IT201900005466A1 - Metodo per la tracciatura dei processi produttivi di un’apparecchiatura elettronica - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione avente per titolo:
“METODO PER LA TRACCIATURA DEI PROCESSI PRODUTTIVI DI UN’APPARECCHIATURA ELETTRONICA”
Campo dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce al campo della tracciatura dei processi produttivi. In particolare, la presente invenzione trova soprattutto impiego nella produzione di apparecchiature elettroniche provviste di circuiti stampati (PCB – Printed Circuit Boards).
Tecnica anteriore nota
L’aumento dell’affidabilità di un prodotto rappresenta una sfida sempre più difficile e competitiva per i produttori di ogni settore della tecnica ed in particolare per la produzione di apparecchiature elettroniche.
Nell'industria delle apparecchiature elettroniche, quando viene rilevato un guasto, un bug o in generale un problema, sorge la necessità di individuare rapidamente la causa del problema e l’insieme di prodotti colpiti.
Sono ad esempio noti dei sistemi di tracciatura in cui per ogni lotto di produzione viene assegnata una scheda informativa ove è riportato il numero di ciclo produttivo del processo per la realizzazione dei prodotti appartenenti ad un determinato lotto.
Tuttavia, tali sistemi di tracciatura presentano alcuni difetti. In particolare, quando viene rilevato un problema su un determinato prodotto, risulta molto difficile ricavare le fasi effettivamente eseguite sul prodotto difettoso dal numero di ciclo riportato sulla scheda informativa del lotto ed ancora più difficile ricavare in quale fase di produzione e/o in quale componente è avvenuto un errore durante la realizzazione del prodotto difettoso.
Nasce pertanto l’esigenza di poter conoscere con immediatezza di quali
componenti è costituita un’apparecchiatura elettronica realizzata attraverso un determinato processo produttivo, e i parametri di processo impiegati, senza dover fare affannose ricerche tra documenti non sempre facilmente reperibili e spesso infruttuose in quanto l’informazione si è persa o interrotta nel processo produttivo.
Riepilogo dell’invenzione
Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i problemi sopra citati e di mettere a disposizione un metodo per la tracciatura dei processi produttivi di un’apparecchiatura elettronica in grado di mettere a disposizione in modo semplice ed intuitivo tutti i parametri del processo produttivo di ogni apparecchiatura elettronica.
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un metodo per la tracciatura dei processi produttivi di apparecchiature elettroniche in grado di tracciare l'intero processo di produzione in modo più accurato e conveniente, senza influenzare la normale efficienza di produzione del processo.
Questi ed ulteriori scopi sono raggiunti dalla presente invenzione grazie ad un metodo secondo la rivendicazione 1. Aspetti preferiti sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.
In particolare, secondo un aspetto della presente invenzione, il metodo per la tracciatura dei processi produttivi di un’apparecchiatura elettronica comprende le fasi di:
(a) applicare un codice identificativo ad un circuito stampato (PCB) dell’apparecchiatura elettronica;
(b) memorizzare in un database i valori di una pluralità di parametri di processo usati durante la produzione dell’apparecchiatura elettronica; (c) associare i valori dei parametri di processo al codice identificativo; (d) ricavare almeno un indice di affidabilità associato al codice identificativo in funzione almeno dei valori memorizzati nella fase (c). Grazie alla presente invenzione, è quindi possibile mettere a disposizione un database in cui vengono memorizzati tutti i valori dei parametri di processo associati ad ogni apparecchiatura elettronica. Preferibilmente, il database può essere su un server per rendere il database accessibile anche da remoto, ad esempio da PC,
smartphone o simili dispositivi mobili.
Secondo un aspetto particolare della presente invenzione, il metodo comprende preferibilmente la fase (e) di eseguire sull’apparecchiatura elettronica almeno un test per ricavare sperimentalmente i valori dei seguenti parametri:
- temperatura o ciclo di temperatura
- tempi di esecuzione test
- numero di guasti
- numero di cicli on/off
- umidità
- parametri di alimentazione (ad esempio la tensione di alimentazione). Tali forme di realizzazione possono prevedere che la fase (d) venga eseguita ricavando l’indice di affidabilità anche in funzione dei valori sperimentali ricavati da uno o più test eseguiti sull’apparecchiatura elettronica.
