EBL 2022: cadena de procesos inteligente

Alrededor de 150 participantes debatieron intensamente en la conferencia EBL 2022 sobre ensamblajes electrónicos y placas de circuitos impresos celebrada en Fellbach cómo pueden llevarse a cabo el diseño y la producción inteligentes, incluidas las estrategias de ensayo y el desarrollo de aplicaciones asociadas.

En el 11º evento conjunto organizado por la DVS (Sociedad Alemana de Soldadura) y la GMM (Sociedad VDE/VDI de Microelectrónica, Microsistemas e Ingeniería de Precisión), se celebraron dos conferencias magistrales y 49 ponencias especializadas, así como una exposición de sobremesa sobre los temas mencionados. También hubo muchas oportunidades para establecer contactos, algo aún más importante después de la pandemia, y no sólo en la velada de bienvenida.

Bernd Enser, Presidente del Comité del Programa, y el Prof. Dr. Mathias Nowottnick, Presidente de la Conferencia Científica, inauguraron la EBL 2022. En su intervención, Nowottnick señaló que, aunque en la actualidad hay muchos problemas, sigue habiendo motivos para el optimismo: el mundo también está haciendo muchos progresos, entre ellos, por ejemplo, el importante descenso de la mortalidad infantil. En este contexto, subrayó que los riesgos deben evaluarse sobre la base de hechos y que los datos cambian con el tiempo, como ilustró con el ejemplo de las centrales nucleares. Por eso se necesitan cada vez más datos e IA (inteligencia artificial) para analizarlos, incluso en contextos complejos. La base de esto último son las enormes capacidades informáticas de que se dispone actualmente. El tratamiento de la información entre humanos y ordenadores debe armonizarse para optimizar la producción eficiente y sostenible de productos innovadores y fiables. Es esencial que los usuarios comprendan el sistema y reconozcan las oportunidades, pero también que se les ofrezcan posibilidades de aplicación concreta. Esta conferencia pretende contribuir a ello.

Conferencias magistrales: La sostenibilidad en las PYME y el desarrollo de la robótica

La sostenibilidad es cada vez más importante y los socios comerciales la exigen. Esto plantea la pregunta: "¿Cómo sobreviven las PYME en la jungla de los requisitos de sostenibilidad? A través de ejemplos prácticos, Marco Dörr y Susanne Schlüter, ambos de Stannol, Velbert, demostraron cómo puede lograrse con éxito y dieron algunos consejos. Utilizando la neutralidad climática como ejemplo, subrayaron que la sostenibilidad es un reto complejo que requiere un gran esfuerzo. Esto se debe a que hay que tener en cuenta los intereses de las partes interesadas.

Los clientes quieren transparencia de datos, capacidad de entrega y seguridad, los propietarios rentabilidad a largo plazo y ventajas competitivas, los responsables de compras no quieren trabajo adicional y los responsables financieros quieren bajos costes y un alto retorno de la inversión. Muchos clientes piden muchos detalles, como muestra el cuestionario presentado como ejemplo por un OEM. Además, las distintas bases de datos proporcionan valores diferentes, por ejemplo para los factores de emisión de un material. Las PYME no pueden elaborar informes de sostenibilidad extensos y exhaustivos como las grandes empresas. Esto se debe a que carecen de los recursos y la experiencia necesarios para hacerlo.

No obstante, existen posibles soluciones: En primer lugar, tiene sentido recopilar la información pertinente. A continuación, es aconsejable crear una red. A partir de ahí, se puede abordar el primer balance. Un enfoque sostenible del medio ambiente siempre ha sido importante para Stannol. Ya en 2013, la empresa desarrolló una línea de productos compuesta por materias primas de comercio justo y ecológicamente sostenibles como parte de su certificación Ökoprofit. La sostenibilidad incluye la selección de proveedores adecuados y el uso responsable de recursos y materias primas.

