Поскольку электронная промышленность становится все более глобализированной, эффективная коммуникация через международные границы имеет важное значение для обеспечения высококачественного и экономически эффективного производства. Однако различия в правилах проектирования, стандартах документации и техническом языке исторически создавали проблемы для международного сотрудничества.
С момента своего основания в 1957 году стандарты Института по взаимодействию и упаковке электронных схем (IPC) развивались на протяжении десятилетий. Он играет важную роль в том, чтобы идти в ногу с технологическими достижениями, оставаясь при этом окончательным набором правил, регулирующих производство печатных плат во всем мире. Соблюдение спецификаций IPC теперь является обязательным для любой компании, участвующей в международной торговле электроникой.
К своему 60-летию в 2017 году IPC насчитывала более 4000 сайтов-членов в 79 странах мира. Читайте дальше, мы представляем вам обзор стандартов IPC для проектной документации печатных плат. Мы также обсудим, как их рекомендации помогли оптимизировать процессы для компаний с заводами и поставщиками в нескольких странах.
Что такое IPC и стандарты IPC для печатных плат
Итак, что означает IPC в электронике? Ну, это Институт по взаимодействию и упаковке электронных схем — ранее известный как Институт печатных схем. Это всемирная торговая ассоциация, которая разрабатывает стандарты для производства и сборки электроники. Основанная в 1957 году и базирующаяся в Баннокберне, штат Иллинойс, IPC занимается разработкой стандартных процессов и документов в области электронного проектирования, сборки, изготовления и отделки печатных плат и печатной электроники.
Стандарты IPC позволяют компаниям эффективно сообщать о потребностях в проектировании и требованиях к производству партнерам по всему миру. Стандарты предоставляют общую документацию для облегчения понимания и согласованности между организациями. Некоторые ключевые области, охватываемые стандартами IPC, включают упаковку, сборку, материалы, производство электроники и терминологию. Регулярно обновляемые стандарты гарантируют, что процессы и документация соответствуют новейшим технологиям и передовым практикам.
Эти стандарты IPC разрабатываются посредством процесса консенсуса, включающего вклад лидеров отрасли, академических учреждений, государственных учреждений и других заинтересованных групп. Разработка на основе консенсуса помогает гарантировать, что стандарты представляют практические реалии ландшафта проектирования и производства. Стандарты IPC являются добровольными, но широко приняты во всем мире из-за их полезности для оптимизации процессов производства электроники.
Соблюдение стандартов IPC может помочь компаниям сократить расходы за счет более эффективной коммуникации с поставщиками, избегания дефектов и переделок, а также более плавных переходов при смене поставщиков или партнеров. Стандарты предоставляют последовательные рекомендации, на которые могут положиться производители электроники, разработчики технологий, образовательные учреждения и студенты.
IPC продолжает разрабатывать новые стандарты и обновлять существующие для удовлетворения новых технологий и потребностей быстро инновационной электронной промышленности. Ее стандарты стали критически важными ориентирами для глобальной экосистемы проектирования и производства электроники.
Тип стандартов в производстве печатных плат и печатных плат
Производство печатных плат и печатных плат включает в себя сложные методы, инструменты и навыки для изготовления высококачественной печатной платы. Эти методы следуют стандартам и процедурам, чтобы гарантировать высокое качество конечной продукции каждый раз.
Стандарты IPC PCB — это общеизвестные стандарты, которым следуют большинство производителей в соответствии с требованиями и запросами клиентов. Однако существуют и другие стандарты, о которых нам следует знать, когда мы приступаем к производству нашей печатной платы или печатной платы:
· Международная организация по стандартизации или, короче говоря, ISO – это набор стандартизированных процессов, гарантирующих, что объект, организация, склад и другие ключевые точки завода соответствуют отраслевым стандартам. ISO имеет номера, такие как ISO 9001:2015, 14001:2015 и т. д. Первая цифра указывает на идентификатор стандарта, а вторая – на дату выпуска.
