Технологии в электронной промышленности №2'2010

Стандарт IPC-4101C и серия IPC-6010

Ларс Валлин (Lars Wallin)

В первой статье (Использование стандартов IPC на всех этапах производства электроники. Стандарты серии IPC-2220 и IPC-7351A // Технологии в электронной промышленности. 2010. № 1.) мы рассмотрели необходимость разработки печатных плат в соответствии с серией стандартов IPC-2220. При этом разработчики электронных устройств должны уделять внимание множеству параметров, таких как тип материала, технологичность, электрические характеристики, а также вопросам, связанным с компонентами и сборкой изделия. Кроме того, необходимо определить требования к контактным площадкам и пояскам в соответствии со стандартом IPC-7351A таким образом, чтобы обеспечивалось правильное формирование паяного соединения. Это позволяет избежать излишних затрат на ремонт, а также повысить качество и надежность электронного изделия, в которое устанавливается данный печатный узел.

Все статьи цикла:

Во второй статье серии мы более подробно рассмотрим специализированный стандарт по базовым материалам IPC-4101C и серию стандартов IPC-6010, посвященную общим требованиям для поставщиков и пользователей ПП и их обязанностям.

IPC-4101C. Характеристики базовых материалов жестких и многослойных печатных плат

Этот документ содержит требования к базовым материалам, в данном случае - к фольгированным диэлектрикам и препрегам, которые применяются в жестких или многослойных печатных платах, используемых при изготовлении электрических и электронных устройств.

Данный стандарт IPC включает множество параметров, которые должен учитывать каждый конструктор печатных плат при принятии решения о выборе материала для определенной платы.

Одним из важнейших моментов, требующих понимания, является то, что толщина изоляции базового материала не постоянна, она может изменяться, и ее измерение по стандарту IPC должно производиться так, как показано на рис. 1.

Измерение толщины фольгированного диэлектрика

Рис. 1. Измерение толщины фольгированного диэлектрика

Стойкость к возгоранию - еще один момент, который может быть крайне важным. При испытании образцов в соответствии с требованиями к горючести по стандарту UL94 уровень горючести должен отвечать указанному в соответствующей спецификации и таблице 1. Для материалов, описанных в данном документе, допускается дополнительная выдержка в течение 24 часов при температуре 125 °C. Если в соответствующей спецификации указано «не применяется», «требований нет» или «по согласованию между потребителем и поставщиком», испытания материала на горючесть и запись результатов данных испытаний должны производиться в процессе оценки изготовителя материала. Если в качестве средства противодействия горению в спецификации указан «бромовый ингибитор, соответствующий RoHS», это следует понимать так, что бромовый ингибитор горения соответствует требованиям директивы ЕС RoHS (Restriction of Hazardous Substances), ограничивающей содержание вредных веществ.

Таблица 1. Требования к горючести

Свойство Требование
Горючесть Обозн V-0 ачение V-1
Время горения после каждого воздействия огня для каждого испытуемого образца ≤10 с ≤30 с
Общее время горения для 10 воздействий огня для каждого набора из пяти образцов <50 с <250 с
Время тления после второго удаления испытательного пламени ≤30 с ≤60 с
Горение или тление до держателя Нет Нет
Падение горящих частиц, поджигающих папиросную бумагу Нет Нет

В стандарте IPC-4101C имеются таблицы для поиска по ключевым словам определенного типа, содержащие все спецификации, в которых применяются эти ключевые слова (табл. 2, 3).

Таблица 2. Ключевые слова по составу материала и соответствующие им спецификации базовых материалов стандарта

Состав материала Применимые спецификации
БТ (бисмалеимид триазин)/ эпоксид /стеклоткань /30
Эфир цианата/арамидная ткань /54
Эфир цианата/стеклоткань /71
Эфир цианата/стеклоткань S-2 /70
Эфир цианата/кварцевая ткань /61
Эпоксид/эфир цианата/стеклоткань /29
Эпоксид/неэпоксидный/нетканое арамидное волокно /58
Эпоксид/неэпоксидный/стеклоткань /28
Эпоксид/нетканое арамидное волокно /55
Эпоксид/бумага /04
Эпоксид/полифенилен оксид/ стеклоткань /25, /103
Эпоксид/арамидная ткань /50
Эпоксид/стеклоткань /20, /21, /22, /23, /24, /26, /27, /82, /83, /92, /93, /94, /95, /97, /98, /99, /101, /121, /122, /124, /125, /126, /127, /128, /129, /130, /131
Эпоксид/стеклоткань/ нетканое стекловолокно /12, /16, /81

Таблица 3. Ключевые слова стандартов ANSI и военных стандартов и соответствующие им спецификации базовых материалов стандарта

