ความมั่นคงของเครื่องหมาย: ทำไมการลบออกด้วยเลเซอร์เป็นวิธีเดียวที่แท้จริงในการติดตามผล

ฝันร้ายที่แย่ที่สุดในการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่บอร์ดที่ล้มเหลวบนสายการผลิต ฝ่ายผิดหวัง คงเป็น—พวกเขาหยุดสายพาน เรียกช่างเทคนิค และทำลายเมทริกซ์ผลผลิตของยานเปลี่ยน นแต่ฝันร้ายที่แท้จริงคือ "บอร์ดผี"

นี่คือยูนิตที่ล้มเหลวในสนาม บางทีอาจเป็นสามปีหลัง จากนั้น อยู่ในเซ็นเซอร์ยานยนต์หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์ มันกลับมาที่โต๊ะ RMA ที่มีคราบสกปรกจากถนนหรือเศษซากชีวภาพ คุณพลิกมันกลับไปเพื่อสแกนหมายเลขซีเรียล เพื่อค้นหาชุด ใบรับรอง หรือค้นหาติกลุ่มแคปซิตอเตอร์ที่ทำให้เกิดความล้มเหลว และคุณก็พบ... ไม่มีอะไร เป็นรอยเปื้อน สี่เหลี่ยมสีเบจที่เคยเป็นบาร์โค้ด

หมึกลอกออกไปแล้ว เจือจางด้วยสารเคลือบกันเปื้อน หรือแค่ยอมแพ้ต่อเวลา ณ เวลานั้น คุณไม่ใช่แค่บอร์ดที่ไม่ดีหนึ่งตัว คุณกำลังเสี่ยงที่จะต้องเรียกคืนในปริมาณที่ไม่รู้ขีดจำกัด เพราะร่องรอยการตรวจสอบหายไปพร้อมกับหมายเลขซีเรียล

การติดตามไม่ใช่เป็นเพียงคำแนะนำ แต่เป็นเสาหลักของความรับผิดชอบที่ทันสมัย อย่างไรก็ตาม สายการผลิตจำนวนมากยังคงใช้วิธีที่ถือหมายเลขซีเรียลเป็นสติ๊กเกอร์ชั่วคราว มากกว่าที่จะเป็นคุณสมบัติถาวรของฮาร์ดแวร์ หากคุณยังคงพิมพ์หมายเลขซีเรียลด้วยหมึกเปียก หรือใช้ป้ายติดด้วยกาว คุณกำลังสร้างจุดล้มเหลวโดยตรงเข้าสู่ตัวตนของผลิตภัณฑ์ เครื่องหมายเดียวที่รอดพ้นจากสิ่งแวดล้อมอันเป็นมิตรและความเสื่อมถอยยาวนานของสนามคือสิ่งที่นำวัสดุออก มากกว่าที่จะเติม: การกัดด้วยแสงเลเซอร์

วิทยาศาสตร์ของความล้มเหลว: ทำไมหมึกยอมแพ้

เพื่อเข้าใจว่าทำไมหมึกล้มเหลว ให้ดูว่าคุณทำอะไรกับ PCB กระบวนการ SMT มาตรฐานเป็นการทดสอบความร้อนและเคมี คุณพิมพ์หมายเลขซีเรียลบนบอร์ดเปล่า ๆ โดยใช้หมึกอีพ็อกซี่ที่ผ่านการเรืองแสงด้วย UV มันดูคมชัดใต้โคมไฟตรวจสอบ

แต่จากนั้นบอร์ดนั้นก็เข้าสู่การล้าง การตกผลึกของสารโลหะยุคใหม่ต้องใช้สารล้างสารประกอบเชิงรุก—สารเคมีเบสอัลคาไลน์ที่ออกแบบมาเพื่อทำลายสารประกอบอินทรีย์ หมึก คือ สารประกอบอินทรีย์ เป็นสารประกอบอินทรีย์ ที่ผ่านวงจรหลายร้อยครั้ง หรือแม้แต่เพียงไม่กี่ล้างด้วยแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง การเชื่อมต่อระหว่างหมึกและเคลือบซัลเฟอร์เริ่มอ่อนแรง เกิดรอยร้าวเล็ก ๆ ลอยขึ้นมา