· Международный союз электросвязи, или сокращенно «МСЭ», — контролирует качество и стандарты телекоммуникационного оборудования.
· Международная электротехническая комиссия, сокращенно «IEC» — помогает нам проверять и контролировать качество электронных и электрических приборов. Проверка осуществляется посредством различных электрических сертификаций, которые гарантируют безопасность и качество.
Хотя в этой статье мы в основном обсуждаем преимущества стандартов IPC, важно знать, что существуют и другие стандарты, а также то, какую пользу они могут принести в сфере производства печатных плат и печатных плат.
Разработка стандартов МПК
Разработка стандартов IPC стала замечательным путешествием, которое шло параллельно быстрому развитию самой электронной промышленности. Эти стандарты сыграли ключевую роль в обеспечении надежности, качества и совместимости электронных компонентов и печатных плат (PCB).
Давайте заглянем в увлекательную историю стандартов IPC, проследив их эволюцию через основные вехи и события.
Ранние годы: 1950-е–1970-е годы
Истоки стандартов IPC восходят к 1950-м годам, когда электронная промышленность начала быстро развиваться. В 1958 году, через год после своего основания, IPC опубликовала свои первые стандарты электронной упаковки, чтобы установить общие правила проектирования и материалы для печатных плат. Книга под названием «Как проектировать и указывать печатные схемы» успешно разошлась тиражом более 25,000 XNUMX экземпляров.
В 1960-х и 1970-х годах IPC работала с промышленностью над созданием чертежей, методов испытаний и спецификаций материалов для поддержки возросшей сложности в проектировании печатных плат и электронных сборок. Приемлемость печатных плат (IPC-A-600), опубликованная в 1964 году, в частности, закладывает основу для стандарта IPC для требований приемлемости пустых печатных плат. Это способствовало раннему росту и инновациям.
Развитие технологий: 1980-е – 2000 гг.
С появлением технологии поверхностного монтажа в 1980-х годах IPC провела стандартизацию, необходимую для обеспечения плотного размещения компонентов с малым шагом, которое требовалось для этой инновации. Стандарты для проектирования посадочных мест, производственных процессов и испытаний надежности способствовали широкому внедрению.
В 1990-х годах IPC сотрудничала в области спецификаций формата межсоединений и экологических испытаний, жизненно важных для расширенного использования пластика и сборки без свинца и без очистки. Эти усилия поддерживали миниатюризацию, лежащую в основе каждого нового поколения электроники.
Распространение и последующий период: 2000-е годы — настоящее время
За последние 23 года IPC выпустила более 300 стандартов, охватывающих сборку электроники, микроэлектронику, технологии производственных соединений и связанные с ними процессы цепочки поставок. Такие новые области, как гибкая гибридная электроника, 3D и аддитивное производство, а также устойчивое развитие, также имеют стандарты IPC.
В условиях стремительного роста мировой электронной промышленности процесс разработки стандартов IPC на основе консенсуса и разнообразный состав участников стали бесценными для обеспечения взаимодействия, качества и постоянного совершенствования во всей экосистеме производства электроники.
Почему стандарты IPC для проектирования печатных плат имеют значение?
Соединение электронных компонентов посредством печатных плат (ПП) позволило быстро развивать технологии за последние несколько десятилетий. Однако с ростом сложности для поддержания качества, надежности и взаимозаменяемости требуется стандартизация. Стандарты IPC помогают гарантировать, что проектирование, производство и сборка ПП соответствуют согласованным в отрасли критериям.
Вот пять основных причин, почему важно следовать стандартам IPC при проектировании печатных плат.
Надежность и длительный срок службы продукции
Стандарты IPC определяют допуски и рекомендации по проектированию, которые прошли обширные испытания, чтобы выдерживать повторяющиеся нагрузки в течение ожидаемых жизненных циклов продукта. Соблюдение этих стандартов помогает предотвратить дефекты, которые могут привести к сбоям подключения в течение срока службы устройств в полевых условиях.