Обозначения ANSI или воен. Применимые спецификации
CEM-1 /10, /15, /80
CEM-3 /12, /14, /16, /81
CRM-5 /11
FR-1 /02
FR-2 /03, /05
FR-3 /04
FR-4 /21, /24, /26, /27, /82, /83, /92, /93, /94, /95, /97, /98
FR-5 /23
G-10 /20
G-11 /22
XPC /00
XXXPC /01
GFN /21, /24, /97, /98
GFT /26, /28
GPY /30, /40, /41, /42

Данный документ содержит 66 отдельных спецификаций, которые могут быть найдены с помощью ключевых слов. Пример спецификации из стандарта приведен в таблице 4. Ключевые слова (табл. 2, 3) позволяют пользователю стандарта найти материалы, близкие по своей природе, но отличающиеся определенными свойствами, что обеспечивает возможность точного подбора фольги-рованного диэлектрика и/или препрега под определенные потребности. В редакцию C вошло 11 новых спецификаций, большое количество фольгированных диэлектриков и препрегов, имеющихся в настоящее время на рынке.

Таблица 4. Одна из 66 спецификаций стандарта IPC-4l0lC

Требования к материалу
Требование к материалу Характеристика <0,50 мм (0,0197") Характеристика ≥0,50 мм (0,0197") Единицы Методика испытания См. п.
1. Прочность на отрыв, мин. A. Низкопрофильная и сверхнизкопрофильная медная фольга — все виды медной фольги >17 мкм (0,669 mil) B. Медная фольга стандартного профиля 1. После теплового напряжения 2. При 105°C (221°F) 3. После воздействия растворов процесса C. Все остальные типы фольги — композиты - 1,05 (6,00) Н/мм (фунт/дюйм) 2.4.8 2.4.8.2 2.4.8.3 3.9.1.1 3.9.1.1.1 3.9.1.1.2 3.9.1.1.3
2. Объемное сопротивление, мин. A. C-96/35/90 B. После воздействия влаги C. При повышенной температуре E-24/125 - 104 МОм^см 2.5.17.1 3.11.1.3
3. Поверхностное сопротивление, мин. A. C-96/35/90 B. После воздействия влаги C. При повышенной температуре E-24/125 - 103 МОм 2.5.17.1 3.11.1.4
4. Влагопоглощение, макс. - 1,3 % 2.6.2.1 3.12.1.1
5. Напряжение электрического пробоя, мин. - 15 кВ 2.5.6 3.11.1.6
6. Проницаемость при 1 МГц, макс. (фольгирован-ный диэлектрик и фольгированный препрег) - 4,8 - 2.5.5.2 2.5.5.3 2.5.5.9 3.11.1.1 3.11.2.1
7. Тангенс угла диэлектрических потерь при 1 МГц, макс. (фольгированный диэлектрик и фольгированный препрег) - 0,04 - 2.5.5.2 2.5.5.3 2.5.5.9 3.11.1.2 3.11.2.2
8. Прочность на изгиб, мин. A. В продольном направлении B. В поперечном направлении - 83 (12,040) 72 (10,440) Н/мм2 (фунт/дюйм2) 2.4.4 3.9.1.3
9. Прочность на изгиб при повышенной температуре, в продольном направлении, мин. - - Н/мм2 (фунт/дюйм2) 2.4.4.1 3.9.1.4
10. Электродугостойкость, мин. - - c 2.5.1 3.11.1.5
11. Тепловое напряжение 10 с при 260 °C (500 °F), мин. Примечание: использовать отдельный образец. - Визуальная проверка Оценка 2.4.13.1 3.10.1.2
12. Электрическая прочность, мин. (фольгированный диэлектрик и фольгированный препрег) - - кВ/мм 2.5.6.2 3.11.1.7 3.11.2.3
13. Горючесть (фольгированный диэлектрик и фольгированный препрег) - HB мин. Оценка UL94 3.10.2.1 3.10.1.1
14. Прочее - -


Серия стандартов IPC-6010 по оценке параметров и характеристикам печатных плат

Стандарт IPC-6011 предоставляет информацию по основным характеристикам печатных плат. Эта информация должна быть также дополнена документами, содержащими требования к выбранной технологии. При совместном использовании эти документы позволят производителю и клиенту прийти к единым критериям приемки. На рис. 2 показана структура документов серии. Пояснения:

  • IPC-6011. Общие требования к печатным платам.
  • IPC-6012B. Оценка параметров и характеристики жестких печатных плат - с изменением 1.
  • IPC-6013B. Оценка параметров и характеристики гибких печатных плат.
  • IPC-6015. Оценка параметров и характеристики монтажных и коммутационных изделий для органических и многокристальных модулей.
  • IPC-6016. Оценка параметров и характеристики для слоев и плат высокой плотности (HDI).
  • IPC-6018A. Контроль и испытания конечных изделий СВЧ-техники.