Vantaggiosamente i valori sperimentali dei test possono essere memorizzati nel database ed essere forniti, insieme ai dati memorizzati durante la fase (b), come dati in ingresso ad un algoritmo predittivo. Ad esempio, tali dati possono essere usati vantaggiosamente per l’addestramento di una rete neurale. Mediante algoritmi di intelligenza artificiale, è quindi possibile acquisire in ingresso i dati memorizzati nel database (eventualmente con l’ausilio di un algoritmo di ricerca semantica qualora i dati memorizzati non siano solamente di tipo numerico), ed associarli ai risultati sperimentali ottenuti dai test sperimentali in modo da predire con maggiore precisione l’affidabilità dell’apparecchiatura elettronica in funzione dei parametri di processo impiegati durante l’intera realizzazione dell’apparecchiatura elettronica, per mezzo di algoritmi predittivi, tra cui ad esempio mediante impiego di una rete neurale.
Secondo un aspetto vantaggioso della presente invenzione, il codice identificativo è un codice univoco per ciascuna apparecchiatura elettronica prodotta. Ad esempio, il codice identificativo comprende un codice a barre, preferibilmente bidimensionale (QR code).
Secondo un aspetto della presente invenzione la pluralità di parametri di processo memorizzati nel database comprendono un set di parametri associati alla
produzione del circuito stampato, un set di parametri associati all’assemblaggio di componenti elettronici sul circuito stampato, ed un set di parametri associati all’apparecchiatura elettronica assemblata.
Alcune forme di realizzazione possono prevedere che i parametri associati alla produzione del circuito stampato possono comprendere i parametri relativi a:
- pressatura
- etching
- foratura
- finitura
- test elettrici
- marca e modello dei macchinari coinvolti nella produzione - tempistiche di processo
- identificazione linea produttiva.
Alcune forme di realizzazione possono prevedere che il set di parametri associati all’assemblaggio di componenti elettronici sul circuito stampato comprenda i seguenti parametri:
- tipologia dei componenti montati e relativa data di produzione - prodotti chimici utilizzati
- tempistiche di ingresso e di uscita dei vari step (fasi)
- errori di deposizione pasta saldante
- errori di posizionamento componenti
- profilo di saldatura
- dati relativi ad ispezioni
- identificazione operatore
- identificazione linea produttiva.
Ulteriori forme di realizzazione possono prevedere che il set di parametri associati all’ apparecchiatura elettronica assemblata comprenda i seguenti parametri:
- parametri ambientali (ad esempio temperatura di lavoro, umidità, ecc.) - cicli on/off
- esposizione ad ambienti aggressivi
- parametri di alimentazione
- destinazione d’uso.
Preferibilmente, uno o più indici di affidabilità vengono ricavati per mezzo di un algoritmo predittivo comprendente uno o più modelli predittivi scelti tra MIL-HDBK-217F, Bellcore/Telcordia, FIDES, NSWC Mechanical o Simens SN 29500.
Secondo un aspetto della presente invenzione almeno un indice di affidabilità comprende il tempo medio che intercorre tra due guasti (MTBF – Mean Time Between Failures) e/o il tempo medio al verificarsi di un guasto (MTTB – Mean Time To Failure).
Breve descrizione delle figure
Ulteriori aspetti e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari dalla descrizione che segue, fatta a titolo illustrativo e non limitativo, con riferimento alle seguenti figure in cui:
- la figura 1 mostra schematicamente un diagramma di flusso di una particolare forma di realizzazione del metodo secondo la presente invenzione;
- la figura 2 illustra a titolo esemplificativo un diagramma (di tipo causa/effetto) indicante sinteticamente i più rilevanti passaggi produttivi di una scheda PCB, con i relativi parametri critici, prima del suo impiego in una apparecchiatura elettronica.