Esto comienza con el uso eficiente de la energía y las materias primas y continúa con otras medidas diversas hasta la minimización de residuos. La gestión medioambiental de Stannol cumple la norma ISO 14001, según la cual la_{huella de CO2} se utiliza para medir y evaluar el comportamiento medioambiental de la propia empresa. Esto se hace anualmente utilizando métodos y factores de conversión normalizados y reconocidos internacionalmente. Para ello se utiliza la herramienta ecocockpit desarrollada por la Agencia de Eficiencia NRW. Se trata de una herramienta gratuita basada en la web para determinar la_{huella de carbono} que proporciona los datos necesarios sobre las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con el producto, el proceso y el emplazamiento.

En comparación con 2019, Stannol pudo ahorrar alrededor del 60 % de las emisiones mediante medidas específicas. Las emisiones restantes se compensaron con una contribución a la protección del clima. Esta se destinó a la organización sin ánimo de lucro atmosfair, que la utiliza para apoyar proyectos de protección del clima en Nigeria, India y Kenia. Stannol es neutral desde el punto de vista climático en todos los centros de alcance 1 y 2 desde 2020. El esfuerzo para este proceso de huella de carbono supuso cero honorarios de consultoría y solo unas 80 horas de trabajo. Se tardó aproximadamente un año en realizar el primer balance. Los resultados hablan por sí solos: no es lavado verde. Marco Dörr y Susanne Schlüter hicieron un llamamiento a todo el mundo para que se ponga en marcha. No hay que tener miedo, porque entre el 70 y el 80% -lo esencial- es suficiente al principio y la curva de aprendizaje y el impulso serán estupendos.

La cuestión: El profesor Dominik Bösl, de la Universidad de Ciencias Aplicadas de la Economía de Baviera (Múnich), respondió a la pregunta: "Robótica inteligente: ¿perturbación previsible o vago fantasma?", comenzando con una lista de previsiones del pasado, todas las cuales resultaron ser erróneas. El futuro, concluyó, no puede predecirse y las perturbaciones no pueden planificarse. Esto también se aplica a la robótica.

Sin embargo, gracias a métodos científicos modernos como los análisis de (mega)tendencias, es posible estimar y extrapolar lo que ocurrirá en las próximas décadas. Bösl nombró una serie de megatendencias, como la diversidad, el cambio climático, la escasez de recursos, la urbanización, la seguridad, la sostenibilidad, la digitalización, la globalización, la industrialización, la sociedad del conocimiento y el cambio demográfico.

La robótica, la automatización y la IA cambiarán el mundo. El desarrollo de la robótica se producirá en cuatro etapas hacia el robot inteligente. "Nuestros nietos serán la primera generación de nativos robóticos, mientras que nosotros seguimos siendo inmigrantes robóticos con una formación analógica". No obstante, estos últimos experimentarán la disrupción, empezando por la digitalización y, a continuación, la automatización del mundo. Sin embargo, para garantizar que esto traiga beneficios y no desventajas para todos, se necesita una gobernanza robótica que regule la robótica, la automatización y la IA.

Contribuciones al Premio EBL para jóvenes científicos

Moderadas por el Prof. Dr. Mathias Nowottnick y el Prof. Dr. Martin Schneider-Ramelow, Fraunhofer IZM, Berlín, se presentaron como charlas cortas las siguientes contribuciones presentadas al Premio EBL:

