzrost wymagań związanych z rozdzielczością druku oraz jego kontrastem. Wniosek jest następujący: mniej znaczy lepiej! Niewykorzystane zera na początku długich numerów seryjnych są naprawdę zbędne! Odwzorowanie dokładnej daty produkcji za pomocą prostego ciągu numerycznego: „18072006” jest w tym kontekście mało efektywne. Należy sobie uświadomić, że użycie ośmiu cyfr do oznaczenia daty „18 lipca 2006” to tylko jedna z możliwości. Tę samą informację można zawrzeć w skróconym lub skompresowanym ciągu, np. 199G, a więc przez zastosowanie innego sposobu kodowania. W podanym przykładzie trzy pierwsze znaki (199) oznaczają 199. dzień roku, a więc 18 lipca. Natomiast znak alfanumeryczny G oznacza rok 2006, zakładając, że przyjęliśmy prosty schemat kodowania, gdzie: 2000=A, 2001=B, 2002=C itd. Postawienie na taki sposób kompresji danych jak opisany wyżej oznacza koniec ery oznaczeń wykonywanych techniką nadruku atramentowego. Zważywszy na jego niską rozdzielczość – rzędu 100 dpi – oraz ograniczoną odporność na ścieranie i rozpuszczanie, można uznać, że nie ma on już wiele do zaoferowania w dziedzinie profesjonalnej identyfikacji. Jeśli na razie pominiemy technologię RFID, pozostają tylko dwie możliwości: grawerowanie laserowe i oznaczanie za pomocą etykiet termotransferowych. Nanoszenie etykiet termotransferowych, o rozdzielczości wydruku na poziomie od 500 do 600 dpi, zapewnia dziś spełnienie wszystkich wymagań proceduralnych związanych z identyfikacją modułów i obwodów elektrycznych, również w przypadku kodowania dużych ilości danych. Prawdą jest, że przez ostatnich kilka lat grawerowanie laserowe zyskiwało coraz większą aprobatę pod względem wymagań sprzętowych i odpowiadających im technik dekodowania. Grawerowanie laserowe nie może jednak się równać z etykietowaniem, jeśli chodzi o kontrast i możliwość zastosowania niezależnie od właściwości powierzchni. Bez wątpienia czarny nadruk na białej etykiecie – dający 100-procentowy kontrast – zapewnia najlepszą czytelność, niezależnie od rodzaju podłoża (matowego lub błyszczącego). Drukarki termotransferowe do wszelkich zastosowań Jakimi kryteriami kieruje się użytkownik, chcąc dokonać właściwego wyboru sprzętu i materiałów eksploatacyjnych, aby uzyskać optymalny system identyfikacji bazujący na etykietowaniu? Jednym z tych kryteriów jest z pewnością ilość informacji, które mają być umieszczone na etykiecie. Parametr ten decyduje o doborze drukarki termotransferowej o odpowiedniej rozdzielczości. Zapewni ona optymalne wyniki czytników stosowanych na dalszych etapach procesu (tj. czytników kodów kreskowych i kamer), zwłaszcza wysokie wskaźniki pierwszej próby odczytu, nawet przy rozdzielczości poniżej 7 mils. Ręczne aplikowanie etykiet Na rynku dostępna jest szeroka oferta (w tym również urządzenia firmy Brady) do ręcznego aplikowania etykiet. Drukarki tego typu, wyposażone w nawijak, oferują pełne możliwości drukowania i nawijania etykiet na rolkę, a także odklejania ich na drukarce w procesie aplikacji ręcznej. Istnieje też możliwość automatycznego nanoszenia gotowych etykiet na obwody drukowane za pomocą podajników do automatów montażowych. Przykładowo, amerykański dostawca Hover-Davis oferuje podajniki etykiet, dostosowane niemal do wszystkich popularnych automatów do montażu powierzchniowego. Automaty te mogą opcjonalnie zawierać wbudowany moduł drukowania, jednak zwykle zajmuje on kilka slotów. Technologia CLT (Clean Liner Technology) eliminuje wyciek kleju W maju 2006 r. na targach SMT w Norymberdze firma Brady wprowadziła kolejną innowację w procesie etykietowania: automatyczne podawanie etykiet w drukarkach termotransferowych wyposażonych w technologię Clean Liner Technology (seria THTCLT). Nowa funkcja automatycznego podawania wiąże się z zastosowaniem warstwy poliamidowego materiału B-496 z klejem akrylowym przyklejanym na docisk oraz górnej powłoki o wysokim stopniu nieprzezroczystości. Podkład jest przyklejany pod etykiety już po fazie wycinania wykrojnikiem. Dzięki temu nie dochodzi do nacięcia podkładu przy próbie uniknięcia wycieku kleju, a w rezultacie do zatrzymania produkcji na skutek przemieszczenia lub niewłaściwego wydrukowania etykiety. Etykiety wykonane w technologii CLT można stosować ze wszystkimi aplikatorami etykiet THT, a są one szczególnie polecane do aplikatorów z serii PAM 6330 i PAM 6360 oraz podajników LP i POD600, produkowanych przez firmę Hover-Davis. Nie należy zapominać o kosztach materiałów eksploatacyjnych i konserwacji Inną kwestią rozpatrywaną przy doborze odpowiedniego systemu drukowania jest ilość wydruków wykonywanych w ciągu roku. Decyduje ona o wydatkach na materiały eksploatacyjne i częstotliwości konserwacji urządzeń. Wyznacznikiem obowiązkowych konserwacji jest długość wydruków (w kilometrach). Bezawaryjne działanie mogą zagwarantować tylko te systemy drukowania, które są prawidłowo i profesjonalnie utrzymywane. Etykiety przeznaczone do pracy w wysokich temperaturach Dobierając materiał, z którego mają zostać wykonane etykiety, należy określić, czy powinny one wytrzymać warunki panujące w piecu rozpływowym, czy też nie. Do pieców rozpływowych stosowane są z reguły etykiety poliamidowe. Jeśli nie ma konieczności lutowania rozpływowego, do wyboru pozostają takie materiały, jak poliester, papier lub nawet polietylen czy winyl. Wybierając etykiety oznaczone „przed montażem SMD”, należy wybrać materiały odporne na działanie wysokich temperatur. Korzyść z ich zastosowania polega na 100-procentowej kontroli nad procesem dzięki temu, że etykiety te są nanoszone na początku procesu produkcyjnego. W ten sposób dostarczają danych na temat przebiegu procesu technologicznego na jego wszystkich kolejnych etapach: sitodruku, montażu, lutowania rozpływowego itd. Wybór etykiet nieprzystosowanych do wysokich temperatur oznacza, że będą one stosowane po etapie lutowania SMT. Są tańsze niż przystosowane do wysokich temperatur etykiety poliamidowe, jednak uniemożliwiają prowadzenie pełnej kontroli nad procesem produkcyjnym. Na rynku znajdują się nie tylko etykiety ze specjalnych, odpornych na wysokie temperatury materiałów, ale również ESD - rozpraszające ładunki elektryczne, które mają równocześnie dużą odporność na temperaturę. Wysokiej jakości kolorowe taśmy gwarantują nadruk odporny na ścieranie i rozpuszczanie. Dlatego obwody drukowane, mogą być czyszczone po procesie etykietowania. Obliczanie powierzchni etykiety – przykład W każdym przypadku etykietowania obwodów drukowanych można dobrać odpowiedni materiał. Załóżmy, że mamy do czynienia z następującym procesem: identyfikacja modułów elektronicznych za pomocą 18-cyfrowego alfanumerycznego kodu w celu uzyskania pełnej kontroli nad śledzeniem partii produkcyjnej w procesie. Przewidywana ilość elementów, które mają być oznakowane w skali roku, to 600 tys. sztuk. Operacja ma przebiegać w sposób ciągły z wykorzystaniem czytników jedno- i dwuwymiarowych, o minimalnej rozdzielczości 8 mils. Podstawową interesującą nas kwestią jest zużycie materiału na etykiety, zależnie od wyboru rodzaju kodowania (jedno- lub dwuwymiarowe). Wyniki są następujące: w przypadku kodowania dwuwymiarowego, gdzie szerokość elementu wynosi 3 punkty, i 18-cyfrowej informacji otrzymujemy macierz o wymiarach 14 na 14 punktów, odpowiadającą powierzchni nadruku netto o wymiarach 4 na 4 mm. Taki schemat kodowania (z wykorzystaniem standardowego aplikatora druku) z łatwością zmieści się na etykiecie o wymiarach 7 na 7 mm, jeśli zastosujemy druk o rozdzielczości 300 dpi, równoznaczny z wartością 10 mils dla najmniejszego modułu. W takim układzie dotychczasowy czytnik jest wystarczający i nie ma potrzeby dokonywania dodatkowych inwestycji w czytniki. Pozostaje nam przeanalizować koszt materiałów do tworzenia etykiet. Tego typu kod – jak opisany wyżej – wymaga użycia 49 mm2 materiału na jedną etykietę, co przy 600 tys. etykiet w skali roku daje 30 m2 materiału. Zastosowanie kodu jednowymiarowego w systemie kodu 128 wymaga całkowitej szerokości wydruku (łącznie ze strefą bezpieczeństwa) o wartości prawie 40 mm. Jeśli najwęższy pasek kodu będzie miał 3 punkty szerokości, a wysokość wydruku 4 mm, na kod zostanie wykorzystane 160 mm2 powierzchni (nie licząc nadruku optycznego). Pomijając „nieubłagany” prostokątny format kodów jednowymiarowych, zużycie materiału w ich przypadku okazuje się 3,3 razy większe niż w przypadku kodu dwuwymiarowego! Istotna jest również mniejsze zużycie kolorowej taśmy. Wnioski: niedrogi system identyfikacji wymaga odpowiednich rozwiązań Z powyższych informacji wynika, że stworzenie efektywnej i niedrogiej koncepcji systemu identyfikacji jest zagadnieniem złożonym z powiązanych i ściśle dopasowanych elementów. Jeśli jeden z nich zostanie niewłaściwie dobrany lub źle wyskalowany – niezależnie od tego, czy będzie to sprzęt komputerowy, materiały eksploatacyjne, czy odstępy między konserwacjami urządzenia – poskutkuje to z pewnością zwiększeniem liczby błędów na etapie etykietowania. W bardziej pesymistycznym scenariuszu – również w trakcie późniejszego rozpoznawania elementów przez różne czytniki podczas testowania i/lub montażu. A to może spowodować katastrofalne skutki. Innymi słowy, odpowiednie rozwiązania w zakresie znakowania i etykietowania zawsze powinny być projektowane przez specjalistów. Tabela 1. Porównanie powierzchni zajmowanej przez różne kody identyfikacyjne (wartości szacunkowe) Artykuł powstał dzięki uprzejmości firmy Brady Corporation. Komentarze prosimy wysyłać na adres central_europe@bradycorp.com