Les avancées technologiques derrière l'Industrie 4.0 posent de nouveaux défis pour la fabrication de circuits imprimés

L'industrie 4.0 promet d'énormes gains en termes d'efficacité et de productivité de l'automatisation des données d'usine, en partie grâce aux progrès parallèles dans l'automobile, l'Internet des objets (IoT) et l'intelligence artificielle (IA). En regardant vers l'avenir, nous pouvons imaginer des processus industriels où les machines seront responsables de tâches spécifiques « apprises », exploitant des boucles de rétroaction fermées dans lesquelles des données de production très détaillées sont surveillées et signalées en temps réel, et les écarts détectés déclenchent automatiquement des ajustements de paramètres de source. De cette manière, les systèmes se contrôleront et se corrigeront, et les rendements augmenteront considérablement.

Ce processus générera d'énormes volumes de données à exploiter et à analyser - un défi de taille à gérer, mais absolument nécessaire pour l'apprentissage automatique (ML), où les systèmes d'IA sont conçus pour absorber et « apprendre » à partir de chaque dernier bit d'informations disponibles. Bien que l'industrie électronique soit encore loin d'atteindre ce niveau d'automatisation et d'intelligence, l'évolution vers l'Industrie 4.0 est en bonne voie, comme en témoignent les récentes tendances sur le marché de la fabrication de PCB.

Les fabricants de PCB subissent une pression croissante pour fournir des données de plus en plus détaillées sur chaque unité PCB finie produite dans leur atelier, permettant à leurs clients d'identifier, de suivre et de résoudre rapidement les défauts des PCB tout au long de la chaîne d'approvisionnement avec les plus hauts niveaux de granularité des données. Pour relever ce défi, les fabricants de PCB entreprennent des modifications de processus qui capturent les données de production de PCB et les analyses des causes profondes à chaque étape du processus de fabrication. Le processus génère de vastes bases de données de données de fabrication qui aident finalement à offrir une visibilité complète sur le processus de fabrication, à évaluer l'intégrité fonctionnelle de chaque couche individuelle au sein d'un PCB donné et à surveiller l'état de l'appareil au fur et à mesure qu'il progresse dans la chaîne de production.

En outre, les fabricants de PCB recherchent des méthodes pour utiliser la fabrication intelligente de nouvelles manières afin d'améliorer le processus global et d'identifier les zones à problèmes dans les systèmes d'usine. Les applications avancées de contrôle et de visualisation des processus sont des éléments clés de cette stratégie et deviendront finalement le catalyseur d'usines entièrement automatisées.

Suivi de précision à chaque couche

Les avantages de la traçabilité et des capacités de contrôle des processus sont nombreux et parfaitement alignés sur les principes fondamentaux de l'Industrie 4.0. La traçabilité - la capacité des fabricants à suivre les défauts jusqu'à l'unité PCB - offre une visibilité accrue du processus grâce à la collecte de données numériques tout au long de la ligne de production et à la transmission de ces données directement au système d'exécution de la fabrication (MES) et au service informatique de l'usine . De plus, la traçabilité améliore l'efficacité grâce à l'établissement d'un point de connexion centralisé pour tous les équipements de fabrication, et elle est rentable, en particulier dans la façon dont elle exploite les outils d'analyse qui permettent d'améliorer le rendement et la gestion des processus.

Dans la pratique, la traçabilité des PCB n'est pas différente des processus commerciaux de suivi des marchandises et des matériaux dans la mesure où elle repose sur des codes-barres et des logiciels. Mais contrairement à la plupart des produits commerciaux, les PCB sont extrêmement complexes, et les implications d'une panne de PCB sur le terrain peuvent être particulièrement graves, selon la nature de l'appareil électronique dans lequel il est logé, qu'il s'agisse d'un smartphone, d'un défibrillateur ou d'un véhicule sans pilote - et tout. entre les deux.

Figure 1. Les fabricants de PCB doivent collecter et suivre les données.

Il ne suffit pas de simplement lire et suivre un code-barres sur le dessus d'un PCB fini, car la traçabilité sera très limitée, tout comme la capacité d'identifier les problèmes qui découlent d'une couche intérieure de PCB. Au lieu de cela, dans l'esprit de l'Industrie 4.0, chaque unité de chaque couche de chaque PCB doit être codée individuellement à l'aide d'un logiciel et d'un marquage de codes-barres sophistiqués afin qu'elle puisse être logiquement liée aux autres unités des couches du PCB.

Cette approche extrêmement détaillée permet une traçabilité de bout en bout et permet une analyse des causes profondes jusqu'à chaque processus de fabrication de PCB spécifique au sein de la ligne de production. Parmi les données granulaires qui peuvent être suivies :les machines utilisées et leurs paramètres et actions, les images des défauts, la date et l'heure de fabrication, le nom de l'opérateur, le numéro de lot, etc.

Ces données suivies sont précieuses pour l'analyse historique, mais elles le sont tout autant - ou plus encore - lorsqu'elles sont traitées, analysées et immédiatement renvoyées au MES avant que le PCB ne quitte l'usine. Ces données doivent être évaluées et exploitées en temps réel si elles doivent être utilisées efficacement pour identifier et corriger les problèmes de processus au fur et à mesure qu'ils surviennent, limitant ainsi la propagation des défauts. Et à mesure que les technologies de ML et d'IA prennent le dessus, cette boucle de rétroaction fermée en temps réel s'avérera essentielle pour permettre des processus d'apprentissage et de prise de décision véritablement automatisés.