• Detección y clasificación automáticas de componentes electrónicos en imágenes de rayos X basadas en redes neuronales por Oliver Albrecht, TU Dresden
• Implementación de una simulación multiescala FE2 para el análisis de tensiones termomecánicas en placas de circuitos impresos, por Andreas Stegmaier, Fraunhofer IZM, Berlín.
• Desarrollo tecnológico para la manipulación selectiva de componentes electrónicos con respecto a defectos estructurales definidos, por Victoria Constance Köst, TU Dresden
• Alta capacidad de transporte de corriente de una cerámica multicapa (LTCC) para su uso en aplicaciones de electrónica de potencia por Lukas Wolz, Robert Bosch GmbH, Reutlingen
• Electrónica de sensores flexible para la supervisión condicional de correas dentadas por Dominik Grosskurth, TU Darmstadt
• Evaluación de la impedancia térmica de un envase monoplaca optimizado de HEMT de GaN basado en PCB utilizando el método VGS por Milkias Ghebreslassie, Universidad de Ciencias Aplicadas de Kempten
• Desarrollo de un convertidor DC/DC bidireccional de 12V/48V para aplicaciones mild-hybrid utilizando preempaquetados de medio puente MOSFET embebidos en PCB por Keshar Rawal, Universidad de Ciencias Aplicadas de Kempten

Como puede verse fácilmente, la variedad de temas tratados en estas presentaciones fue grande, al igual que la calidad de las contribuciones. Ambos aspectos son válidos para todo el programa EBL 2022.

Entrega de premios en paquete doble y sesiones paralelas sobre temas clave

En EBL 2022 se concedieron dos premios:

• El premio a la "Mejor ponencia EBL 2022" fue para Andrej Novikov, de la Universidad de Rostock, por su ponencia "Uniones soldadas estables a alta temperatura mediante la aplicación de materiales de soldadura compuestos".
• El "Premio EBL para jóvenes científicos 2022" se concedió a Dominik Grosskurth, de la Universidad Técnica de Darmstadt, por su contribución "Flexible sensor electronics for conditional monitoring of timing belts".

Tras la ceremonia de entrega de premios, todas las demás ponencias se ofrecieron en tres sesiones paralelas con diferentes enfoques temáticos. A continuación se resumen las ponencias premiadas, junto con ejemplos de algunas de las demás.

Andrej Novikov, de la Universidad de Rostock, informó de sus investigaciones sobre la realización de uniones soldadas estables a altas temperaturas mediante el uso de materiales de soldadura compuestos. La soldadura por difusión puede utilizarse para aumentar específicamente la temperatura de refundición, de modo que la temperatura de funcionamiento de la unión soldada acabada pueda superar las temperaturas del proceso de unión. Los materiales compuestos de soldadura fuerte pueden utilizarse para producir uniones soldadas que soporten altas tensiones termomecánicas. Andrej Novikov investigó el material compuesto de soldadura fuerte fabricado a partir de la aleación eutéctica de soldadura fuerte BiSnAg con una temperatura de fusión de 139°C y partículas de cobre añadidas, centrándose en la influencia del aporte de calor durante el proceso de soldadura fuerte y el posterior envejecimiento térmico en la microestructura de las uniones soldadas. El aumento de la aportación de calor durante los procesos de soldadura prolongados con un aumento de la temperatura de pico y el envejecimiento a 150°C durante un máximo de 30 minutos no provocaron un engrosamiento significativo de la microestructura. Para ello son necesarias cargas térmicas más elevadas. Durante el envejecimiento térmico a 175°C y hasta 168h, se observaron varios bicristales con dimensiones de aprox. 50µm x 70μm en la microestructura de la soldadura. Además, se observaron varios puentes locales del espacio de soldadura con la fase _Cu6Sn5 de mayor fusión. La resistencia mecánica de las uniones soldadas se analizó mediante mediciones de la fuerza de cizallamiento. La mayor carga térmica durante el proceso de soldadura fuerte y el envejecimiento a 150°C no provocaron una reducción significativa de la resistencia.

