Los avances tecnológicos detrás de la Industria 4.0 traen nuevos desafíos para la fabricación de PCB

La Industria 4.0 promete enormes ganancias en la eficiencia y la productividad de la automatización de datos de fábrica, gracias en parte a los avances paralelos en la automoción, el Internet de las cosas (IoT) y la inteligencia artificial (AI). Mirando hacia el futuro, podemos imaginar procesos industriales donde las máquinas serán responsables de tareas específicas "aprendidas", explotando ciclos de retroalimentación cerrados mediante los cuales se monitorean e informan datos de producción altamente detallados en tiempo real, y las desviaciones detectadas activan automáticamente los ajustes de los parámetros de la fuente. De esta manera, los sistemas se controlarán y corregirán por sí mismos, y los rendimientos aumentarán sustancialmente.

Este proceso generará volúmenes asombrosamente grandes de datos para ser aprovechados y analizados, un desafío abrumador de administrar, pero absolutamente necesario para el aprendizaje automático (ML), donde los sistemas de inteligencia artificial están diseñados para absorber y "aprender" de hasta el último bit de información disponible. Aunque la industria de la electrónica está un poco lejos de lograr este nivel de automatización e inteligencia, la evolución hacia la Industria 4.0 está muy avanzada, como lo demuestran las tendencias recientes en el mercado de fabricación de PCB.

Los fabricantes de PCB están bajo una presión cada vez mayor para proporcionar datos cada vez más detallados sobre todas y cada una de las unidades de PCB terminadas producidas en su taller, lo que permite a sus clientes identificar, rastrear y solucionar rápidamente los defectos de PCB a lo largo de la cadena de suministro con los niveles más altos de granularidad de datos. Para afrontar este desafío, los fabricantes de PCB están llevando a cabo modificaciones de proceso que capturan datos de producción de PCB y análisis de causa raíz en cada etapa del proceso de fabricación. El proceso genera vastas bases de datos de datos de fabricación que, en última instancia, ayudan a ofrecer una visibilidad completa del proceso de fabricación, evalúan la integridad funcional en cada capa individual dentro de una PCB determinada y supervisan el estado del dispositivo a medida que avanza en la línea de producción.

Además, los fabricantes de PCB están buscando métodos para utilizar la fabricación inteligente de nuevas formas para mejorar el proceso general e identificar áreas problemáticas en los sistemas de fábrica. Las aplicaciones de visualización y control de procesos avanzados son componentes clave de esta estrategia y, en última instancia, se convertirán en el habilitador de fábricas completamente automatizadas.

Seguimiento de precisión en cada capa

Los beneficios de la rastreabilidad y las capacidades de control de procesos son numerosos y están muy alineados con los principios básicos de la Industria 4.0. La trazabilidad, la capacidad de los fabricantes para rastrear los defectos hasta la unidad de PCB, proporciona una mayor visibilidad del proceso a través de la recopilación de datos digitales en toda la línea de producción y la canalización de estos datos directamente al sistema de ejecución de fabricación (MES) de la fábrica y al departamento de TI. . Además, la trazabilidad aumenta la eficiencia mediante el establecimiento de un punto de conexión centralizado para todos los equipos de fabricación, y es rentable, particularmente en la forma en que aprovecha las herramientas analíticas que permiten un mejor rendimiento y gestión de procesos.

En la práctica, la trazabilidad de PCB no es diferente de los procesos de seguimiento de materiales y mercancías comerciales en la medida en que depende de los códigos de barras y el software. Pero a diferencia de la mayoría de los productos comerciales, los PCB son muy complejos y las implicaciones de una falla de PCB en el campo pueden ser particularmente graves, dependiendo de la naturaleza del dispositivo electrónico en el que se encuentra, ya sea un teléfono inteligente, un desfibrilador o un vehículo no tripulado, y todo. en el medio.

Figura 1. Los fabricantes de PCB deben recopilar y rastrear datos.

No es lo suficientemente bueno simplemente leer y rastrear un código de barras en la parte superior de una PCB terminada porque la trazabilidad será muy limitada, al igual que la capacidad de identificar problemas que surgen de una capa interior de PCB. En cambio, en el espíritu de la Industria 4.0, cada unidad de cada capa en cada PCB debe codificarse individualmente utilizando software y marcado de códigos de barras sofisticados para que pueda vincularse lógicamente a las otras unidades en las capas de la PCB.

Este enfoque extremadamente detallado permite la trazabilidad de un extremo a otro y permite el análisis de la causa raíz hasta cada proceso de fabricación de PCB específico dentro de la línea de producción. Entre los datos granulares que se pueden rastrear:máquinas utilizadas y sus parámetros y acciones, imágenes de defectos, fecha y hora de fabricación, nombre del operador, número de lote y más.

Estos datos rastreados son valiosos para el análisis histórico, pero son igualmente valiosos, o más, cuando se procesan, analizan y devuelven inmediatamente al MES antes de que la PCB salga de fábrica. Estos datos deben evaluarse y actuarse en tiempo real si se van a utilizar de manera eficaz para identificar y corregir los problemas del proceso a medida que ocurren, limitando así la propagación de defectos. Y a medida que la tecnología de ML e IA pasa a primer plano, este circuito cerrado de retroalimentación en tiempo real resultará esencial para permitir procesos de aprendizaje y toma de decisiones verdaderamente automatizados.

