I circuiti stampati sono una componente fondamentale di dispositivi elettrici, automobili, robot, smartphone, tablet e simili. Devono quindi essere affidabili, soddisfare requisiti di qualità crescenti, eppure i costi di produzione dovrebbero diminuire con la crescente complessità del prodotto finale. Pertanto, il circuito stampato stesso e la sua fabbricazione stanno cambiando. Grazie alla tecnologia RFID UHF di Harting, il componente elettronico può ora parlare e pensare da solo.

Una scheda di controllo viene ordinata da uno dei fornitori di servizi MES in Germania. Dopo che l'ordine è stato inserito, l'ordine viene pianificato, la produzione viene avviata e tutti i dati di produzione e qualità rilevanti vengono salvati nel sistema di backend (un database). L'intero processo è controllato centralmente dal sistema di backend principale. Il circuito stampato viene riconosciuto chiaramente durante la produzione o con un codice 2D laserato, ma il circuito stampato non riconosce i parametri di processo o le caratteristiche di qualità.

Anche se mostrato in modo molto semplificato, questo è il classico processo nella creazione di un circuito stampato. In relazione al ciclo di vita, però, questo è decisamente troppo costoso e poco flessibile e quindi non sostenibile e quindi adatto all'Industria 4.0. Tuttavia, in un circuito stampato c'è molto di più Industria 4.0 di quanto molti immaginino.

Già durante la fabbricazione del circuito stampato grezzo, viene data una memoria. Può anche influenzare attivamente tutti gli altri processi, non solo nella produzione, ma durante l'intero ciclo di vita. Un piccolo chip RFID UHF con una piccola struttura dell'antenna lo rende possibile. Incorporato nel circuito, non si nota nemmeno. Il requisito di spazio è paragonabile a un codice 2D. D'ora in poi, il circuito stampato grezzo può salvare i dati di produzione come la data di fabbricazione e caratteristiche come lo spessore e il numero di strati e può essere richiamato in qualsiasi momento. Naturalmente, può essere chiaramente identificato - alla rinfusa e su distanze relativamente lunghe: le distanze superiori a 1 m non sono irrealistiche. I processi logistici di magazzino possono quindi già essere ottimizzati mediante la registrazione automatizzata (in blocco).

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Quando il circuito stampato arriva al fornitore di servizi MES, l'assemblatore e infine alla linea di produzione SMD, il circuito stampato o l'utilizzo accede alla linea di produzione. Le macchine di produzione con tecnologia RFID UHF integrata lo rendono possibile. Le schede elettroniche possono essere riconosciute, le informazioni memorizzate possono essere lette e aggiornate o integrate se necessario. Quando e su quale macchina con quale tempo di produzione sono solo alcuni parametri memorizzabili. Ma è anche possibile salvare eventi speciali come malfunzionamenti rilevanti all'interno di una macchina di produzione.
Se il circuito stampato o il pannello vengono inseriti manualmente in un nuovo processo di produzione dopo essere stati impilati, il circuito stampato può dire se è corretto qui o se deve passare attraverso un'altra fase del processo.

Facilmente implementabile con tecnologia RFID UHF

Tutto questo è reso possibile dalla più recente tecnologia RFID UHF. Grazie all'antenna Ha-VIS Locfield basata su cavo coassiale e al lettore RFID UHF flessibile Ha-VIS RF-R350 di Harting, l'implementazione è possibile con poco sforzo. Locfield è un'antenna salvaspazio che consente la comunicazione dei dati con le schede dei circuiti all'interno della linea di produzione. Il campo dell'antenna segue un conduttore coassiale e consente la comunicazione con più schede in un pannello a piena velocità di produzione. Grazie all'elaborazione dati flessibile e conforme agli standard del lettore / scrittore RFID UHF Ha-VIS RF-R350, i dati possono essere preelaborati direttamente nel lettore.

