Laserbeschriftung von ECC 200 2D Matrix Codes auf Leiterplatten

Hersteller elektronischer Geräte, von Heim-Audiogeräten bis hin zu schlüssellosen Zugangssystemen für Kraftfahrzeuge, suchen zunehmend nach einer zuverlässigen, kostengünstigen Methode zur eindeutigen Identifizierung und Verfolgung von Produkten während des Herstellungszyklus, des Vertriebs und der Überprüfung der Garantie nach dem Verkauf. Ein autonomes, automatisiertes Tracking-System erfordert, dass ein permanenter, maschinenlesbarer Code auf einer internen Leiterplatte angebracht wird, um jedes Produkt eindeutig zu identifizieren. Der Code muss haltbar genug sein, um Herstellungsprozesse einschließlich Wellenlöten und Leiterplattenreinigung zu überstehen, darf die Schaltungsleistung nicht beeinträchtigen und muss Informationen auf dem kleinen Platz speichern, der auf immobilienbewussten Leiterplatten verfügbar ist.

Der 2D-Matrix-Code bietet eine Möglichkeit, alphanumerische Zeichenketten in sehr kleinen Bereichen der Leiterplatte zu speichern. Die Lasermarkierungstechnologie bietet eine Methode zum dauerhaften Aufbringen von 2D-Matrixcodes auf die meisten Leiterplattensubstrate. Die hohe Auflösung und hohe Genauigkeit von strahlgesteuerten Lasermarkierungssystemen bietet die Möglichkeit, unabhängig von der Codegröße gut definierte, hochzuverlässige Codes zu erstellen. Die Lasermarkierung bietet dem Benutzer auch einen computergesteuerten Markierungsprozess zur einfachen Implementierung in automatisierte Produktverfolgungssysteme.

ECC 200 2D-Matrixcodes

Zweidimensionale Symbologien codieren Informationen in Form eines Schachbrettmusters von Ein/Aus-Zellen. Besondere Vorteile von Data Matrix Codes gegenüber herkömmlichen 1D-Barcodes sind:

-Codieren Sie Informationen digital, im Gegensatz zur analogen Codierung von Daten in herkömmlichen Barcodes.

-Kann kontrastarmen Druck direkt auf Teile aufnehmen, ohne dass ein Etikett erforderlich ist

-Bieten eine sehr hohe Informationsdichte – die höchste unter anderen gängigen 2D-Codes, was bedeutet, dass Sie viele Informationen auf sehr kleinem Raum platzieren können.

-Sie sind skalierbar, dh Sie können sie in verschiedenen Vergrößerungsstufen ausdrucken und lesen - nur begrenzt durch die Auflösung der verfügbaren Druck- und Bebilderungstechniken.

-Aufgrund der hohen Informationsdichte von Data Matrix-Codes bieten sie auch integrierte Fehlerkorrekturtechniken, die eine vollständige Wiederherstellung der in einem Data Matrix-Symbol codierten Nachricht ermöglichen, selbst wenn die Markierung beschädigt ist und bis zu 20 % der Zeichen fehlen Symbol.

-Sie werden von Videokameras gelesen, im Gegensatz zu einem gescannten Laserstrahl, der zum Lesen herkömmlicher Barcodes verwendet wird, was bedeutet, dass sie in jeder Ausrichtung gelesen werden können.

ECC 200 Data Matrix ist die beliebteste 2D-Symbologie mit weitreichender Verwendung in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik-, Halbleiter-, medizinischen Geräte- und anderen Rückverfolgbarkeitsanwendungen auf Fertigungseinheitsebene. Data Matrix Codes ersetzen in der Regel nicht herkömmliche lineare Barcodes, sondern werden dort eingesetzt, w-herkömmliche Barcodes zu groß waren, keine ausreichende Speicherkapazität boten oder unlesbar waren.

Struktur des Data-Matrix-Codes

Die 2D-Matrix-Codes erscheinen als "Schachbrett" mit den einzelnen Quadraten (Zellen) entweder im an-an- (weiß) oder ausgeschalteten (schwarz) Zustand. Der Code besteht aus vier verschiedenen Elementen.

-Das Finder-"L"-Muster besteht aus einer durchgehenden Reihe von Zellen am linken Rand und am unteren Rand des Codes, die den Leser auf das Layout des 2D-Codes ausrichtet.

-Die Taktspur ist eine Folge von Ein/Aus-Zellen am rechten Rand und am oberen Rand des Codes, die dem Leser die Zeilen-/Spaltenzahl angibt.

-Der Datenbereich ist das Muster aus schwarzen und weißen Zellen innerhalb des L-Musters und der Taktspuren, die den alphanumerischen Inhalt des Codes enthalten.

