Che cos'è la tracciabilità dei PCB e perché è importante?

I circuiti stampati (PCB) rappresentano un componente essenziale nella nostra società, sempre più connessa e avanzata sul piano tecnologico. Numerosi prodotti, dai telecomandi TV ai telefoni cellulari, funzionano solo grazie alle tracce conduttive presenti nei PCB. Tuttavia, un circuito stampato correttamente progettato e costruito, oltre a svolgere questa funzione basilare è in grado di fornire diverse informazioni utili, riguardanti il PCB stesso, al produttore del dispositivo.

Le varie fasi su cui si articola il processo di fabbricazione del PCB, sino ad arrivare al circuito elettronico finale (foratura, saldatura, assemblaggio dei componenti, applicazione delle finiture superficiali, e altro ancora) sono particolarmente critiche e spesso condotte in condizioni ambientali difficili, come elevate temperature, oppure presenza di flussi di sostanze aggressive o detergenti acidi. Diventa quindi importante per i produttori di PCB e schede elettroniche garantire la tracciabilità a lungo termine del circuito stampato, sia durante le varie fasi di produzione che nel mercato post-vendita.

Una tracciabilità efficace, che garantisce la leggibilità a lungo termine attraverso opportune etichette applicate al PCB, aiuta i produttori di apparecchiature elettroniche a tenere traccia dei PCB durante la produzione, lo stoccaggio in magazzino e l'installazione sul campo. Le etichette per PCB trasmettono informazioni critiche in un formato facilmente accessibile, includendo informazioni utili quali origine del PCB, identificativo del lotto e della data di produzione, temperatura di saldatura, densità del flusso saldante e altro ancora.

La tracciabilità dei PCB è quindi essenziale per semplificare e regolare le procedure di produzione. Tuttavia, man mano che la tecnologia elettronica avanza e le schede elettroniche diventano sempre più piccole e complesse da costruire, il suo compito diventa sempre più impegnativo.

Dati utilizzati per la tracciabilità

I dati di tracciabilità associati a un PCB possono includere diversi tipi di informazioni ed essere disponibili in diverse forme. Ad esempio, i progettisti di circuiti stampati potrebbero utilizzare un'etichetta adesiva (prestampata o preparata direttamente sulla linea di assemblaggio) che includa le seguenti informazioni:

• Numero di serie del PCB;
• Lotto di produzione;
• Data di produzione;
• Nome e posizione geografica del produttore;
• Identificativi di specifiche parti;
• Altri dati per l’identificazione univoca del circuito.

Data l'importanza di questi dati, i produttori di circuiti stampati devono adottare misure di sicurezza specifiche per garantire che tutti i codici e le marcature applicate al PCB rimangano leggibili per tutta la durata della vita del circuito stampato.

La tracciabilità dei PCB è fondamentale per diversi motivi. Anzitutto, permette ai produttori di individuare l'origine di eventuali difetti o problemi che possono comparire durante la produzione, migliorando il controllo di qualità e garantendo il rispetto di norme e regolamenti. Inoltre, semplifica la manutenzione e le riparazioni perché il personale può trovare la causa dei problemi e sostituire più rapidamente le parti guaste.

Inoltre, i produttori possono valutare le prestazioni dei loro PCB nel tempo e individuare le aree di miglioramento del prodotto. La tracciabilità dei PCB può quindi aiutare durante lo sviluppo del prodotto. La tracciabilità dei PCB è una componente cruciale della produzione di PCB e sta diventando sempre più importante in numerosi settori.

In Figura 1 è visibile un esempio di etichetta PCB che include varie informazioni rilevanti per la tracciabilità del circuito stampato. Anche se questa etichetta dispone di un codice QR, una soluzione molto comune è quella di utilizzare un codice a barre tradizionale.