Il lettore e l'antenna possono essere facilmente integrati in sistemi nuovi e vecchi. Il design compatto e l'elevato grado di protezione IP67 facilitano anche il retrofit. L'integrazione completa dei dati nei sistemi di produzione è possibile in qualsiasi momento, ma non è assolutamente necessaria. Naturalmente, anche i sistemi di back-end esistenti possono e devono essere integrati. La soluzione può crescere facilmente e in modo flessibile con le richieste e le idee dell'assemblatore di PCB e dei suoi clienti.

La memorizzazione dei dati sul chip RFID del circuito stampato segue gli standard ISO e gli standard GS1 già noti per il trasporto di merci in commercio. Questo non significa solo l'ID del circuito stampato stesso, ma anche i dati di processo e di produzione che sono memorizzati nella cosiddetta memoria utente del chip RFID. Tutto è trasparente e può quindi essere utilizzato in un secondo momento da terzi senza problemi.

Incorporare il chip RFID UHF direttamente nel circuito stampato è sicuramente la soluzione più elegante, ma non l'unica. Con il chip integrato, che si inserisce in modo completamente automatico nel circuito stampato grazie ad un processo da Beta Layout, è possibile mappare direttamente sul circuito l'intero ciclo di vita e l'intera catena di produzione. Il chip può anche essere applicato ai circuiti stampati come componente SMD durante il processo di assemblaggio. Con Magicstrap, Murata offre i corrispondenti chip o transponder RFID UHF.

Una volta dotato di tecnologia RFID UHF, questo può ovviamente essere utilizzato per l'intera vita del circuito, se necessario. Oltre alle applicazioni di logistica di magazzino, perché è anche possibile la registrazione di massa di più pezzi grezzi contemporaneamente. B. I processi di riparazione possono essere ottimizzati. Anche se il circuito stampato non funziona più o non può più essere acceso, è comunque possibile richiedere informazioni memorizzate come le versioni firmware fornite.

Inoltre, le informazioni possono anche essere facilmente consultate se il circuito stampato è già stato installato in un prodotto finito. Finché l'alloggiamento non è interamente in metallo e vengono rispettati alcuni principi fisici di base, le informazioni contenute nel chip RFID possono ancora essere utilizzate e aggiornate. La tecnologia RFID UHF è disponibile fino allo smaltimento del circuito stampato e può abilitare e migliorare varie applicazioni.

Ancora teoria o già pratica?

È tutta questa semplice teoria o è già stata implementata? Nokia sta già utilizzando i vantaggi della produzione di circuiti stampati UHF RFID nella sua nuova linea di produzione modulare Industry 4.0. I primi prodotti ivi prodotti sono già dotati di transponder RFID UHF. Le macchine utilizzate da vari produttori, incluso un sistema di saldatura a riflusso di Rehm Thermal Systems, sono equipaggiate con i prodotti RFID UHF di Harting descritti e quindi soddisfano i requisiti della produzione di circuiti stampati con capacità Industry 4.0.

ASM Assembly Systems GmbH & Co. KG integra anche la tecnologia RFID nelle proprie macchine. Ma non solo le macchine e le schede elettroniche possono essere dotate di tecnologia RFID. Anche i materiali di consumo come i rulli di pulizia utilizzati nelle stampanti per pasta saldante possono essere riconosciuti automaticamente. L'azienda Vliesstoff Kasper offre prodotti corrispondenti. La Zollner Elektronik AG mostra da tempo le possibilità di questa tecnologia nel suo centro tecnico di Cham.

I partecipanti al consorzio hanno molte idee per utilizzare la tecnologia RFID UHF in modo ancora più versatile. Tra le altre cose, la TU di Dresda si impegna a promuovere sviluppi di componenti completamente nuovi. 

La tecnologia RFID UHF rende l'industria dei circuiti stampati ancora più versatile, i processi di produzione più flessibili, più sicuri e consente scenari applicativi completamente nuovi, fino al miglioramento dell'uso sostenibile delle materie prime di un circuito stampato attraverso lo smaltimento professionale. Il leader tecnologico ha già ulteriori idee e lavorerà alla loro implementazione insieme ai suoi partner.

L'autore Olaf Wilmsmeier è Business Development Manager RFID, Harting Technology Group.

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