Александр Найшуллер

Ручная сборка и малосерийное производство так же, как и крупносерийное, требуют идентификации изделий и их компонентов для упрощения процесса сборки, учета, контроля и надежного отслеживания проблем в процессе производства. Мы предлагаем небольшой обзор методов и технологий маркировки, наносимой в процессе сборочного производства сложных устройств с электронными платами.         

Зачем нужна маркировка?

Маркировка необходима, так как она содержит:

-  информацию о производителе (это требование закона);

-  заводской номер изделия, а с ним историю производства (дата, номер партии комплектующих и т. п.);

-  информацию о том, кто работал с электронной платой в процессе сборки и проверки;

-  дополнительную технологическую информацию, которая будет полезна потребителю или наладчику (обозначение кабелей и проводников, выходящих от платы, версию ПЗУ или ППЗУ, точки контрольных замеров и регулировки и т. д.);

-  указание на принадлежность к определенному типу устройства.

Частично маркировка наносится в процессе производства комплектующих: на электронную плату  -  во время изготовления платы-заготовки (обозначения элементов, изготовитель, идентификатор изделия), на пластмассовые изделия  -  при их формировании, на некоторые металлические комплектующие  -  при штамповке. Однако такая маркировка практически нечитаема автоматическими устройствами и требует времени на ее прочтение человеком. В связи с этим в процессе производства возникает необходимость использовать дополнительную маркировку. Наиболее выгодно применять разнообразные самоклеящиеся этикетки.

Чаще всего изделия маркируются путем прикрепления к каждой плате небольшой этикетки, содержащей штрих-код, альфа-цифровой код или 2D-код. В последние два года 2D-код получил широкое распространение, так как позволяет вместить в сканируемую этикетку существенно большее количество информации. К этикетке предъявляются следующие требования:

-  она должна иметь малые размеры;

-  она не должна накапливать статическое электричество во избежание электростатических разрядов (ЭСР) при отделении от подложки и прикреплении к плате;

-  вся этикетка целиком, включая адгезионный слой, сам субстрат полимера и собственно информацию на этикетке, должна обеспечивать неизменность качества и возможность чтения. При этом надо учитывать, что в процессе производства могут появиться загрязнения от пальцев, а также от припоя, флюса и очищающих жидкостей;

-  этикетка должна быть несъемной, т. е. она не должна перемещаться.

Этикетки, прикрепляемые вручную, не свободны от ошибок при печатании текста и могут накапливать статическое электричество, из-за чего возможны ЭСР. Для серийных сложных и дорогих плат ручная работа по прикреплению этикеток становится роскошью, так как потери от брака из-за ЭСР существенно превышают экономию от приобретения автоматического аппликаторного модуля (РАМ).

Подбор материала для этикетки обусловливается:

-  дизайном (для внешних этикеток)  -  формой, цветом, шрифтом;

-  необходимостью допечатки на этикетке заводского номера (надо подбирать материал и технологию допечатки);

-  условиями эксплуатации (влажность, температура, вибрация, возможность попадания загрязнений или появления царапин);

-  материалом, на который наносится этикетка, для правильного подбора адгезионного слоя.

Для идентификации комплектующих сборки, кроме того, применяются этикетки, маркирующие компоненты будущего устройства, электронные компоненты и указывающие стадии контроля и наладки.

Идентификация и маркировка электронных компонентов и плат

Цветовая идентификация необходима для ускорения процесса контроля и уменьшения числа возможных ошибок по вине человека. Для этого применяются цветовые метки в виде цветных самоклеящихся дисков, которые позволяют опознавать элемент по цвету прикрепленного диска, и не тратить время на чтение идентификационной надписи. Такие же этикетки, будучи помещенными на край платы, могут указывать перечень стадий производства и контроля, которые прошла плата или устройство.

Цифровая идентификация применяется в тех случаях, когда число контролируемых компонентов или стадий обработки превышает 6 - 8 и цветового кодирования недостаточно. В этом случае используются самоклеящиеся микроэтикетки с номером. Для малосерийного и ручного производства могут использоваться микроэтикетки с заводским номером.

Идентификация контроллера особенно важна на производствах с повышенными требованиями к качеству. Но и в этом случае этикетка должна обеспечивать возможность нанесения рукописной информации при сохранении остальных требований  -  незагрязняемости, миниатюрности и неперемещаемости.

Для маркировки компонентов можно использовать следующие подходы:

-  электронные компоненты, требующие особенно осторожного обращения из-за возможности повреждения электростатическим разрядом, маркируются яркой желтой этикеткой со знаком опасности разряда;

-  в ППЗУ окошечко с маркировкой версии содержания закрывается от возможного случайного стирания;

-  закрывается маркировка элемента для затруднения его идентификации;

-  на элемент наносится дополнительная информация, облегчающая последующий контроль и наладку. Обычно это разнообразные этикетки, различающиеся цветом, размерами (для разных корпусов микросхем), материалом (для разных технологий монтажа и температур эксплуатации), технологией нанесения требуемой маркировки (лазерный принтер, матричный принтер, термопринтер, ручное нанесение).