Forme di realizzazione dell’invenzione
Con riferimento alla figura 2, la produzione di una scheda PCB, completa dei propri componenti, può essere schematizzata, almeno nelle sue fasi iniziali e prima del suo inserimento in una relativa apparecchiatura elettronica, come mostrato in figura 2.
In questa figura, secondo uno schema esemplificativo di produzione di una scheda PCB su cui sono montati per saldatura i relativi componenti elettronici, si osserva che una scheda PCB può essere realizzata come scheda “nuda”, ovvero comprendente solo le piste circuitali e le sedi per i vari componenti, sulla quale sono inseriti e poi saldati i componenti elettronici previsti per quella scheda PCB.
Nella figura 2 sono sommariamente indicate alcune possibili cause che, intervenendo nei singoli processi produttivi, possono portare a dei difetti nella scheda PCB qui esemplificata.
Ad esempio, umidità e temperatura possono danneggiare una scheda PCB priva di componenti o ancora ad esempio l’eventuale presenza di un componente non perfettamente funzionante, o una errata saldatura di un componente, possono determinare il malfunzionamento della stessa scheda PCB.
Con riferimento ora alla figura 1, il metodo per la tracciatura dei processi produttivi di un’apparecchiatura elettronica comprende una fase (a) di applicazione di un codice identificativo su ogni scheda a circuito stampato o più semplicemente scheda PCB (Printed Circuit Board) dell’apparecchiatura elettronica, una fase (b) di memorizzazione su un database dei parametri di processo impiegati per la realizzazione dell’apparecchiatura elettronica, ed una fase (c) di associazione dei parametri memorizzati al codice identificativo.
Le fasi del metodo secondo la presente invenzione possono essere con ordine differente rispetto a quello indicato in figura 1. Ad esempio, la fase (b) di memorizzazione può avvenire in parte prima alla fase (a) di applicazione del codice sulla scheda PCB. Alcune forme di realizzazione del metodo secondo la presente invenzione possono infatti prevedere che durante la fase di produzione della scheda PCB vengano memorizzati in un database i valori dei parametri impiegati durante la produzione della scheda. Ad esempio, un set preferito di parametri associati alla produzione della scheda PCB comprende i parametri relativi a:
- pressatura
- etching
- foratura
- finitura
- test elettrici
- marca e modello dei macchinari coinvolti nella produzione
- tempistiche di processo
- identificazione della linea produttiva (ad esempio mediante un codice
identificativo univoco associato alla linea di produzione o a ciascuna linea di produzione nel caso il circuito stampato venga realizzato su più linee).
La fase (a) di applicazione di un codice identificativo può quindi essere eseguita, applicando sulla scheda PCB pronta un codice identificativo, preferibilmente un codice atto ad essere acquisito otticamente (ad esempio un codice a barre, preferibilmente di tipo bidimensionale o un QR code) a cui vengono associati durante la fase (c), di associazione dei parametri al codice identificativo, i valori dei suddetti parametri memorizzati durante la fase (b) eseguita contestualmente alla fase di produzione della scheda PCB.
Si noti che, seguendo lo schema di figura 2, tale fase a) del metodo per la tracciatura, secondo la presente invenzione, di applicazione di un codice identificativo per ciascuna scheda (“marcatura”) può essere effettuata immediatamente dopo la produzione della scheda PCB “nuda”, ovvero immediatamente prima che su di essa vengano inseriti e saldati i relativi componenti.
Preferibilmente il codice identificativo è un codice univoco per ciascuna scheda PCB di ciascuna apparecchiatura elettronica prodotta.
In modo analogo, possono essere memorizzati nel database i parametri associati all’assemblaggio di componenti elettronici sulla scheda PCB, ed i parametri associati all’apparecchiatura elettronica assemblata.
Durante tale fase di produzione della scheda PCB di una data apparecchiatura elettronica, possono essere assemblati (preferibilmente mediante saldatura – si veda ancora la figura 2) differenti tipologie di dispositivi elettronici (circuiti integrati, componenti discreti, dissipatori, ecc.) ad esempio di tipo SMT (Surface Mount Technology).