มันไม่เพียงแค่เกี่ยวกับการล้างเท่านั้น ลองพิจารณาปฏิกิริยาเคมีในชั้นต่อไป หากคุณนำเคลือบกันเปื้อนมาใช้ เช่น UR (ยูรีเทน) หรือ SR (ซิลิโคน) ซึ่งเคลือบใช้ตัวทำละลายเพื่อคงเหลวก่อนการเร่งให้แข็งตัว ตัวทำละลายเหล่านั้นอาจโต้ตอบกับหมึกของการพิมพ์ผ้าไหม ฉันเคยเห็นเครื่องหมายสีขาว “ถาวร” เปลี่ยนเป็นเศษตะกอนสีน้ำตาลใต้ชั้นของยูรีเทน ทำให้ไม่สามารถอ่านบาร์โค้ดได้อย่างถูกต้องแม้แต่กับเครื่องอ่านบาร์โค้ด หรือแย่กว่านั้น ข้อมูลก็อาจสูญหาย

มักจะมีความหวังที่จะหลีกเลี่ยงความยุ่งเหยิงของหมึกโดยใช้ป้ายชื่อ “แรเงาสูง” ของ polyimide ดูเหมือนเป็นทางออกที่สะอาด แต่ก็ไม่ใช่ พวกมันเป็นเศษซากวัตถุแปลกปลอม (FOD) ที่รอให้เกิดขึ้น

สติ๊กเกอร์อาศัยกาว และกาวเป็นพอลิเมอร์ที่อ่อนตัวเมื่อถูกความร้อน เมื่อบอร์ดนั้นไปถึงโซนอุ่นล่วงหน้าของเตา reflow ที่อุณหภูมิ 150°C กาวก็จะละลาย ถ้าคุณมีพัดลมคอนเวคชั่นความเร็วสูงเป่าอากาศหมุนเวียนความร้อน ป้ายเหล่านี้อาจลอยขึ้น พวกมันหลุดจากบอร์ดและถูกดูดเข้าไปในช่องดูดอากาศของเตา เครื่องทำความร้อน Vitronics Soltec $50,000 ตัวนี้จำเป็นต้องรื้อเพื่อลอกพลาสติกที่ละลายออกจากใบพัด

วิสัยทัศน์เครื่องจักรและฟิสิกส์ของคอนทราสต์

เป้าหมายของบาร์โค้ดไม่ใช่ให้มองเห็น แต่เพื่อให้เครื่องอ่านได้ คีเน่นซ์หรือค็อกเน็กซ์แบบติดตั้งคงที่ไม่สนใจด้านความสวยงาม สนใจแต่ความแตกต่างในการสะท้อนแสง โดยเฉพาะความแตกต่างระหว่าง “เซลล์” (ส่วนมืด) กับพื้นหลัง

หมึกสีซิลค์สกรีนวางอยู่บนเคลือบบัดกรี มีความหนาและเงา ภายใต้แสงเส้นแนวเดียวของสแกนเนอร์ หมึกเปียกอาจแวววาว สร้างประกายสะท้อนอันเป็นจุดบอดให้กับเซ็นเซอร์ ขอบของจุดซิลค์สกรีนก็ไม่สมบูรณ์ หมึกจะหย่อนและแพร่กระจาย (การเพิ่มของจุด) ทำให้เซลล์ขนาด 10 มิลดูเหมือนเป็นก้อน 12 มิล

การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ทำงานบนหลักการที่แตกต่างโดยสิ้นเชิง มันเป็นการลบ คุณไม่ได้เติมหมึกสีขาวลงบนบอร์เขียว แต่ใช้เลเซอร์ CO2 หรือไฟเบอร์เพื่อเผาเคลือบบัดกรีสีเขียวออก การทำลายนี้เผยให้เห็นวัสดุด้านล่าง ถ้าปรับความเข้มของเลเซอร์ให้ถูกต้อง คุณจะเปิดเผยวัสดุไฟเบอร์ FR4 ซึ่งเป็นสีเหลืองอ่อนขาว