Все эти маркировки могут быть также сделаны неперемещаемыми.    

Маркировка проводников и кабельных соединений

Этот вид маркировки используется уже на стадии сборки изделия. Применяемая технология маркировки зависит от нескольких факторов:

-  диаметра проводника или кабеля;

-  места нанесения маркировки (концы кабеля или его середина);

-  объема наносимой на маркер информации;

-  числа изготавливаемых маркеров  в день;

-  способа нанесения информации;

-  условий эксплуатации.

Маркировка деталей прибора

Последнюю группу типов маркировки представляют собой этикетки, прикрепляемые на прочие элементы устройства (на корпусе указываются заводской номер и изготовитель). Это может быть этикетка на элементе (трансформатор, реле и т. п.) с кодовым обозначением для последующей возможной замены или ремонта, маркировка индикаторов и управления на лицевой панели.         

Автоматическая идентификация плат

Автоматизированная технология идентификации (АТИ) обеспечивает точность, экономию средств, возможность трассировки и наличие информации, необходимой для управления процессом производства.

Рассмотрим подробнее технологии автоматической идентификации фирмы Brady, которые реализуют так называемые операции с нулевой очередью (т. е. РАМ печатает бар-код одновременно с появлением платы на идентификационной платформе и немедленно прикрепляет этикетку с бар-кодом на плату). Работа с нулевой очередью гарантирует, что во время процесса идентификации не будет прикреплено ни одной неправильной этикетки и, что более важно, программное управление процессом будет немедленно извещено о завершении идентификации платы.

В АТИ модуль автоматического прикрепления РАМ печатает и прикрепляет этикетки с алфавитно-цифровыми бар-кодами и 2D-кодами. Время цикла печати и прикрепления со сканированием  -  менее 5 с. Без сканирования этот процесс потребует всего 4 с.

Работа с такой нуль-очередной технологией позволяет индивидуально идентифицировать каждую плату как с текстом, читаемым человеком, так и со сканером, что позволяет вносить в нее такую информацию, как время, дата, серийный номер, история тестирования и ремонтов и т. д. Достигнуть той же степени точности с помощью этикеток, прикрепляемых вручную, практически невозможно.

Этикетки могут быть тут же проверены с помощью сканирования и, при наличии ошибки, новая этикетка будет прикреплена через несколько секунд. С помощью такого контроля уровень ошибок уменьшается до 0,002%. Точность гарантируется системой РАМ-500, включающей изощренную систему ХУ-контроля процесса прикрепления, управляемую программируемым контроллером со специальным программным обеспечением. Точность прикрепления находится в пределах 0,5 мм, практически исключая ошибку сканирования из-за неточного позиционирования этикетки. Такую точность невозможно обеспечить вручную.

Хотя операционные достоинства АТИ  -  важный элемент, главным тестом для любой технологии является время возврата вложенных в нее инвестиций. На участке средней производительности (1 млн. элементов в год) модуль нанесения этикеток обеспечивает, по данным экспертов США, возврат инвестиций менее чем за 6 мес. К этому надо добавить и существенную экономию от уменьшения количества брака.

Электронные устройства может серьезно повредить электростатический разряд. АТИ уменьшает силу ЭСР двумя путями. Во-первых, снижается возможность контакта и соответственно уменьшается потенциал для ЭСР, вызываемых этим контактом. Во-вторых, используется специальный материал фирмы Brady  -  этикетки ShockBlock, которые уменьшают силу ЭСР, возникающих при машинном или ручном прикреплении этикеток.

C Алекcандpом Hайшуллеpом, диpектоpом фиpмы “Зет Cеpвиc”, можно cвязатьcя по E-mail: alex@anaish.msk.ru.

Технологии нанесения текста на этикетку

Ниже перечислены основные технологии нанесения текста маркировки на этикетку.

- С помощью матричного принтера. Самый дешевый способ, обеспечивающий надежность маркировки за счет использования картриджей, пропитанных специальным составом. Для каждого материала существует свой тип пропитки, что позволяет получать наиболее качественное отображение. Возможно применение самого широкого диапазона материалов. Недостаток  -  невысокая скорость изготовления этикеток и производимый принтером шум.