Figura 1: Esempio di etichetta per PCB

Vantaggi della tracciabilità

La tracciabilità riveste un ruolo molto importante durante le fasi di produzione, assemblaggio e distribuzione post-vendita dei PCB. Ciò garantisce che le parti attraversino l'intero ciclo di produzione e che il produttore utilizzi i componenti corretti nei propri prodotti. In un senso più ampio, la tracciabilità dei PCB migliora le capacità di gestione di un'azienda aumentando l'efficacia della produzione, la gestione del magazzino, la manutenzione e il servizio dei ricambi.

La capacità di monitorare il processo produttivo, identificare le parti difettose, pianificare la logistica di distribuzione, fornire assistenza ai clienti e smaltire i componenti elettronici dipende dalle informazioni di tracciabilità che accompagnano i circuiti stampati.

Nelle aziende in cui è presente un’elevata automazione e digitalizzazione, come le fabbriche intelligenti, la tracciabilità è un requisito essenziale. Una componente chiave della produzione "intelligente" è la produzione, l'analisi e l'utilizzo dei dati da parte delle macchine per ottimizzare i processi di produzione. Ciò aumenta la produttività e si traduce in sistemi di produzione flessibili in grado di reagire rapidamente ed efficacemente ai cambiamenti della domanda.

Un ulteriore beneficio riguarda l'analisi dei dati. È possibile acquisire i dati direttamente dalla linea di produzione, che possono quindi essere elaborati e analizzati per aumentare la produttività del processo di produzione.

I principali vantaggi offerti dalla tracciabilità dei PCB possono essere riassunti come segue:

• Accurata identificazione della parte. Quando una parte si guasta o non funziona correttamente, è necessario determinare quali altre parti dello stesso tipo (o dello stesso lotto di produzione) possano avere problemi simili. Questo vantaggio mitiga il cosiddetto effetto “domino”;
• Evita problemi di prestazioni. La tracciabilità dei PCB riduce il rischio di rilasciare parti con prestazioni insufficienti, individuando possibili difetti prima che sia troppo tardi;
• Migliora il controllo di qualità. La tracciabilità dei PCB rende più semplice per i produttori affrontare i problemi di controllo della qualità e migliorare la qualità complessiva del prodotto, consentendo loro di individuare la fonte di eventuali problemi o difetti che possono svilupparsi durante il processo di fabbricazione del PCB;
• Manutenzione e riparazione. Durante l'esecuzione di interventi di manutenzione o riparazione, il personale può identificare e sostituire rapidamente i componenti difettosi, oppure individuare la causa di un problema grazie alla tracciabilità del PCB, riducendo i tempi di inattività e aumentando la produttività;
• Migliore affidabilità del prodotto. I produttori possono migliorare il processo di progettazione o produzione tracciando la cronologia di produzione di un PCB, ottenendo prodotti migliori e una maggiore soddisfazione del cliente;
• Conformità. Per alcuni settori, come avionica e elettromedicale, le organizzazioni di regolamentazione e gli organismi di normazione spesso richiedono la tracciabilità. I produttori possono dimostrare la conformità a queste regole e standard utilizzando la tracciabilità dei PCB;
• Tutela della responsabilità. I produttori possono essere protetti dalla responsabilità in caso di incidenti o inconvenienti utilizzando la tracciabilità del PCB per dimostrare che hanno preso tutte le precauzioni necessarie per garantire la sicurezza e l'affidabilità dei propri prodotti;
• Migliore difesa contro componenti o schede elettroniche contraffatte;
• Integrazione con il sistema Smart Factory, con in più la possibilità di utilizzare le tecniche di data analytics per estrapolare informazioni utili al miglioramento del processo produttivo e della qualità del prodotto.

