Desky plošných spojů 4.0

Automatizace se rozšiřuje velmi rychle. Vyrůstající generace je již dnes nazývána „vrozená robotika“. Desky plošných spojů jsou srdcem všech elektrických spotřebičů, automobilů, robotů, chytrých telefonů, tabletů a dalších zařízení. Musí být proto spolehlivé a odpovídat zvyšujícím se požadavkům na kvalitu, zatímco výrobní náklady se musí snižovat, ačkoliv se komplexita konečných produktů zvyšuje. Není proto divu, že se desky plošných spojů a jejich výroba mění. Nyní mohou mluvit i myslet!

Výroba desky (osazování a následné operace) se objedná u jednoho z výrobců, kteří tak činí na zakázku (EMS − Electronic Manufacturing Services). V jeho MES systému (Manufacturing Execution System) je objednávka zaregistrována, výroba desky naplánována, výrobní podklady připraveny. Jakmile výroba začne, všechna důležitá data ve vztahu k výrobě a kvalitě jsou uložena. I když je deska během výroby pod kontrolu a v každé fázi výrobního procesu identifikována, sama neví nic o výrobním postupu a parametrech jednotlivých procesů nebo o kvalitě.

Jakkoliv je výše uvedený popis velmi zjednodušený, pojednává o klasickém postupu výroby desky plošných spojů. To ovšem není přijatelné pro budoucnost, protože náklady na její výrobu jsou vysoké a její sledování v průběhu celé životnosti těžkopádné. V desce plošných spojů je více Průmyslu 4.0, než si mnozí lidé dovedou představit.

V průběhu výroby holé desky lze do ní uložit paměť, která může aktivně ovlivňovat další procesy, a to nejen ve výrobě, ale i během jejího používání. Realizaci zajišťuje malý čip pro UHF RFID s miniaturní anténou, který je zcela skryt, protože je do desky zabudován.

Od této chvíle může mít dokonce i neosazená deska uloženy výrobní údaje, které lze kdykoliv přečíst (např. datum výroby nebo vlastnosti desky, jako jsou její tloušťka nebo počet vrstev). Pochopitelně, že může být také identifikována, a to dokonce i v případech, kdy je pohromadě s mnoha dalšími deskami nebo na relativně velkou vzdálenost (dosah větší než 1 m není nereálný). Procesy spojené se skladováním tak mohou být optimalizovány právě díky této detekci (bulk detection).

Když se deska s čipem dostane do výrobní linky, zaregistruje se pomocí integrované UHF RFID techniky. Tím je deska identifikována a rozpoznána, informace uložené v čipu mohou být přečteny, stejně jako aktualizovány nebo nahrazeny, pokud je potřeba. Mezi proměnlivé parametry, které mohou být v čipu uloženy, patří například informace typu kdy, kde a jak dlouho. Uloženy mohou být i informace o zvláštnostech ve výrobě na daném výrobním zařízení. Pokud je deska nebo panel desek vložen do výrobního procesu manuálně po jeho vyjmutí z dodávky, čip na desce zkontroluje, jestli je ve správném místě, nebo je potřeba ji dát do jiného výrobního procesu.

Toto všechno je možné s použitím nejnovější techniky UHF RFID. Díky anténě Ha-VIS LOCFIELD® založené na koaxiálním kabelu a univerzální UHF RFID čtečce Ha-VIS RF-R350 od společnosti HARTING je její implementace možná s minimální námahou. Anténa LOCFIELD nepotřebuje mnoho prostoru a přitom umožňuje datovou komunikaci s čipem na desce ve výrobní lince. Koaxiální vodič antény představuje sestavu antén a umožňuje tak komunikaci s více deskami v jednom panelu plnou rychlostí. Díky přizpůsobivému zpracovávání dat v UHF RFID čtečce s možností zápisu typu Ha-VIS RF-R350 mohou být data předem zpracována přímo ve čtečce.

