Os avanços tecnológicos por trás da Indústria 4.0 trazem novos desafios para a fabricação de PCB

A Indústria 4.0 promete ganhos enormes em eficiência e produtividade de automação de dados de fábrica, em parte graças aos avanços paralelos no setor automotivo, na Internet das coisas (IoT) e na inteligência artificial (IA). Olhando para o futuro, podemos imaginar processos industriais onde as máquinas serão responsáveis ​​por tarefas específicas “aprendidas”, explorando ciclos de feedback fechados, nos quais dados de produção altamente detalhados são monitorados e relatados em tempo real, e desvios detectados acionam automaticamente ajustes de parâmetros de origem. Dessa forma, os sistemas se controlarão e se corrigirão, e os rendimentos aumentarão substancialmente.

Este processo irá gerar volumes incrivelmente grandes de dados para serem aproveitados e analisados ​​- um desafio assustador de gerenciar, mas totalmente necessário para aprendizado de máquina (ML), onde os sistemas de IA são projetados para absorver e "aprender" com cada bit de informação disponível. Embora a indústria de eletrônicos esteja um pouco longe de atingir esse nível de automação e inteligência, a evolução em direção à Indústria 4.0 está bem encaminhada, conforme evidenciado pelas tendências recentes no mercado de fabricação de PCBs.

Os fabricantes de PCB estão sob pressão cada vez maior para fornecer dados cada vez mais detalhados sobre cada unidade acabada de PCB produzida em seu chão de fábrica, permitindo que seus clientes identifiquem, rastreiem e solucionem rapidamente os defeitos de PCB em toda a cadeia de abastecimento com os mais altos níveis de granularidade de dados. Para enfrentar esse desafio, os fabricantes de PCB estão realizando modificações de processo que capturam dados de produção de PCB e análises de causa raiz em cada estágio do processo de fabricação. O processo gera vastos bancos de dados de dados de fabricação que, em última análise, ajudam a fornecer visibilidade total do processo de fabricação, avaliar a integridade funcional em cada camada individual dentro de um determinado PCB e monitorar o status do dispositivo conforme ele avança na linha de produção.

Além disso, os fabricantes de PCBs estão buscando métodos para usar a manufatura inteligente de novas maneiras para melhorar o processo geral e identificar áreas problemáticas nos sistemas da fábrica. Os aplicativos de visualização e controle de processo avançado são componentes-chave dessa estratégia e, por fim, se tornarão o capacitador para fábricas totalmente automatizadas.

Rastreamento de precisão em cada camada

Os benefícios da rastreabilidade e dos recursos de controle de processo são numerosos e muito alinhados com os princípios básicos da Indústria 4.0. Rastreabilidade - a capacidade dos fabricantes rastrearem os defeitos até a unidade de PCB - fornece maior visibilidade do processo por meio da coleta de dados digitais em toda a linha de produção e canalização desses dados diretamente para o sistema de execução de manufatura (MES) da fábrica e departamento de TI . Além disso, a rastreabilidade aumenta a eficiência por meio do estabelecimento de um ponto de conexão centralizado para todos os equipamentos de manufatura e é econômica, principalmente na forma como alavanca ferramentas analíticas que permitem melhor rendimento e gerenciamento de processos.

Na prática, a rastreabilidade do PCB não é diferente da mercadoria comercial e dos processos de rastreamento de materiais, na medida em que depende de código de barras e software. Mas, ao contrário da maioria dos produtos comerciais, os PCBs são muito complexos e as implicações de uma falha de PCB no campo podem ser particularmente graves, dependendo da natureza do dispositivo eletrônico em que está alojado, seja um smartphone, desfibrilador ou veículo não tripulado - e tudo mais entre.

Figura 1. Os fabricantes de PCB precisam coletar e rastrear dados.

Não é bom o suficiente simplesmente ler e rastrear um código de barras do topo de uma PCB acabada porque a rastreabilidade será muito limitada, assim como a capacidade de localizar problemas que se originam de uma camada interna de PCB. Em vez disso, no espírito da Indústria 4.0, cada unidade de cada camada em cada PCB deve ser codificada individualmente usando marcação de código de barras sofisticada e software para que possa ser logicamente vinculada às outras unidades nas camadas da PCB.

Essa abordagem extremamente detalhada permite a rastreabilidade de ponta a ponta e permite a análise da causa raiz até cada processo de fabricação de PCB específico dentro da linha de produção. Entre os dados granulares que podem ser rastreados:máquinas utilizadas e seus parâmetros e ações, fotos de defeitos, data e hora de fabricação, nome do operador, número do lote e muito mais.

Esses dados rastreados são valiosos para análise histórica, mas são igualmente valiosos - ou mais - quando são processados, analisados ​​e imediatamente retornados ao MES antes que o PCB saia da fábrica. Esses dados precisam ser avaliados e aplicados em tempo real se quiserem ser usados ​​de forma eficaz para identificar e corrigir problemas de processo conforme eles acontecem, limitando assim a propagação de defeitos. E, à medida que a tecnologia de ML e IA vem à tona, esse ciclo de feedback fechado em tempo real será essencial para permitir processos de aprendizagem e tomada de decisão verdadeiramente automatizados.