Preferibilmente, la fase (b) di memorizzazione dei parametri di processo, può prevedere ulteriormente la memorizzazione dei valori relativi ai seguenti parametri associati all’assemblaggio di componenti elettronici sulla scheda PCB:
- tipologia dei componenti montati e relativa data di produzione - prodotti chimici utilizzati
- tempistiche di ingresso e di uscita dei vari step (fasi) - errori di deposizione pasta saldante
- errori di posizionamento componenti
- profilo di saldatura
- dati relativi ad ispezioni (ad esempio dati relativi al controllo sul corretto funzionamento delle saldature e/o sulla continuità delle piste) - identificazione dell’operatore (ad esempio mediante un codice identificativo univoco associato a ciascun operatore)
- identificazione della linea produttiva (ad esempio mediante un codice identificativo univoco associato alla linea di produzione o a ciascuna linea di produzione nel caso l’apparecchiatura venga assemblata su più linee).
Alternativamente o in aggiunta, la fase (b) di memorizzazione dei parametri di processo, può prevedere ulteriormente la memorizzazione dei valori relativi ai seguenti parametri associati all’apparecchiatura elettronica assemblata:
- temperatura di lavoro
- umidità
- cicli on/off
- esposizione ad ambienti aggressivi
- parametri di alimentazione
- destinazione d’uso.
Alcune forme di realizzazione possono prevedere che il set di parametri associati all’apparecchiatura elettronica assemblata comprenda ulteriormente dati relativi a test pregressi.
Alla fine del processo produttivo dell’apparecchiatura elettronica, viene messo a disposizione un database organizzato in modo tale che per ogni codice identificativo (associato univocamente a ciascuna scheda PCB di ciascuna apparecchiatura elettronica) sono associati i valori dei parametri di processo impiegati durante la produzione dell’apparecchiatura elettronica.
Secondo un aspetto della presente invenzione, il metodo prevede una fase (d)
di ricavare per ogni codice identificativo almeno un indice di affidabilità in funzione almeno dei corrispondenti valori memorizzati nella fase (c).
L’indice di affidabilità può ad esempio comprendere il tempo medio che intercorre tra due guasti (Mean Time Between Failures o MTBF) e/o il tempo medio al verificarsi di un guasto (Mean Time To Failures o MTTB).
L’indice di affidabilità può essere calcolato per mezzo di modelli predittivi noti di per sé nella tecnica. Preferibilmente, l’indice di affidabilità può essere calcolato per mezzo di un algoritmo predittivo comprendente uno o più modelli predittivi scelti tra MIL-HDBK-217F, Bellcore/Telcordia, FIDES, NSWC Mechanical o Simens SN 29500.
Con riferimento alla figura 1, il metodo opzionalmente, ma preferibilmente, comprende una fase (e) di eseguire sull’apparecchiatura elettronica prodotta uno o più test per ricavare sperimentalmente i valori dei seguenti parametri:
- temperatura o ciclo di temperatura
- tempi di esecuzione test
- numero di guasti
- numero di cicli on/off
- umidità
- parametri di alimentazione (ad esempio tensione di alimentazione) Si osservi, in figura 2, che al termine della saldatura, la scheda PCB può essere ispezionata, ad esempio tramite test a campione, prima di essere inserita entro la relativa apparecchiatura elettronica.
Secondo un aspetto della presente invenzione, la fase di calcolo dell’indice di affidabilità (fase d) viene eseguita preferibilmente, ma non necessariamente, ricavando l’indice di affidabilità anche in funzione dei valori sperimentali ottenuti dai test eseguiti durante la fase (e) su ogni apparecchiatura elettronica prodotta.
Alcune forme di realizzazione possono prevedere che la fase (e) venga effettuata per ricavare sperimentalmente almeno un indice di affidabilità, ad esempio mediante test di vita accelerati (ad esempio test normati IPC, IEC, ASTM, e simili). In tali forme di realizzazione, il metodo può prevedere di memorizzare nel database
l’indice di affidabilità ricavato sperimentalmente e i seguenti parametri impiegati per effettuare il test:
- monte ore simulato (vale a dire il periodo di tempo che è stato accelerato durante il test)
- modello di calcolo (ad esempio test in temperatura o in umidità per accelerare il tempo di vita dell’apparecchiatura)
- fattore di accelerazione (ricavabile dalla legge di Arrhenius).