Čtečka a anténa mohou být snadno integrovány jak do nového, tak do starého výrobního systému. Kompaktní tvar a vysoký stupeň zabezpečení (IP67) také usnadňují náhradu starých systémů. Plná integrace dat do výrobního systému je možná kdykoliv, ale není nutná. Pochopitelně že stávající obslužné systémy mohou a měly by být také integrovány. Celé řešení se může snadno rozšiřovat podle potřeby v souladu s požadavky a nápady výrobce a jeho zákazníků.

Uložení dat do RFID čipu na desce odpovídá požadavkům standardů ISO a GS1, které jsou již známé z komerční nákladní dopravy. Data, která bývají uložena v uživatelské paměti čipu, se netýkají pouze identifikace (ID) dané desky, ale také výrobních procesů. Vše je přehledné a později i k dispozici třetím stranám.

Zabudování UHF RFID čipu přímo do holé desky je jistě velice elegantní řešení, ale to není jediná výhoda. Embedded čip, který je díky technologii společnosti Beta LAYOUT vložen do desky zcela automaticky, umožňuje nést informace o kompletním výrobním postupu desky po celou dobu její životnosti. Čip může být také dodatečně vložen na desku jako SMD součástka během osazování. Společnost Murata nabízí odpovídající UHF RFID čipy a transpondéry přes svůj MagicStrap.

Jakmile je deska vybavena pasivní technologií UHF RFID, může být používána podle požadavků po celou dobu její životnosti bez ohledu na to, zda je napájena či nikoli. Kromě aplikací pro skladovou logistiku – které umožňují okamžitou hromadnou identifikaci desek – lze optimalizovat například procesy oprav nebo jejich ekologické likvidace.

Navíc lze informace snadno získávat i tehdy, když je deska již nainstalována do hotového produktu. Pokud plášť není vyroben kompletně z kovu a jsou dodržovány určité základní fyzikální principy, informace obsažené v čipu RFID mohou být i nadále čteny a aktualizovány. Možnosti technologie UHF RFID jsou k dispozici tak dlouho, dokud není deska zlikvidována, a mohou usnadnit a zlepšit různé aplikace.

Je toto vše zatím jen teorií, nebo se to již nyní realizuje? Společnost Nokia využívá výhod výroby desek vybavených UHF RFID v rámci své nové modulární výrobní linky Průmyslu 4.0. První produkty, které se zde vyrábějí, již jsou vybaveny UHF RFID transpondéry. Stroje používané různými výrobci, včetně pájecího systému reflow od společnosti Rehm Thermal Systems, jsou vybaveny popisovanými produkty UHF RFID od firmy HARTING, a splňují tak požadavky Průmyslu 4.0, který dokáže desky plošných spojů vyrábět.

Společnost ASM Assembly Systems GmbH & Co. KG také integruje technologii RFID do svých strojů. Stroje a desky plošných spojů nejsou jedinými věcmi, které mohou být vybaveny technologií RFID. Jako příklad spotřebního materiálu je možné použít čisticí válečky používané v zařízeních pro nanášení pájecí pasty. Související produkty nabízí také společnost Vliesstoff Kasper, zatímco firma Zollner Elektronik AG již jistou dobu předvádí možnosti této technologie ve svém technickém centru v Chamu.

Členové tohoto konsorcia mají mnoho nápadů na využití technologie UHF RFID ještě univerzálnějším způsobem. TU Dresden je kromě dalších věcí zapojena také do úsilí o vývoj zcela nových modulů.

Technologie UHF RFID činí průmysl využívající desky plošných spojů ještě univerzálnější a výrobní procesy flexibilnější a bezpečnější. Otevírá zcela nové scénáře aplikací včetně zlepšování trvale udržitelného zpracovávání surovin desek plošných spojů až po řádnou likvidaci. Společnost HARTING již pracuje na dalších projektech a bude spolupracovat se svými partnery na jejich realizaci.