Compreensão mais profunda dos processos de fabricação

Há uma necessidade crescente de ter visibilidade total dos processos de fabricação de PCB, indo muito além da rastreabilidade das unidades de PCB. Até agora, nenhuma decisão automatizada poderia ser tomada e os operadores no chão de fábrica nunca seriam capazes de olhar para trás no tempo em muitos sistemas de manufatura para identificar problemas e tendências com precisão. O advento de visualização e controle de processo avançado marca os primeiros passos em direção a uma fábrica totalmente automatizada habilitada por IA.

Usando visualização e controle de processo avançado, relatórios de produção automatizados e altamente detalhados fornecerão aos fabricantes uma visão geral, no início do processo - visibilidade em tempo real e um mapa de distribuição de defeitos em todos os estágios de fabricação e inspeção, bem como do nível do painel para baixo para unidades de PCB individuais. Os fabricantes de PCBs podem identificar tendências de defeitos com rapidez e precisão em todo o processo de design e fabricação, usando análises coletadas por meio do monitoramento da produção.

Com base nos dados de produção reais que fornecem percepções acionáveis, os fabricantes de PCB podem realizar análises de causa raiz e fechar o ciclo de feedback com os designers. Isso melhora o gerenciamento geral do chão de fábrica, resultando em decisões eficientes, rápidas e mais informadas que melhoram o processo de produção. Os benefícios podem incluir custos de manutenção mais baixos, tempo de inatividade reduzido e maior produtividade e eficácia.

Coletando dados, obtendo velocidade

Por mais meticuloso que seja o esforço necessário para a rastreabilidade, está se tornando a nova norma para fabricantes de PCBs incorporados à medida que competem por vantagens em lucrativos mercados de dispositivos eletrônicos, com pouca ou nenhuma tolerância a produtos defeituosos. A integridade e rastreabilidade do dispositivo têm um impacto muito além da confiabilidade do produto, entretanto. Na verdade, a capacidade de um fabricante de PCB de demonstrar e manter altos níveis de qualidade e rendimento do produto será um fator cada vez mais importante para os clientes que examinam um campo altamente competitivo de fornecedores de PCB. Os OEMs de dispositivos eletrônicos estão aplicando cada vez mais escrutínio aos processos de rastreabilidade dos fornecedores e o subsequente impacto nos cálculos de rendimento, que por sua vez informam as avaliações dos clientes sobre a escalabilidade de produção e estruturas de custos dos fornecedores. Os códigos QR (Figura 2) permitem que os fabricantes rastreiem cada placa.

Figura 2. Os códigos QR permitem que os fabricantes rastreiem as placas conforme elas se movem pela produção.

Em um nível mais alto, o controle avançado do processo de manufatura se tornará essencial para os fornecedores de PCB à medida que buscam novas maneiras de melhorar os processos de manufatura em todos os sistemas e aumentar o rendimento geral.

Os recursos de rastreabilidade e conectividade em tempo real são especialmente importantes para fornecedores de PCB que disputam valiosos subsídios governamentais. Esta tendência é mais pronunciada na Europa e também na China, onde o plano governamental ‘Fabricado na China 2025’ valoriza a capacitação da Indústria 4.0. Rastreabilidade e aplicativos analíticos avançados são etapas preliminares no desenvolvimento de sistemas baseados em IA. Esses sistemas são, por sua vez, um elemento essencial na corrida para um piso de produção totalmente automatizado - o objetivo final da Indústria 4.0 - e os fornecedores de PCB estão ansiosos para demonstrar suas competências aqui.

A tendência de digitalização da produção está se acelerando entre os fornecedores de PCB com ambições de mercado de massa em smartphones e eletrônicos premium. O aumento do ímpeto é inevitável, pois os fornecedores de PCBs de próxima geração e componentes integrados buscam atender ao mercado de rápido crescimento de veículos autônomos - um mercado para o qual a margem de erro do dispositivo e segurança dos passageiros é muito pequena.

É este mercado que tem mais probabilidade de propagar os requisitos de automação de dados de PCB para o oeste, para as fábricas industrializadas da Europa e América do Norte / América do Sul. Os veículos autônomos que transportam passageiros (e os robôs que os montam) estarão, compreensivelmente, sujeitos às especificações mais rigorosas de PCB e integridade do processo.

A rastreabilidade com ferramentas analíticas complementares ajuda a reforçar as garantias de que os PCBs direcionados para esses veículos foram prontamente rastreáveis, acessíveis e adaptáveis ​​aos controles de processo em todo o ciclo de produção. Mais adiante, a conectividade em tempo real ajudará a garantir que as irregularidades do processo sejam identificadas e corrigidas imediatamente após a detecção de um defeito. Essa conectividade também fornecerá informações sobre o status da máquina e alertas relacionados e permitirá o controle remoto da máquina. Esses recursos são essenciais para a visão da Indústria 4.0 e serão indispensáveis ​​à medida que a IA se firma na automação de fábrica inteligente.

Tal Lev-Ran é Gerente de Marketing da Indústria 4.0 na Orbotech Ltd. Ingressando na empresa em 2013, ela ocupou várias funções de engenharia na equipe de produtos de inspeção óptica automatizada (AOI). Antes da Orbotech, Tal ocupou vários cargos na indústria de semicondutores na Applied Materials e Numonyx. Ela é formada em engenharia pela Ben Gurion University of the Negev.