Mayor conocimiento de los procesos de fabricación

Existe una necesidad creciente de tener una visibilidad completa de los procesos de fabricación de PCB, yendo mucho más allá de la trazabilidad de las unidades de PCB. Hasta ahora, no se podían tomar decisiones automatizadas y los operadores en la planta de producción nunca podrían mirar atrás en el tiempo a través de muchos sistemas de fabricación para identificar problemas y tendencias con precisión. El advenimiento del control y la visualización de procesos avanzados marca los primeros pasos hacia una fábrica totalmente automatizada habilitada por IA.

Mediante el uso de control y visualización de procesos avanzados, los informes de producción automatizados y altamente detallados proporcionarán a los fabricantes una imagen general, al principio del proceso:visibilidad en tiempo real y un mapa de distribución de defectos en las etapas de fabricación e inspección, así como desde el nivel del panel hacia abajo. a unidades de PCB individuales. Los fabricantes de PCB pueden identificar de forma rápida y precisa las tendencias de defectos a lo largo del proceso de diseño y fabricación utilizando análisis recopilados a través del monitoreo de producción.

Con base en datos de producción reales que brindan información procesable, los fabricantes de PCB pueden llevar a cabo un análisis de la causa raíz y cerrar el ciclo de retroalimentación con los diseñadores. Esto mejora la gestión general del piso de producción, lo que resulta en decisiones eficientes, rápidas y más informadas que mejoran el proceso de producción. Los beneficios pueden incluir menores costos de mantenimiento, menor tiempo de inactividad y mayor productividad y efectividad.

Recopilación de datos, recopilación de velocidad

A pesar de que es un esfuerzo minucioso que requiere la trazabilidad, se está convirtiendo en la nueva norma para los fabricantes de PCB integrados, ya que compiten por la ventaja en los lucrativos mercados de dispositivos electrónicos con poca o ninguna tolerancia para los productos defectuosos. Sin embargo, la integridad y la trazabilidad del dispositivo ejercen un impacto que va más allá de la confiabilidad del producto. De hecho, la capacidad de un fabricante de PCB para demostrar y mantener altos niveles de calidad y rendimiento del producto será un factor cada vez más importante para los clientes que examinan un campo altamente competitivo de proveedores de PCB. Los fabricantes de equipos originales de dispositivos electrónicos están aplicando cada vez más escrutinio a los procesos de trazabilidad de los proveedores y el impacto subsiguiente en los cálculos de rendimiento, lo que a su vez informa las evaluaciones de los clientes sobre la escalabilidad de producción y las estructuras de costos de los proveedores. Los códigos QR (Figura 2) permiten a los fabricantes rastrear cada placa.

Figura 2. Los códigos QR permiten a los fabricantes realizar un seguimiento de las placas a medida que avanzan en la producción.

En un nivel superior, el control avanzado del proceso de fabricación se volverá esencial para los proveedores de PCB a medida que buscan nuevas formas de mejorar los procesos de fabricación en todos los sistemas y aumentar el rendimiento general.

Las capacidades de trazabilidad y conectividad en tiempo real son especialmente importantes para los proveedores de PCB que compiten por valiosos subsidios gubernamentales. Esta tendencia es más pronunciada en Europa y también en China, donde el plan "Hecho en China 2025" del gobierno otorga un valor superior a la habilitación de la Industria 4.0. Las aplicaciones de trazabilidad y análisis avanzado son pasos preliminares en el desarrollo de sistemas impulsados ​​por IA. Estos sistemas son, a su vez, un elemento esencial en la carrera hacia un piso de producción completamente automatizado, el objetivo final de la Industria 4.0, y los proveedores de PCB están ansiosos por demostrar sus competencias aquí.

La tendencia hacia la digitalización de la producción se está acelerando entre los proveedores de PCB con ambiciones de mercado masivo en teléfonos inteligentes y electrónica premium. Un mayor impulso es inevitable ya que los proveedores de PCB de próxima generación y componentes integrados buscan atender el mercado de rápido crecimiento de vehículos autónomos, un mercado para el cual el margen de error del dispositivo y la seguridad de los pasajeros es muy pequeño.

Es este mercado el que quizás tenga más probabilidades de propagar los requisitos de automatización de datos de PCB hacia el oeste a las fábricas industrializadas de Europa y América del Norte y del Sur. Comprensiblemente, los vehículos autónomos que transportan pasajeros (y los robots que los ensamblan) estarán sujetos a las especificaciones más estrictas de PCB e integridad del proceso.

La trazabilidad con herramientas analíticas complementarias ayuda a reforzar las garantías de que los PCB destinados a estos vehículos han sido fácilmente rastreables, accesibles y adaptables a los controles de proceso a lo largo del ciclo de producción. En el futuro, la conectividad en tiempo real ayudará a garantizar que las irregularidades del proceso se identifiquen y solucionen inmediatamente después de que se detecte un defecto. Esta conectividad también proporcionará información sobre el estado de la máquina y las alertas relacionadas y permitirá el control remoto de la maquinaria. Estas capacidades son fundamentales para la visión de la Industria 4.0 y serán indispensables a medida que la IA se arraigue en la automatización de fábricas inteligentes.

Tal Lev-Ran es directora de marketing de Industria 4.0 en Orbotech Ltd. Se incorporó a la empresa en 2013 y ocupó varios puestos de ingeniería en el equipo de productos de inspección óptica automatizada (AOI). Antes de Orbotech, Tal ocupó diversos puestos en la industria de semiconductores en Applied Materials y Numonyx. Tiene un título en ingeniería de la Universidad Ben Gurion del Negev.