-Die Ruhezone um den Code muss frei von jeglichen Merkmalen sein, die für den Leser sichtbar sein könnten. Die Ruhezone sollte für Codes, die aus quadratischen Zellen aufgebaut sind, mindestens zwei Reihen/Spalten breit sein. Die Ruhezone sollte für Codes, die aus kreisförmigen Zellen (Punkten) aufgebaut sind, mindestens vier Reihen/Spalten breit sein.

ECC 200 Data Matrix Codes können bis zu 3.116 numerische, 2.335 alphanumerische Zeichen oder 1.555 Byte binäre Informationen in einem 144 Spalten mal 144 Zeilen Array speichern. Realistischere Symbolabmessungen für Leiterplatten können immer noch eine erhebliche Menge an Informationen enthalten.

Laserbeschriftungssystem

Das Laserbeschriftungssystem besteht aus der Laserquelle, der Strahlformungsoptik und dem Strahllenkungssystem.

Der Laser ist ein Lichtverstärker, der einen hellen, kollimierten Lichtstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge erzeugt. Für FR4- und Lötstopplackanwendungen wählen die meisten Benutzer den luftgekühlten CO2-Laser, der bei der Ferninfrarotwellenlänge von 10.640 nm arbeitet. Dieser Laser bietet mehrere Leistungs- und Kostenvorteile und liefert hervorragende Markierergebnisse.

Der Laserstrahl wird durch zwei strahlablenkende Spiegel projiziert, die an Hochgeschwindigkeits-Galvanometern mit hoher Genauigkeit montiert sind. Während die Spiegel unter der Leitung des Systemcomputers gedreht werden, tastet der Laserstrahl über die Zielmarkierungsoberfläche ab, um das gewünschte Markierungsbild zu "zeichnen".

Nachdem der Laserstrahl von den Strahllenkspiegeln abgelenkt wurde, wird er durch eine Flachfeld-Fokussieroptik auf den kleinstmöglichen Punkt fokussiert. Die Flachfeld-Fokussierungsbaugruppe ist eine optische Mehrelement-Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, die Brennebene des fokussierten Laserstrahls über das gesamte Markierungsfeld auf einer relativ flachen Ebene zu halten. Das fokussierte Laserlicht erhöht die Leistungsdichte und die damit verbundene Markierleistung deutlich.

Die Funktion des optischen Laserzuges besteht darin, den Laserstrahl auf einen kleinen Punkt zu fokussieren und den Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit über die Zieloberfläche zu scannen. Bei der CO2-Laserkonfiguration beträgt der Durchmesser des fokussierten Flecks und die zugehörige Markierungslinienbreite etwa 0,0035" bis 0,004". Von Menschen lesbare Textzeichen können bis zu 0,040 Zoll klein sein, und 2D-Matrixcodes können aus einzelnen Merkmalen s-klein wie ein einzelner 0,004 Zoll großer Punkt erstellt werden.

PCB-Markierung

Um Leiterplatten zu beschriften, verändert die vom Laserstrahl erzeugte Wärme die Oberfläche der Leiterplatte thermisch, um eine kontrastierende, lesbare Markierung zu erzeugen. Der Prozess erfordert keine Etiketten, Schablonen, Stanzen oder andere Hilfsgeräte oder Verbrauchsmaterialien.

Für Leiterplattenanwendungen können mehrere verschiedene Variationen dieser Technik für unterschiedliche Leiterplatten-/Beschichtungsmaterialien und Hintergrundbedingungen verwendet werden.

-Lötstopplack oder andere konforme Beschichtungen auf FR4-Platinen -

Der Laserstrahl kann die Textur der Beschichtung verändern und ihr ein helleres kontrastierendes Aussehen verleihen, oder kann die Beschichtung vollständig entfernen, um das darunterliegende Substrat oder die Kupfer-Massefläche freizulegen.

-Unbeschichtetes FR4 -

Der Laserstrahl verändert die Textur der Oberfläche des FR4 und erzeugt ein nahezu weißes Aussehen.

-Siebdruck-Tintenblock -

Für Benutzer, die bereits Komponentenidentifikationen oder andere feste Informationen auf den Platinen aufdrucken, kann ein Siebdruckblock mit weißer Tinte als Hintergrund für den 2D-Matrixcode dienen, um die Lesbarkeit zu optimieren. Diese Technik ist besonders hilfreich, wenn…

-Die Hintergrundfarbe der Platine entspricht der Farbe der Lasermarkierung.

-Unterliegende Schaltkreise würden das Markierungsbild für Codeleser verdecken.

-Das Plattenmaterial ist nicht für die Laserbeschriftung geeignet, wie z. B. Keramiksubstrate.

2D-Matrix-Code-Verifizierung

Die Überprüfung der Lesbarkeit und des Inhalts der 2D-Matrixcodes ist ein wichtiger Schritt im gesamten Qualitätsprogramm. Nach der Markierung jedes Stromkreises überprüft das Lesegerät die Integrität der Markierung, bevor der Lasermarkierkopf zur nächsten Markierungsstelle indexiert wird. Das Lesegerät entnimmt dem 2D-Code den alphanumerischen Textstring und vergleicht ihn mit dem zu markierenden Textstring.