Soluzioni tecniche per la tracciabilità

La tracciabilità dei PCB si ottiene utilizzando una varietà di metodi. Di seguito sono elencati alcuni dei più importanti:

• Codici a barre. Per semplificare l'identificazione e la tracciabilità dei singoli PCB, i codici a barre possono essere stampati e applicati sul PCB o sul suo involucro;
• Utilizzo delle onde radio. I tag di identificazione a radiofrequenza (RFID) possono essere inseriti nei PCB o nella loro confezione, consentendo il tracciamento e l'identificazione completamente automatici;
• Codici QR. La stampa di codici QR (Quick Response) sul PCB o sulla sua confezione consente ai produttori di aggiungere informazioni come il numero di serie del PCB, la data di produzione e altro ancora;
• Marcatura laser. Questa tecnica fornisce una marcatura permanente e altamente leggibile incidendo i dati identificativi su un'apposita etichetta, direttamente sul PCB, oppure sui suoi componenti;
• Codici a matrice di dati (data matrix code). Il vantaggio di questa soluzione è quello di concentrare una maggiore quantità di informazioni in un'area più piccola rispetto ai codici QR, il che li rende perfetti per la tracciabilità dei PCB.

La scelta di quale tecnica utilizzare dipende da diversi fattori, come requisiti specifici dell’applicazione, dimensioni e complessità del PCB e budget disponibile per la sua implementazione.

L'introduzione dei componenti SMD a montaggio superficiale ha consentito l'assemblaggio automatizzato dei circuiti stampati utilizzando linee di assemblaggio SMT (Surface Mount Technology). Questa complesse e sofisticate apparecchiature gestiscono autonomamente l'intera linea di assemblaggio, prelevando i componenti da appositi alimentatori e posizionandoli con estrema precisione sul PCB mediante macchine pick & place. Sebbene il processo di produzione di PCB includa altre fasi (foratura, saldatura, cottura, ispezione ottica e manuale e altro ancora), il posizionamento dei componenti è uno dei passi più critici.

Pertanto, il tracciamento dei PCB eseguito con etichette stampate può integrarsi con la linea di produzione SMT, gestendo le etichette stampate come se fossero dei normali componenti. In Figura 2 è visibile una linea SMT con evidenziato un alimentatore con etichette di tracciabilità prestampate. Trattate come componenti ordinari, le etichette stampate vengono prelevate dalla macchina pick & place e posizionate esattamente nella posizione assegnata sul PCB.

Figura 2: Linea di produzione SMT con alimentatore per etichette (Fonte: industryEMEA)

Oltre alle apparecchiature, un ruolo fondamentale è svolto dai materiali utilizzati per la realizzazione delle etichette. Stampabilità, resistenza al calore e agli agenti chimici sono i principali fattori che guidano la scelta dei materiali per l'etichettatura dei circuiti stampati. Per essere sicuri che le etichette poste sui circuiti stampati resistano agli sbalzi di temperatura, alle abrasioni meccaniche e all'azione delle sostanze chimiche utilizzate nel processo di produzione dei PCB, è necessario utilizzare materiali specifici.

Uno dei materiali più comunemente utilizzati è la poliimmide. Le etichette in poliimmide sono adatte per codici a barre ad alta densità, codici a matrice di dati, codici QR e identificazione alfanumerica dei circuiti stampati. Garantendo un'elevata stabilità su un'ampia gamma di temperature (fino a 300°C e oltre), questo materiale consente la stampabilità ad alta risoluzione (tipicamente, 600 DPI) con una dimensione dell'etichetta molto ridotta (si osservi la Figura 3).

Figura 3: Etichette 2D di diverso tipo e dimensione (Fonte: Link Hamson)Top of Form

Conclusioni

La tracciabilità dei PCB è essenziale durante le operazioni di produzione, assemblaggio e distribuzione, garantendo che le schede avanzino lungo l'intero ciclo produttivo e che ogni singolo prodotto sia identificabile anche dopo aver lasciato la fabbrica. Integrando la tracciabilità, effettuata tramite etichettatura o altre soluzioni equivalenti, con altri processi aziendali, è anche possibile migliorare la gestione di una struttura aziendale e aumentarne l'efficienza produttiva.

 29.08.2023