Совместимость между компаниями
Совместимость между различными компонентами и системами от разных производителей имеет важное значение для крупносерийного электронного производства. Стандарты IPC способствуют совместимости, устанавливая общие правила того, как печатные платы и компоненты должны взаимодействовать физически и электрически. Это позволяет печатным платам, изготовленным разными производителями, интегрироваться и работать
бесшовно соединяются на сборочных линиях.
Качество через дисциплину процесса
Внедрение спецификаций IPC обеспечивает производственную дисциплину, которая поддерживает непрерывные усилия по улучшению качества. Стандарты определяют количественные критерии приемки для таких атрибутов, как паяемость, толщина покрытия и устойчивость к тепловому удару. Это позволяет легко проверить, что требования к качеству последовательно выполняются от партии к партии.
Безопасность от электрических опасностей
Стандарты IPC включают рекомендации по предотвращению электростатического разряда и минимизации других электрических рисков, которые становятся все более важными по мере увеличения плотности цепей. Соблюдение стандартов безопасности дает клиентам уверенность в том, что их платы не выйдут из строя неожиданно или не вызовут проблем с надежностью из-за электростатического разряда или других электрических проблем.
Выход продукции за счет сокращения объема доработок
Переделка дефектных плат повышает затраты, поэтому важно предотвращать сбои на ранних этапах проектирования и изготовления. Стандарты IPC снижают риск производства, определяя лучшие практики проектирования и процесса. Печатные платы, изготовленные по спецификациям IPC, имеют меньше проблем при прохождении электрических испытаний и проверок, что повышает общую производительность и эксплуатационную эффективность.
Почему следует применять стандарты IPC при проектировании печатных плат
При проектировании печатных плат (ПП) крайне важно придерживаться установленных отраслевых стандартов для обеспечения качества, надежности и технологичности. IPC устанавливает ведущие стандарты для проектирования и производства ПП.
Вот некоторые из основных стандартов IPC, которым должен следовать каждый разработчик печатных плат.
IPC-A-600: Приемлемость печатных плат: В этом стандарте изложены минимальные требования к качеству, надежности и производительности печатных плат. Он охватывает все аспекты конструкции платы, включая толщину готовой платы, толщину покрытия, вес меди, качество отверстий и многое другое. Соблюдение IPC-A-600 помогает производить платы, которые проходят испытания на структурную и экологическую надежность.
IPC-2222: Руководство по проектированию кабельных жгутов: Стандарт IPC-2222 определяет проектирование и разработку электрических кабельных жгутов и сборок проводов. Он охватывает такие темы, как выбор проводов и кабелей, спецификация разъемов, маршрутизация, концевая заделка, маркировка и документация. Соблюдение рекомендаций IPC-2222 помогает обеспечить надежное изготовление и сборку жгутов с минимальной доработкой. Стандарты печатных плат также способствуют разработке, упрощающей тестирование и проверку.
IPC-D-275: Стандарт проектирования жестких печатных плат и узлов жестких печатных плат: Этот стандарт устанавливает руководящие принципы для функций компоновки печатных плат, таких как интервалы между компонентами и линиями, размеры контактных площадок, определения посадочных мест, зазоры для маршрутизации и высоты стека. Соблюдение правил проектирования IPC-D-275 обеспечивает технологичность на современном сборочном оборудовании и повышает выход продукции. Он также способствует термической и механической надежности.
IPC-2221: Общий стандарт проектирования печатных плат: IPC-2221 считается наиболее полным набором правил проектирования, включающим требования из многочисленных других стандартов IPC. Он устанавливает подробные методы проектирования для всего, от определения стека до руководств по проектированию для производства (DFM). Строгое соответствие IPC-2221 дает высокую уверенность в том, что платы будут изготавливаемыми и функциональными.