Структура серии стандартов IPC-6010

Рис. 2. Структура серии стандартов IPC-6010

В статье основное внимание уделяется содержанию стандарта IPC-6012B, представляющему собой параметры, предназначенные для использования в качестве подробных характеристик и критериев качества жестких печатных плат.

Стандарт IPC-6012B содержит общую информацию о:

  • материалах;
  • паяльной маске;
  • металлизации и финишных покрытиях;
  • геометрических размерах и отверстиях;
  • проводниках, изоляции и печатном рисунке;
  • изгибе и кручении;
  • микрошлифах;
  • электрических требованиях;
  • очистке.

Приведем несколько примеров из некоторых указанных разделов, которые представляют собой лишь малую часть информации, имеющейся в стандарте IPC-6012B.

Вообще говоря, документация, сопровождающая поставку, должна определять требования, которые могут быть выбраны из данной спецификации. Однако в случае если выбор в документации не отражен, следует пользоваться таблицей 5.

Таблица 5. Требования по умолчанию

Категория Выбор по умолчанию
Класс изделия Класс 2
Материал Стеклоэпоксидный композит (стеклотекстолит на основе эпоксидной смолы)
Финишное покрытие Покрытие типа X (электроосажденный сплав олово-свинец, оплавленный или покрытый припоем)
Минимальная исходная толщина фольги 1/2 oz (17,5 мкм) — для всех внутренних и внешних слоев, кроме типа 1, ^я которого начальная толщина должна оставлять 1 oz (35 мкм)
Тип медной фольги Электроосажденная
Допуск на диаметр отверстия
Металлизированное монтажное ±100 мкм (3,937 микродюйма)
Металлизированное переходное +80 мкм (3,150 микродюйма), отрицательное отклонение не установлено, отверстие может быть полностью или частично заполнено
Неметаллизи-рованное ±80 мкм (3,150 микродюйма)

Обратите внимание, что выбор класса 1, 2 или 3 может быть выполнен в рамках обсуждений между клиентом и поставщиком. Если в отношении определенного параметра ничего не указано, выбор по умолчанию должен соответствовать классу 2.

Материалы, примененные в данной спецификации, необходимо выбирать из стандартов IPC-4101, IPC-4202, IPC-4203 или NEMA LI-1. Материалы типа политетрафторэтилена (ПТФЭ) необходимо выбирать из стандарта IPC-4103. Материалы для выполнения изделий со встроенными пассивными компонентами должны быть приведены в сопровождающей документации с указанием, при необходимости, диэлектрических, проводящих, резистивных и изоляционных характеристик. Номер спецификации, тип и толщина (вес) металлического покрытия должны быть указаны в сопровождающей документации. Если имеются специальные требования, например, по горючести пластика или соединительных материалов в соответствии со стандартом UL94, необходимо указать данные требования в документации, сопровождающей поставку материала.

Что касается точности отверстий и печатного рисунка, допуски на размеры отверстий и точность расположения отверстий и элементов рисунка должны соответствовать сопровождающей документации. Допуск на размер готового отверстия следует контролировать на выборочной основе для всех диаметров отверстий, имеющихся в конструкции. Количество измерений для каждого диаметра отверстий производитель должен определять так, чтобы обеспечить адекватный объем выборки.

Относительно пояска контактной площадки и выхода отверстия за ее пределы (на внешних слоях) указывается, что минимальный поясок на внешнем слое должен соответствовать требованиям, представленным в таблице 6. Измерение пояска на внешних слоях осуществляется от внутренней поверхности металлизированного отверстия (внутри него), либо неме-таллизированного отверстия, до внешнего края пояска на поверхности платы, как показано на рис. 3. Для классов 1 и 2 внешние металлизированные отверстия, играющие роль переходных (то есть в которые не монтируется компонент), могут выходить за пределы пояска, образуя угол разрыва до 90°. Готовые платы с соответствующими разрывами пояска должны отвечать требованиям стандарта к электрическим характеристикам (рис. 3, 4).

Таблица 6. Минимальный поясок

Характеристика Класс 1 Класс 2 Класс 3
Металлизированное сквозное отверстие на внешнем слое Разрыв пояска не более 180° по отверстию по визуальной оценке. Соединение проводника и площадки не должно уменьшаться больше, чем на допустимое уменьшение ширины проводника, указанное в п. 3.5.3.1. Разрыв пояска не более 90° по отверстию по визуальной оценке. Соединение проводника и площадки не должно уменьшаться больше, чем на допустимое уменьшение ширины проводника, указанное в п. 3.5.3.1. Соединение проводника и площадки не должно быть менее 50 мкм (1,969 микродюйма) или минимальной ширины проводника, что меньше. Минимальный поясок должен составлять 50 мкм (1,969 микродюйма). Соединение проводника и площадки не должно уменьшаться больше, чем на допустимое уменьшение ширины проводника, указанное в п. 3.5.3.1. Минимальный поясок на внешнем слое может быть уменьшен на 20% по отношению к минимальному размеру пояска в местах отсутствия проводников в силу таких дефектов, как выемки, вмятины, насечки, кратеры и расширения отверстий в пояске в местах отсутствия проводников.