- С помощью лазерного принтера. Этот способ гарантирует высокое качество изображения, что позволяет наносить штрих-коды на малые этикетки. Скорость нанесения текста  -  средняя между матричным и термопринтером. Из-за термических процессов, происходящих внутри принтера, технология пригодна для ограниченного числа материалов, а из-за полистового движения носителя малопригодна для автоматизации. Эта технология удобна для малых и средних серий, для создания этикеток нестандартного размера.

- С помощью термопринтера. Наиболее подходящая технология для производства, так как работает с рулонным носителем, имеет высокую скорость нанесения, применима почти на столь же широком диапазоне материалов, как и в случае с матричным принтером. Обеспечивает создание этикеток малого размера и такую же степень разрешения, как и лазерный принтер. Дает возможность использовать различные виды пленки, с которой на поверхность этикетки переносится текст, тем самым осуществляя наилучший подбор компонентов маркировки. Имеет модификации для плотных материалов типа термоусадочных маркеров. Стоимость термопринтеров, как правило, существенно выше стоимости других принтеров.

- С помощью струйного принтера. Эта технология уже начала внедряться, но из-за высоких требований, предъявляемых ею к скорости высыхания материалов, на поверхность которых может наноситься текст, она использует более узкий спектр материалов, чем термопечать, но более широкий по сравнению с лазерным принтером. В остальном же эта технология имеет те же недостатки, какие присущи лазерному принтеру (средняя скорость печати, полистовая обработка и т. п.).      

Способы маркировки и рекомендации по их применению

Клипсы  -  пластиковые незамкнутые или замкнутые кольца с нанесенным одним символом или цифрой. Рекомендуется использовать, если пространство, где проводится маркировка, закрыто от постороннего случайного воздействия и идентификация требует не более двух символов. Диапазон диаметров, где применяются клипсы, составляет от 0,8 до 17 мм. Удобны для нанесения маркировки на смонтированный провод или кабель.

- Самоклеящиеся маркеры  -  универсальное средство при правильном подборе этикетки в зависимости от перечисленных выше факторов. При малом диаметре и большом объеме идентифицирующей информации используется маркировка “флажком”. Подобные маркеры применяются для любых диаметров и могут наноситься на любое место кабеля.

- Самоламинирующиеся маркеры  -  это самоклеящиеся этикетки, имеющие матовую и прозрачную часть. Прозрачная часть маркера после обертывания вокруг кабеля или проводника прикрывает текст и надежно сохраняет его при любых условиях. Матовая часть может быть цветной, что позволяет использовать дополнительное цветовое кодирование. Нанесение текста  -  с помощью всех видов принтеров и вручную. Возможно использование готовой заводской идентификации. Диапазон диаметров кабеля, где применяются такие маркеры,  -  от 3 до 560 мм. Предпочтительны при эксплуатации в агрессивной среде. Надежный вариант для ручного маркирования.

- Термоусадочные маркеры  -  неклеевые маркеры, используемые, как правило, при маркировке концов кабеля. Выполняют также функции электроизоляции. Изготавливаются из негорючего или подавляющего горение материала. Степень усадки  -  1:2 и 1:3. Диапазон диаметров кабеля, где применяются такие маркеры  -  от 0,9 до 27 мм. Возможна дополнительная цветовая кодировка материала. Нанесение текста  -  с помощью матричного или термопринтера. Эти маркеры предпочтительны для наружных проводников, где требуется хороший товарный вид, для надежной долгоживущей маркировки в нестандартных условиях, для маркировки проводников и кабелей с тефлоновой или грязной поверхностью. Это единственный вид маркировки, обеспечивающий без дополнительных трудозатрат электрическую изоляцию.

- Термомаркировка осуществляется с помощью ручного или полуавтоматического аппарата, который с помощью нагреваемых колесиков с выгравированными символами оставляет маркировочные выплавленные следы на поверхности пластиковой оплетки проводника или кабеля. Используется для технологической маркировки кабеля с термоплавкой оболочкой.

- Маркировка сменными надписями  -  этот вид применяется для технологической маркировки, когда необходимо изменить текст идентификации без снятия или надевания маркера. Такая маркировка осуществляется с помощью прозрачного канала, в который вдевается кабель, и держателя маркировочной таблички. По мере необходимости табличка перепечатывается и заменяется в держателе на другую.

Идентификация электронных плат

Идентификация (или маркировка) электронных плат необходима для следующих целей:

-  однозначной идентификации каждой платы для ведения ее истории, учета и контроля, причем желательна возможность автоматического чтения информации с этикетки;

-  передачи информации между пространственно разнесенными точками обработки изделия;

-  оперативного и точного отслеживания этапов работы с изделием;

-  передачи части функций от человека к автомату, работающему автономно или под управлением компьютера;

-  уменьшения потерь времени при ручном контроле и настройке электронного блока на завершающей стадии производства, связанного с поиском контрольных точек и точек регулировки.