สิ่งนี้สร้างส่วนลึก—ร่องรอยทางกายภาพ เคลือบสีเขียวเข้มล้อมรอบ FR4 ที่สว่าง ความเปรียบต่างชัดเจน มันวาว และถาวร มันไม่แวววาวเพราะเครื่องหมายอยู่ใต้ผิวของเคลือบ ขอบถูกตัดด้วยความแม่นยำของลำแสงโฟตอน ไม่ใช่การบีบของเครื่องรีด

เราจะแก้ความสับสนที่ปรากฏในภาพวาด CAD เกือบทุกตัวไป: คุณอาจไม่ต้องการ “รหัส QR” รหัส QR คือสิ่งที่บล็อกใหญ่ที่คุณสแกนเพื่อดูเมนูร้านอาหาร มันออกแบบมาเพื่อการตลาดสำหรับผู้บริโภค บน PCB ซึ่งพื้นที่มีค่านับเป็นดอลลาร์ต่อมิลลิเมตร คุณใช้ Data Matrix (โดยเฉพาะ ECC 200) Data Matrix สามารถเก็บข้อมูลตัวอักษรแบบผสมได้ 50 ตัวในกรอบ 3 มม. x 3 มม. มันมีความซ้ำซ้อนในตัว อย่าขอรหัส QR แต่ขอ Data Matrix เลเซอร์จัดการมันแบบเนทีฟ และต่างจากรหัส QR, Data Matrix ยังคงอ่านได้แม้สัญลักษณ์ 20% จะเสียหาย

การบูรณาการ: เครื่องหมายต้องมาก่อนกระบวนการ

เวลาที่ทำเครื่องหมายสำคัญเทียบเท่ากับวิธีการ บางโรงงานถือว่าการทำเครื่องหมายเป็นขั้นตอนสุดท้ายของการบรรจุภัณฑ์—ติดฉลากบนยูนิตที่เสร็จสมบูรณ์ก่อนที่จะเข้าสู่กล่อง ซึ่งเป็นความผิดพลาด

ความสามารถในการติดตามเป็นสิ่งที่จำเป็น ในระหว่าง กระบวนการประกอบ คุณจำเป็นต้องรู้ว่า สิ่งนี้ บอร์ดนี้ล้มเหลวในจุดตรวจสอบด้วยสายตาอัตโนมัติ (AOI) คุณจำเป็นต้องรู้ว่า สิ่งนี้ บอร์ดใชเวลาในเตา reflow นานเกินไป 45 วินาที

เพื่อให้ได้ข้อมูลนั้น เครื่องหมายต้องถูกวางบนบอร์ดเปล่าก่อนที่จะเข้าสู่เครื่องพิมพ์หน้าจอ เครื่องหมายเลเซอร์ควรเป็นเครื่องแรกในสายการผลิต หรือบอร์ดควรมาถึงพร้อมเครื่องหมายล่วงหน้าจากโรงงาน อย่างไรก็ตาม การทำเครื่องหมายในบ้านให้การควบคุม คุณสามารถทำซีเรียลตามลำดับตามเวลาจริงของการประกอบ โดยการลบเครื่องหมายเข้าไปในเคลือบบัดกรีก่อนการวางเม็ดบัดกรีที่แรก เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องหมายจะเคลื่อนตามบอร์ดผ่านเครื่องพิมพ์แปะ paste, เครื่องคัดแยกและวาง, เตา reflow และการล้าง

ถ้าเครื่องหมายยังคงอยู่หลังจากกระบวนการ ก็แปลว่ากระบวนการนี้ผ่านได้ หากคุณทำเครื่องหมายในตอนสุดท้าย คุณจะไม่มีความละเอียดอ่อนในการวัดการสูญเสียผลผลิต คุณก็แค่เศษแผ่นกระดานที่ไม่มีประวัติเท่านั้น

ต้นทุนรวมของการเป็นเจ้าของ: หมึกเป็นสิ่งสกปรกที่แพง

ความทนทานต่อการทำเครื่องหมายด้วยเลเซมักจะขึ้นอยู่กับราคาตั้งต้น ระบบเลเซอร์ไฟเบอร์แบบอินไลน์ที่ดีเป็นการลงทุนที่สำคัญ (CapEx) ซึ่งมักมีราคาอยู่ระหว่าง $20,000 ถึง $60,000 ขึ้นอยู่กับความอัตโนมัติ สถานีสกรีนซิลเป็นของราคาถูก ตัวป้อนฉลากก็ถูก แต่สิ่งนี้คือ “คณิตศาสตร์ในสเปรดชีต” ที่ไม่สนใจความเป็นจริงในโรงงาน