Измерение пояска (на внешнем слое)

Рис. 3. Измерение пояска (на внешнем слое)

Разрыв 90° и 180° по отверстию

Рис. 4. Разрыв 90° и 180° по отверстию

Когда поставщик изготовил плату в соответствии с согласованными требованиями (класс 1, 2 или 3) по стандарту IPC-6012B, наступает время проверить, действительно ли плата обладает заданными параметрами. Норма выборки задается в соответствии с таблицей 7.

Таблица 7. Норма выборки для определения числа микрошлифов

Размер партии Класс 1 Класс 2 Класс 3
2,5* 4,0* 6,5* 1,5* 2,5* 4,0* 0,10* 1,0* 2,5* 4,0*
1-8 5 3 2 ** 5 3
** 5 3
9-15 5 3 2 8 5 3
13 5 3
16-25 5 3 3 8 5 3
13 5 3
26-50 5 5 5 8 5 5
13 5 5
51-90 7 6 5 8 7 6 13 7 6
91-150 11 7 6 12 11 7 125 13 11 7
151-280 13 10 7 19 13 10 125 20 13 10
281-500 16 11 9 21 16 11 125 29 16 11
501-1200 19 15 11 27 19 15 125 34 19 15
1201-3200 23 18 13 35 23 18 125 42 23 18
3201-10 000 29 22 15 38 29 22 192 50 29 22
10 001-35 000 35 29 15 46 35 29 294 60 35 29

Кроме микрошлифов, поставщик должен выполнить дополнительные испытания в соответствии со специальным планом. Несколько примеров приведено в таблице 8.

Таблица 8. Приемочные испытания и периодичность

Контроль Пункт требований и методики Выборка Периодичность испытаний
Изготовленная плата Контрольные купоны на плате Класс 1 Класс 2 Класс 3 Примечание
Материал 3.2.1-3.2.14

Сертификация производителя Доступный для проверки сертификат соответствия или программа статистического управления процессами
Визуальный
Кромки платы 3.3.1 Х
Выборка (4,0) Выборка (2,5) Выборка (2,5) По платам
Дефекты базового материала 3.3.2 Х
Выборка (4,0) Выборка (2,5) Выборка (2,5) По платам
Пустоты в МО (металлизированн^|х отверстиях) 3.3.3 Х
Выборка (4,0) Выборка (2,5) Выборка (1,0) По панелям
Поднятые (отслоившиеся) КП (контактные площадки) 3.3.4 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По платам
Маркировка и прослеживаемость 3.3.5 Х Купоны и платы Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По платам
Качество исполнения 3.3.9 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По платам
Паяемость
Поверхность 3.3.6   M Выборка (4,0) Выборка (2,5) Выборка (2,5) По панелям
Отверстие 3.3.6   A, или A/B, или S Выборка (4,0) Выборка (2,5) Выборка (2,5) По панелям
Размеры
Размеры платы 3.4 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По платам
Размеры отверстий 3.4.1 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По платам
Точность расположения отверстий 3.4.1 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) Допускается сертификация поставщика
Точность элементов рисунка 3.4.1 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) Допускается сертификация поставщика
Пояски КП (контактных площадок) (внешние слои) 3.4.2 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По панелям
Изгиб и кручение 3.4.3 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По платам
Покрытие паяльной маской 3.7-3 .7.1 Х   Выборка (6,5) Выборка (4,0) Выборка (4,0) По платам

Следующим шагом является проверка изготовленных печатных плат на соответствие стандарту IPC-600G (критерии приемки печатных плат), о чем пойдет речь в следующей статье.

Литература

  1. Валлин Л. Использование стандартов IPC на всех этапах производства электроники. Стандарты серии IPC-2220 и IPC-7351A // Технологии в электронной промышленности. 2010. № 1.

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо

Толщиномеры лакокраски лкп купить
Толщиномеры, дефектоскопы, твердомеры, толщиномеры покрытий
fela-nk.ru
Яоу 8501
Информация о тендерах и выставках. Новости отрасли.
kristallooo.ru
Уличные светодиодные светильники для дачи
Уличные светильники: консольные, промышленные, для декоративного освещения
sp-led.ru