IPC-A-610: Приемлемость электронных сборок: Этот стандарт охватывает критерии качества сборки и мастерства. Он используется для проверки собранных плат, чтобы гарантировать приемлемую пайку, размещение компонентов и общее качество производства. Сертификация по IPC-A-610 гарантирует, что платы и сборки будут работать надежно.
IPC-1791: Высоконадежная/долгосрочная конструкция печатной платы: Стандарт IPC-1791 определяет строгие требования к проектированию печатных плат для длительного срока службы в жестких и критических по надежности приложениях, таких как аэрокосмическая, медицинская и военная промышленность. Он охватывает хранение и эксплуатацию при повышенных температурах, устойчивость к термоциклированию, ударопрочность/вибрационную прочность и требования к снижению номинальных характеристик компонентов/отказоустойчивости.
IPC-6012: Квалификация и технические характеристики жестких печатных плат: Этот стандарт IPC для печатных плат определяет методы испытаний и критерии приемки для ключевых эксплуатационных характеристик печатных плат, таких как размерная стабильность, паяемость, прочность на отрыв меди, термический удар и влагостойкость. Он используется для квалификации плат для высоконадежного использования и выявляет любые скрытые дефекты в процессе изготовления.
IPC-D-275: Стандарт проектирования жестких печатных плат и узлов жестких печатных плат: Эти стандарты печатных плат охватывают размеры и допуски печатных плат, определения слоев, методологию компоновки проекта, правила размещения компонентов и требования к чертежам/документации для изготовления. Они направлены на обеспечение точности размеров и повторяемости конструктивных особенностей между несколькими изготовителями плат.
IPC/WHMA-A-620: Требования и приемка для кабельных и проводных жгутов: Этот стандарт относится к производству жгутов проводов и кабельных сборок. Он определяет критерии качества и мастерства для подготовки проводов, концевой заделки и соединений/сращиваний. Соблюдение этого стандарта помогает убедиться, что жгуты были изготовлены в соответствии со спецификациями и будут работать надежно.
IPC J-STD-001: Требования к паяным электрическим и электронным сборкам: Эта спецификация устанавливает критерии процесса и приемки для пайки электронных узлов. Она охватывает такие темы, как методы и оборудование для пайки, квалификации материалов и процессов, а также качественные характеристики, такие как количество припоя и образование мостиков. Соответствие гарантирует соблюдение надлежащих методов пайки.
Что означают классы IPC?
IPC классифицирует печатные платы по трем категориям в зависимости от уровня их качества: класс 1, класс 2 и класс 3, при этом класс 3 соответствует наивысшим стандартам качества. IPC установила эту систему классификации в соответствии со стандартом IPC-6011 для определения различных уровней качества для производства электроники.
Одно из ключевых различий между классами заключается в степени проверки и тестирования, которым должны подвергаться электронные узлы, а также в стандартах качества, которым они соответствуют. Понимание каждого класса и его конкретных требований может помочь OEM-производителям определить, какой класс подходит их продукту. Такие факторы, как потребности клиентов и затраты, существенно влияют на выбор класса.
Ниже представлен обзор определений классов МПК и некоторые рекомендации о том, когда следует рассматривать каждый класс:
· Доски 1 класса предназначены для электронных изделий общего назначения с базовыми функциональными требованиями.
· Доски 2 класса предназначены для специализированного сервисного обслуживания электроники с повышенными требованиями к качеству.
· Доски 3 класса предназначены для приложений, требующих высокой надежности, например, для медицинских приборов, и подвергаются строжайшему контролю качества.
Давайте рассмотрим каждый из них подробнее.
Электроника класса 1: Изделия общей электроники
Первый класс электронных продуктов включает платы, предназначенные для недорогих потребительских товаров с ожидаемым сроком службы всего несколько месяцев или лет. Эти устройства отдают приоритет краткосрочной доступности над долговечностью.
Представьте себе детскую игрушку — хотя свет и звук могут отлично работать в течение месяцев игры, низкокачественные компоненты, упрощенные конструкции и отсутствие тщательного тестирования. Это означает, что детали, скорее всего, перестанут функционировать всего через год или два нормального использования максимум. Ремонт будет невыгоден с учетом низкой цены.