คำนวณต้นทุนหมึก ไม่ใช่แค่ถังอีพ็อกซี่แต่รวมถึงหน้าจอด้วย หน้าจอมีการยืดออก อุดตัน ต้องล้างด้วยสารละลายที่รุนแรงซึ่งต้องมีการกำจัดของเสียอันตราย พวกมันมีอายุการเก็บรักษา ต้องใช้แรงงานในการผสมหมึก ตั้งเครื่องและทำความสะอาดหลังการใช้งาน หมึกเป็นกระบวนการที่เปลี่ยนแปลงได้; ความชื้นส่งผลต่อเวลาการเร่งตัว ความหนืดเปลี่ยนแปลงกับอุณหภูมิ

เลเซอร์ใช้ไฟฟ้าเท่านั้น ไม่มีของใช้สิ้นเปลือง ไม่มีหน้าจอให้ล้าง ไม่มีค่าธรรมเนียมกำจัดสารละลายอันตราย ไม่มีการจัดการอายุการเก็บรักษา เมื่อตั้งความสูงและพลังงานให้เหมาะสม เลเซอร์จะไม่เบี่ยงเบน ไม่อุดตัน ทำงานได้ 50,000 ชั่วโมงก่อนที่จะต้องดูแลปั๊มไดโอด ในระยะเวลา 3 ปี ต้นทุนรวมในการดำเนินงาน (TCO) ของเลเซอร์มักต่ำกว่าหมึก แม้จะเริ่มต้นด้วยราคาสูงกว่าก็ตาม

มีพื้นที่หนึ่งที่หมึกชนะ: พื้นที่เติมเต็มขนาดใหญ่ หากคุณต้องการโลโก้บริษัทสีขาวขนาดสามนิ้ว เลเซอร์ทำงานช้า ต้องเติมเต็มพื้นที่นั้นทีละเส้น สกรีนพริ้นเตอร์ทำได้ในพริบตาเดียว แต่ที่นี่เรากำลังพูดถึงความสามารถในการติดตาม ไม่ใช่การออกแบบกราฟิก หากคุณต้องการโลโก้ที่ดูดี ให้สกรีน หากคุณต้องการข้อมูลที่ต้องอยู่รอดในสภาวะนิวเคลียร์ (หรือเตาอบที่อุณหภูมิ 260°C) ให้ใช้เลเซอร์

การนอนหลับของคนดี

เราไม่ได้พูดถึงผลกระทบทางอารมณ์จากกระบวนการที่ไม่ดีเท่าที่ควร ความวิตกกังวลจาก “สายโทรศัพท์เวลา 2 นาฬิกาเช้า” เป็นเรื่องจริง เมื่อสายผลิตหยุดทำงานเนื่องจากเครื่องอ่านบาร์โค้ดไม่สามารถทำงานได้ หรือเมื่อมีการตรวจสอบโรงงานของลูกค้าและพบรหัสวันที่ที่อ่านไม่ออก ค่าความเสียหายคือชื่อเสียง

มีความสงบใจที่เกิดขึ้นเมื่อหยิบแผ่นกระดานที่ชำรุดซึ่งผ่านความยากลำบากมาหลายรอบ—ทำซ้ำ สะอาดในเคมีรุนแรง ขูดด้วยแปรงลวดระหว่างการปรับปรุง—andเห็นว่า Data Matrix ยังคมชัด สีขาว และสามารถสแกนได้ มันคือบันทึกถาวรของงาน หมายความว่าไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับแผ่นนี้ในสนามสิบปีจากนี้ คุณจะรู้แน่ชัดว่าสร้างเมื่อไหร่ ใครสร้าง และมีชิ้นส่วนอะไรอยู่บนมัน

นั่นคือสิ่งที่คุณซื้อกับการสึกหรอด้วยเลเซอร์ คุณไม่ได้แค่ซื้อเครื่องเท่านั้น คุณกำลังซื้อความแน่นอนว่าข้อมูลของคุณถูกจารึกไว้บนหิน หรืออย่างน้อยก็ใน FR4