Dominik Grosskurth, TU Darmstadt, describió una electrónica de sensores flexible para controlar el estado de las correas de distribución. Las correas de distribución suelen sustituirse en una fase temprana para evitar averías. La instalación de un sensor permite controlar el estado de la correa dentada, optimizar los intervalos de mantenimiento y sustitución y ahorrar costes. Para ello, se ha desarrollado una electrónica de sensores que mide valores importantes como la aceleración y la temperatura en el interior de una correa dentada y los transmite de forma inalámbrica a una unidad receptora. La electrónica del sensor también se alimenta de forma inalámbrica. Esto permite controlar la correa dentada y todo el accionamiento durante el funcionamiento. Se describió el diseño de la electrónica del sensor y los retos asociados, como la restricción de tamaño debida al espacio disponible en un diente (anchura de sólo 3 mm) y las mediciones realizadas en consecuencia.

Karsten Schischke, Fraunhofer IZM, Berlín, informó sobre el reto de la neutralidad climática: opciones de actuación para la producción de componentes y placas de circuito impreso, y las ilustró con ejemplos prácticos. Las opciones de actuación con respecto al propio consumo de energía pueden incluir ajustes en el diseño del producto y la selección de la tecnología. También son importantes la selección y los requisitos de los proveedores. Dependiendo de la posición en la cadena de suministro y del tipo de procesos de fabricación propios (complejidad, procesos térmicos, entorno de fabricación especial), las contribuciones de las emisiones de gases de efecto invernadero en los alcances 1, 2 y 3 varían en relevancia. En consecuencia, es importante priorizar las medidas para la neutralidad climática. Si el foco de las emisiones de gases de efecto invernadero está en el Alcance 3, se requiere una cooperación exhaustiva con la propia cadena de suministro de la empresa en lo que respecta a los cambios en los procesos, la selección de materiales y componentes, la adquisición de energía a los proveedores y similares. Si predominan las contribuciones en el Alcance 2, tienen prioridad las medidas de ahorro energético de la propia empresa y el cambio a energías renovables.

El proceso _AgSn20 lanzado por Dow en 2014 ya está disponible en todo el mundo, es decir, en producción en serie en varias plantas de galvanoplastia de Europa y Asia. El Dr. Philippe Jäckle, Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen, demostró que _AgSn20 es adecuado como nuevo depósito de aleación para la tecnología press-fit en aplicaciones eléctricas de automoción, basándose en las pruebas que ha realizado y sus resultados. Con el nuevo _{revestimiento} de AgSn20 se consigue una superficie que reduce los bigotes. El método presentado para cualificar el revestimiento de _AgSn20 ha demostrado su eficacia y también puede utilizarse para cualificar otros revestimientos en procesos galvánicos. La tecnología Press-fit con revestimientos de AgSn se utiliza en aplicaciones de automoción en la red mundial de producción.

El Prof. Dr. Jürgen Wilde, de la Universidad de Friburgo, demostró que es posible detectar componentes electrónicos falsificados con un alto grado de fiabilidad analizando imágenes de rayos X con redes neuronales convolucionales (CNN). Las imágenes de rayos X contienen un gran número de características para la inspección topológica. El uso de redes neuronales para la verificación se investigó con fines de validación. Como esto requiere una gran cantidad de datos de entrenamiento, las imágenes de rayos X se generaron sintéticamente para este fin. Para ello se desarrollaron modelos que combinan datos CAD con las leyes de absorción. Las imágenes de rayos X generadas de este modo representan diferentes variantes de modelo de un SOT223, teniendo en cuenta la dispersión específica de los componentes.

Las redes neuronales se entrenaron con un gran número de estas imágenes bidimensionales, para lo cual también se utilizaron datos de entrenamiento de imágenes de rayos X 2D reales para su comparación. La evaluación se llevó a cabo utilizando tanto la distancia euclidiana como algoritmos de clasificación. En general, en todos los casos fue posible alcanzar altos índices de detección de falsificaciones de hasta el 100% con un bajo índice de falsas alarmas. La tasa de detección basada en datos de entrenamiento sintéticos fue superior. También se demostró que es posible realizar una clasificación radioscópica de componentes, por ejemplo para reconocer falsificaciones, sin disponer de muestras de referencia reales.