Электроника 2 класса: специализированные электронные продукты
Класс 2 охватывает широкий спектр электронных устройств как для личного, так и для коммерческого использования, где предполагается непрерывная работа в течение длительных периодов. Они включают в себя такие вещи, как:
· Бытовая техника
· Развлекательные системы
· Промышленное управление
· Бытовая электроника
Хотя незапланированный простой может привести к разочарованию или потере производительности, сбои не будут представлять угрозы безопасности или серьезных сбоев. Для обеспечения надежной работы в течение предполагаемого срока службы платы класса 2 используют компоненты более высокого класса и более строгие производственные процессы, чем платы класса 1. Однако спецификации по-прежнему должны соответствовать строгим стандартам для критически важных приложений.
Электроника класса 3: высоконадежные электронные изделия
Печатные платы класса 3 предназначены для критически важных приложений, где высокая надежность имеет важное значение для безопасности, бизнес-операций или национальной безопасности. Это включает:
· авиационная электроника
· Военные системы
· Медицинские приборы для спасения жизни
· Оборудование сетевой инфраструктуры
Платы разработаны для того, чтобы выдерживать самые суровые условия окружающей среды во время эксплуатации и хранения, отвечая требованиям по влагостойкости, термоциклированию, механическим ударам и испытаниям на воздействие окружающей среды. Используются только самые качественные и долговечные компоненты.
Такие стандарты, как IPC-A-610, требуют строгих процессов производства и контроля качества. Это помогает минимизировать дефекты и обеспечить длительный срок службы даже в условиях экстремальной влажности, вибрации, перепадов температур и других нагрузок.
Терминология МПК, которую вам следует знать
При проектировании и производстве печатных плат (ПП) существует множество терминов, характерных для стандартов IPC, которые важно понимать. Четкое понимание этой терминологии позволит обеспечить наилучшую коммуникацию между всеми сторонами, участвующими в проекте ПП.
Нетлист
Netlist — это фундаментальная концепция, описывающая взаимосвязь между различными компонентами на печатной плате. Он явно перечисляет каждую «сеть» или соединение между двумя или более точками на плате. Инженеры проектируют и тестируют схему с использованием netlist, прежде чем приступить к компоновке.
Прослеживать
Дорожка относится к проводящему пути, который переносит сигналы или питание между компонентами. Дорожки обычно представляют собой медные линии, сформированные на внутренних слоях во время производства. Их ширина и расстояние указываются в милах (тысячных долях дюйма). Классификации IPC определяют минимально допустимую ширину дорожек и расстояния на основе предполагаемой сложности платы и плотности компонентов.
Металлизированное сквозное отверстие (PTH)
Такие элементы платы, как отверстия, щели и полости, в совокупности называются сквозными металлизированными отверстиями или PTH. Во время изготовления стенки этих отверстий будут покрыты проводящим материалом, например медью. Это обеспечивает взаимосвязь между слоями. PTH в первую очередь обеспечивают вертикальное соединение компонентов.
Слепой проход и зарытый проход
В дополнение к PTH, многослойные платы используют глухие и скрытые переходные отверстия для маршрутизации сигналов между слоями. Глухие переходные отверстия соединяют только внешние слои, тогда как скрытые переходные отверстия проходят через внутренние слои. Стандарты IPC определяют диаметр, толщину стенки и углы сверления/допуски для переходных отверстий.
Припой Земля
Компоненты должны завершать свои системы выводов на обозначенных площадках, окружающих PTH или площадку для пайки. Шаблон площадки определяет размер, форму и шаг этих точек сборки. IPC устанавливает требования к земле для предотвращения разрывов или перемычек при оптимизируя пространство платы и возможности тестирования/переделки.
