Стандарт IPC-4101C и серия IPC-6010

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.

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.

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).

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.

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.

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).

Рис. 3. Измерение пояска (на внешнем слое)

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.

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

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