Meilleure compréhension des processus de fabrication

Il existe un besoin croissant d'avoir une visibilité totale sur les processus de fabrication de PCB, allant bien au-delà de la traçabilité des unités PCB. Jusqu'à présent, aucune décision automatisée ne pouvait être prise et les opérateurs de l'atelier de production ne seraient jamais en mesure de remonter dans le temps dans de nombreux systèmes de fabrication pour identifier avec précision les problèmes et les tendances. L'avènement du contrôle et de la visualisation avancés des processus marque les premiers pas vers une usine entièrement automatisée activée par l'IA.

À l'aide d'un contrôle et d'une visualisation avancés des processus, des rapports de production automatisés et très détaillés fourniront aux fabricants une vue d'ensemble, dès le début du processus - une visibilité en temps réel et une carte de distribution des défauts à travers les étapes de fabrication et d'inspection, ainsi que du niveau du panneau vers le bas aux unités PCB individuelles. Les fabricants de circuits imprimés peuvent identifier rapidement et avec précision les tendances des défauts tout au long du processus de conception et de fabrication à l'aide d'analyses collectées via la surveillance de la production.

Sur la base des données de production réelles qui fournissent des informations exploitables, les fabricants de circuits imprimés peuvent ensuite effectuer une analyse des causes profondes et fermer la boucle de rétroaction avec les concepteurs. Cela améliore la gestion globale de l'atelier de production, ce qui se traduit par des décisions efficaces, rapides et mieux informées qui améliorent le processus de production. Les avantages peuvent inclure des coûts de maintenance réduits, des temps d'arrêt réduits, ainsi qu'une productivité et une efficacité accrues.

Collecte de données, vitesse de collecte

Aussi laborieux que l'exige la traçabilité, cela devient la nouvelle norme pour les fabricants de circuits imprimés embarqués alors qu'ils se disputent l'avantage sur les marchés lucratifs des appareils électroniques avec peu ou pas de tolérance pour les produits défectueux. L'intégrité et la traçabilité des appareils ont cependant un impact bien au-delà de la fiabilité du produit. En effet, la capacité d'un fabricant de PCB à démontrer et à maintenir des niveaux élevés de qualité et de rendement des produits sera un facteur de plus en plus important pour les clients qui contrôlent un domaine hautement concurrentiel de fournisseurs de PCB. Les équipementiers d'appareils électroniques examinent de plus en plus attentivement les processus de traçabilité des fournisseurs et l'impact ultérieur sur les calculs de rendement, ce qui à son tour renseigne les évaluations des clients sur l'évolutivité de la production et les structures de coûts des fournisseurs. Les codes QR (Figure 2) permettent aux fabricants de suivre chaque carte.

Figure 2. Les codes QR permettent aux fabricants de suivre les cartes tout au long de la production.

À un niveau supérieur, le contrôle avancé des processus de fabrication deviendra essentiel pour les fournisseurs de PCB alors qu'ils recherchent de nouvelles façons d'améliorer les processus de fabrication dans tous les systèmes et d'augmenter le rendement global.

La traçabilité et les capacités de connectivité en temps réel sont particulièrement importantes pour les fournisseurs de PCB en lice pour de précieuses subventions gouvernementales. Cette tendance est la plus prononcée en Europe et également en Chine, où le plan gouvernemental « Made in China 2025 » accorde une grande importance à l'activation de l'Industrie 4.0. Les applications de traçabilité et d'analyse avancée sont des étapes préliminaires au développement de systèmes basés sur l'IA. Ces systèmes sont à leur tour un élément essentiel dans la course vers un espace de production entièrement automatisé - l'objectif ultime de l'Industrie 4.0 - et les fournisseurs de PCB sont impatients de démontrer leurs compétences ici.

La tendance à la numérisation de la production s'accélère chez les fournisseurs de PCB avec des ambitions grand public dans les smartphones et l'électronique premium. Un élan accru est inévitable, car les fournisseurs de circuits imprimés et de composants intégrés de nouvelle génération cherchent à desservir le marché en croissance rapide des véhicules autonomes, un marché pour lequel la marge d'erreur des appareils et la sécurité des passagers sont très minces.

C'est ce marché qui est peut-être le plus susceptible de propager les exigences d'automatisation des données PCB vers l'ouest vers les usines industrialisées d'Europe et d'Amérique du Nord/Sud. Les véhicules autonomes transportant des passagers (et les robots qui les assemblent) seront naturellement soumis aux spécifications les plus strictes en matière d'intégrité des circuits imprimés et des processus.

La traçabilité avec des outils d'analyse complémentaires contribue à renforcer l'assurance que les PCB ciblés pour ces véhicules ont été facilement traçables, accessibles et adaptables aux contrôles de processus tout au long du cycle de production. À terme, la connectivité en temps réel permettra de garantir que les irrégularités de processus sont identifiées et corrigées immédiatement après la détection d'un défaut. Cette connectivité fournira également un aperçu de l'état de la machine et des alertes associées et permettra le contrôle à distance des machines. Ces capacités sont au cœur de la vision de l'Industrie 4.0 et seront indispensables alors que l'IA s'implante dans l'automatisation d'usine intelligente.

Tal Lev Ran est responsable marketing Industrie 4.0 chez Orbotech Ltd. En rejoignant l'entreprise en 2013, elle a occupé plusieurs postes d'ingénieur au sein de l'équipe produit d'inspection optique automatisée (AOI). Avant Orbotech, Tal a occupé divers postes dans l'industrie des semi-conducteurs chez Applied Materials et Numonyx. Elle est titulaire d'un diplôme d'ingénieur de l'Université Ben Gourion du Néguev.