паяльной маски
Паяльная маска — это изолирующее покрытие, которое покрывает непроводящие участки платы. Оно защищает медные схемы от окисления и предотвращает случайные короткие замыкания. В зависимости от функции и потребностей платы стандарты IPC устанавливают атрибуты цвета, толщины, отверждения и т. д. паяльной маски.
Подготовка конформного покрытия
Подготовка платы к нанесению конформного защитного покрытия включает в себя тщательную очистку остатков флюса согласно спецификациям IPC. Это предотвращает деградацию герметика с течением времени. Толщина покрытия и диэлектрическая прочность также должны соответствовать стандартам IPC.
Кольцевое кольцо
Кольцевое кольцо относится к проводящему кольцу, окружающему металлизированное сквозное отверстие на внутренних слоях. Спецификации IPC определяют минимальную ширину кольцевого кольца для обеспечения надлежащего соединения между металлизированной стенкой и медной площадкой.
Паяное соединение
Паяное соединение — это место, где припой образует механическое и электрическое соединение между выводом компонента и печатной платой. Стандарты IPC предусматривают категории приемлемых форм паяных соединений на основе таких факторов, как смачивание и размер галтели.
Время, температура и тип припоя
Как указано в стандартах IPC, процесс пайки оплавлением включает определенные параметры времени, температуры и состава припоя. Правильное оплавление имеет решающее значение для получения приемлемых паяных соединений и максимального выхода.
HEPA и ионизированный воздух
Согласно требованиям IPC, производственные зоны, работающие с неупакованными платами, должны использовать фильтрацию HEPA и ионизированный продувочный воздух для поддержания строгих уровней чистоты. Это предотвращает дефекты от частиц во время сборки и обработки.
купон
Периодические образцы купонов требуются для проверки процесса, поскольку платы проходят различные этапы изготовления. Стандарты IPC предписывают, каким испытаниям должны подвергаться купоны и как результаты должны документироваться и утверждаться для обеспечения контроля процесса.
Понимание этих ключевых терминов терминологии IPC, связанных с проектированием, изготовлением, сборкой и отделкой, улучшит коммуникацию и позволит выявлять проблемы на ранних этапах цикла проекта печатной платы.
Приверженность PCBasic стандартам IPC
PCBasic демонстрирует непоколебимую приверженность соблюдению и превышению стандартов IPC на протяжении более десяти лет. Будучи одним из первых, кто принял критерии приемки IPC, мы внедрили строгие процессы контроля качества на основе контрольных списков, которые стали обычной практикой в нашей отрасли сегодня. Наши современные автоматизированные оптические системы контроля и технический персонал, обученный непосредственно IPC, выполняют тщательную пред- и постпроизводственную проверку каждой платы на соответствие самым современным стандартам.
Однако помимо простого соответствия мы стремимся быть лидерами и партнерами в непрерывной разработке самих спецификаций. Наши инженеры внесли значительный вклад в несколько рабочих групп на протяжении многих лет, предоставляя обратную связь с производственных площадок, которая помогает разрабатывать руководящие принципы для соответствия новым технологиям и возможностям. Именно благодаря этому двустороннему сотрудничеству стандарты действительно развиваются, принося пользу всем.
Надежность — это основная ценность PCBasic, и мы признаем стандарты IPC как инженерный эталон, который обеспечивает постоянную, предсказуемую производительность для наших клиентов. Наши клиенты могут быть уверены, что каждая плата покидает наше предприятие, соответствуя «золотым правилам» отрасли по качеству, функциональности и долговечности. Будь то строго регулируемый медицинский сектор, критически важные для безопасности автомобильные приложения или передовые аэрокосмические программы.
Если вам нужна абсолютная уверенность в том, что ваши платы работают так, как задумано, на протяжении всего жизненного цикла, не ищите дальше PCBasic. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить, как наши инвестиции в производственные процессы, ориентированные на IPC, могут помочь вам уверенно вывести ваш следующий продукт на рынок. Ваше удовлетворение — наша главная цель.
Ищете расценки на печатные платы и печатные платы? Свяжитесь с нами сейчас.