Das Lesegerät bewertet auch die Lesbarkeit des Codes basierend auf einer Vielzahl von Parametern, einschließlich Vordergrund-/Hintergrundkontrast, geometrischer Genauigkeit (Schieflage, Rechtwinkligkeit usw.) und der Maßgenauigkeit sowohl der markierten als auch der nicht markierten Zellen. Die 2D-Matrixcodes werden dann als bestanden (grün), gewarnt (gelb) oder nicht bestanden (rot) kategorisiert. Für eine Gesamtproduktionseffizienz kann das Lasersystem s-programmiert werden, dass es nur einige ausgewählte 2D-Codes auf einem Panel überprüft und dann automatisch auf die Überprüfung jedes Codes umschaltet, wenn die Codelesbarkeit unter einen bestimmten Wert fällt.

Heutige Leser leisten hervorragende Arbeit beim Lesen von 2D-Codes mit geringerem Kontrast. Wenn das Laserbeschriftungssystem an einer Montagelinie mit älteren 2D-Matrix-Lesegeräten nach dem Laserbeschrifter installiert ist, kann das Verifizierungslesegerät s-konfiguriert werden, dass es die Codes basierend auf der Leistung der älteren nachgelagerten Lesegeräte auswertet, um eine konsistente Leistung während des gesamten Montageprozesses sicherzustellen.

Markierungsleistung

Der typische Leiterplattenbeschrifter ist ein vollautomatisches, SMEMA-konformes Durchlauf-Laserbeschriftungssystem. Die Gesamtproduktivität des Lasermarkierers setzt sich aus mehreren Schritten zusammen, die den Markierzyklus ausmachen. Die Schritte, die zum Markieren eines Multi-Array-Panels erforderlich sind, sind…

1. Transport und Positionierung des Panels im Markierungsbereich.

2. Erkennung der Passermarken (optional)

3. Markierung des ersten Stromkreises im Array

4. Überprüfung des markierten 2D-Matrix-Codes (optional)

5. Bewegung des Lasermarkierkopfes zum nächsten Kreis im Array.

6. Wiederholen Sie die Schritte 3 und 4 für die verbleibenden Schaltkreise im Array.

7. Transport der Platte aus dem Laserbeschriftungssystem (synonym mit Einbringen der nächsten Platte)

Betriebskosten

Die Betriebskosten betragen viel weniger als 1,00 USD pr-Stunde. Typische Versorgungsanforderungen sind 110VAC, 1-phasig, 12A. Für die Pneumatik wird eine Druckluftquelle benötigt. Die gesamten Betriebskosten bei maximaler Laserleistung (der Laser sollte tatsächlich mit weniger als 80 % Nennleistung betrieben werden) betragen 0,12 USD pr-Stunde. Das wichtigste Verbrauchsmaterial ist die CO2-Laserröhre, die alle 3 bis 5 Jahre zu einem Preis von typischerweise 1.000,00 bis 1.500,- US-Dollar ausgetauscht werden muss. Unter der Annahme einer 40-Stunden-Woche und einer Röhrenlebensdauer von 3 Jahren würden die Kosten für den Röhrenaustausch 0,18 USD pr-Stunde bei Gesamtbetriebskosten von 0,30 USD pr-Stunde unter Worst-Case-Bedingungen entsprechen. Die tatsächlichen Betriebskosten sind niedriger, da der Stromverbrauch unterschritten wird und die Röhrenlebensdauer länger ist.

Bei typischen Anwendungen zur Laserbeschriftung von Leiterplatten betragen die Kosten für die Markierung weniger als 0,0003 USD pr-Schaltung.

Zusammenfassung

Die Elektronikindustrie sucht seit den 1980er Jahren nach einer kostengünstigen und technisch effektiven Möglichkeit, maschinenlesbare Codes auf Leiterplatten aufzubringen. Frühe Versuche umfassten die Lasermarkierung linearer Barcodes an der Leiterplattenkante, eine gewaltige Herausforderung für die Leserausrichtung, und das Markieren linearer Barcodes neben Leiterbahnen, auch eine Herausforderung für Barcode-Leser. Der Barcode-Inhalt war aufgrund des begrenzten Platzes und der Zeichen-pro-Zoll-Kapazität des Barcodes auf wenige Zeichen beschränkt.

Die Entwicklung des 2D-Matrixcodes in Kombination mit der Auflösung, Beständigkeit und Geschwindigkeit der strahlgesteuerten Laserbeschriftungstechnologie bietet Herstellern nun eine zuverlässige, kostengünstige, flexible und überprüfbare Möglichkeit, jedes Produkt durch Produktion, Vertrieb und After-Sales eindeutig zu identifizieren.