Ulteriormente, i valori sperimentali dei test eseguiti possono vantaggiosamente essere memorizzati nel database come “training set”, vale a dire come insieme di dati da usare per l'addestramento di algoritmi predittivi (ad esempio mediante l’impiego di una rete neurale). In tal modo l’algoritmo può imparare ad inferire la relazione che li lega. Ad esempio, nel caso di una rete neurale, la rete è addestrata successivamente mediante un opportuno algoritmo (tipicamente, la back-propagation che è appunto un algoritmo d'apprendimento supervisionato), il quale usa tali dati allo scopo di modificare i pesi ed altri parametri della rete stessa in modo tale da minimizzare l'errore di previsione relativo all'insieme d'addestramento.
Se l'addestramento ha successo, la rete impara a riconoscere la relazione incognita che lega le variabili d'ingresso (vale a dire i parametri di processo impiegati durante la realizzazione dell’apparecchiatura elettronica) a quelle d'uscita (l’indice di affidabilità), ed è quindi in grado di fare previsioni anche laddove l'uscita non è nota a priori.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la tracciatura dei processi produttivi di un’apparecchiatura elettronica comprendente le fasi di: (a) applicare un codice identificativo ad un circuito stampato (PCB) di detta apparecchiatura elettronica; (b) memorizzare in un database i valori di una pluralità di parametri di processo usati durante la produzione di detta apparecchiatura elettronica; (c) associare i valori di detta pluralità di parametri di processo a detto codice identificativo; (d) ricavare almeno un indice di affidabilità associato a detto codice identificativo in funzione almeno dei valori memorizzati in detta fase (c).
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente una fase di eseguire su detta apparecchiatura elettronica almeno un test per ricavare sperimentalmente i valori dei seguenti parametri: - temperatura o ciclo di temperatura - tempi di esecuzione test - numero di guasti - numero di cicli on/off - umidità - parametri di alimentazione in cui detta fase (d) viene eseguita ricavando detto almeno un indice di affidabilità anche in funzione dei valori sperimentali ricavati da detto almeno un test eseguito su detta apparecchiatura elettronica.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui detto codice identificativo è univoco per ciascuna apparecchiatura elettronica prodotta.
- 4. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto codice identificativo comprende un codice a barre, preferibilmente bidimensionale.
- 5. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detta pluralità di parametri di processo comprendono un set di parametri associati alla produzione di detto circuito stampato, un set di parametri associati all’assemblaggio di componenti elettronici su detto circuito stampato, ed un set di parametri associati a detta apparecchiatura elettronica assemblata.
- 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detto set di parametri associati alla produzione di detto circuito stampato comprende i parametri relativi a: - pressatura - etching - foratura - finitura - test elettrici - marca e modello dei macchinari coinvolti nella produzione - tempistiche di processo - identificazione linea produttiva.
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui detto set di parametri associati all’assemblaggio di componenti elettronici su detto circuito stampato comprende i seguenti parametri: - tipologia dei componenti montati e relativa data di produzione - prodotti chimici utilizzati - tempistiche di ingresso e di uscita dei vari step - errori di deposizione pasta saldante - errori di posizionamento componenti - profilo di saldatura - dati relativi ad ispezioni - identificazione operatore - identificazione linea produttiva.
- 8. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6 o 7, in cui detto set di parametri associati a detta apparecchiatura elettronica assemblata comprende i seguenti parametri: - parametri ambientali - cicli on/off - esposizione ad ambienti aggressivi - parametri di alimentazione - destinazione d’uso.
- 9. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un indice di affidabilità viene ricavato per mezzo di un algoritmo predittivo comprendente uno o più modelli predittivi scelti tra MIL-HDBK-217F, Bellcore/Telcordia, FIDES, NSWC Mechanical o Simens SN 29500.
- 10. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui detto almeno un indice di affidabilità comprende il tempo medio che intercorre tra due guasti (MTBF) e/o il tempo medio al verificarsi di un guasto (MTTB).
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