¿Por qué los diseñadores de PCB utilizan las normas IPC?

Recientemente, recordé la importancia de las normas de la industria para todos los involucrados en el diseño y la producción de PCB. Todas las normas de la industria son documentos extensos que contienen muchísima información, y ninguna persona tiene la capacidad de memorizar, ni llegará a utilizar, todas y cada una de las normas de nuestra industria. Pero las normas que tenemos desempeñan un papel increíblemente importante al establecer expectativas para cualquiera que participe en el diseño y la fabricación.

Ese establecimiento de expectativas puede sonar como una limitación para los diseñadores, pero en realidad ofrece garantías de que las placas que diseñan pueden producirse, incluso en grandes volúmenes. Daré algunos ejemplos de por qué esto es tan importante y cómo entender la evolución de las normas de la industria electrónica a lo largo del tiempo.

Cómo entender la orientación en las normas IPC

Creo que la importancia de las normas IPC puede ilustrarse mejor con un ejemplo.

Esta conversación sobre las normas IPC surgió recientemente porque recibí un mensaje en LinkedIn. El mensaje trataba sobre la norma IPC-7351, específicamente sobre la orientación del courtyard que aparece en la Revisión B y la Revisión C. En las dos imágenes siguientes se muestran imágenes de la orientación del courtyard para un encapsulado cuádruple con terminales.

La pregunta relacionada con estas dos imágenes es simple:

• ¿Cuál de estos diseños de courtyard debe seguirse en una huella de PCB?
• Aunque la pregunta parece muy simple, ¡la respuesta puede ser simple y compleja al mismo tiempo!

Lo primero es lo primero: la respuesta a esta pregunta específica es que puede utilizarse cualquiera de los dos formatos de courtyard. Los courtyards se usan para estandarizar un límite de colocación en un diseño de PCB y para estandarizar la distancia entre pads de cobre para componentes SMD. Estos valores se definen para colocación de baja, media y alta densidad. Si comprende las razones para incluir una capa de courtyard en la huella de un componente, entenderá rápidamente la intención detrás de la revisión IPC-7351C: estandariza un nuevo formato de courtyard para admitir una colocación de mayor densidad.

Esto crea dos conjuntos de expectativas:

• Los diseñadores de PCB deberían esperar razonablemente que cualquier persona que cree huellas como servicio, o proporcione descargas gratuitas de huellas como servicio, incluya este límite estandarizado en una capa de courtyard.
• Los ensambladores de PCB deberían esperar que los diseñadores coloquen componentes justo hasta el borde de los límites de courtyard definidos en la norma IPC-7351, y debería esperarse que sus capacidades de ensamblaje puedan adaptarse a ello.

Idealmente, tanto los creadores de huellas como los ensambladores de PCB se ajustarán a las tolerancias de IPC-7351C en este ejemplo. En este caso concreto, la orientación de la norma Revisión C se creó porque los diseñadores ya estaban haciendo esto en diseños de mayor densidad y los ensambladores de PCB, en general, podían adaptarse a esa colocación en el procesamiento SMT. Por lo tanto, la norma se actualizó para formalizar estas expectativas entre todas las partes involucradas en el diseño y la fabricación de PCB.

Otros ejemplos en los que las normas IPC establecen expectativas

Hay muchos otros ejemplos en los que podemos ver cómo las normas establecen expectativas para las prácticas de diseño, la fiabilidad, la verificación y la seguridad. He recopilado a continuación algunos de los ejemplos más importantes.

• Prácticas de diseño: Un gran ejemplo del diseño de alta tensión es IPC-2221B and IPC-2221C. Estas normas proporcionan valores de separación entre conductores y ofrecen a los diseñadores cierta garantía de que un producto estará razonablemente protegido contra arcos eléctricos.
• Sustituciones de materiales: Las slash sheets de IPC, tal como se definen en IPC-4101, definen la compatibilidad de materiales sustitutos en términos de manipulación y procesamiento.
• Métodos de prueba: Se han desarrollado normas de ensayo para garantizar que los fabricantes estén calificando PCB desnudas, PCBAs y sus procesos utilizando el mismo conjunto de pruebas.
• Clasificación de fiabilidad: Las clases de producto IPC están relacionadas con la fiabilidad de las PCB y las PCBAs. Esto, a su vez, define ciertas normas de diseño y fabricación, como los tamaños de pad de vía para anillos anulares mínimos y los requisitos de espesor de metalizado de las vías.

Existen otras normas de la industria, además de las normas IPC, que también cumplen la misma función de establecer expectativas. Por ejemplo, las normas Ethernet dictan que cualquier transformador Ethernet adecuado debe proporcionar 2,1 kV de aislamiento galvánico a tensión pico. Otro gran ejemplo son los encapsulados estandarizados por JEDEC, que definen los tamaños de encapsulado de los circuitos integrados y los formatos de terminales. Estas normas de encapsulado para circuitos integrados garantizan que, por ejemplo, todos los encapsulados SOIC-8 sean intercambiables entre sí desde una perspectiva mecánica.

¿Los diseñadores de PCB están obligados a seguir las normas IPC?

La respuesta aquí es un poco compleja. Los diseñadores que siguen las normas IPC suelen tener muchas más probabilidades de recibir PCBAs fiables, fabricables a escala y que puedan verificarse de forma independiente como tales; este es un incentivo claro para seguir las normas IPC siempre que sea posible o aplicable.

Sin embargo, hay muchos casos en los que los diseñadores incumplen las normas IPC por diversos motivos, y esto no significará automáticamente que un producto no sea fiable o producible. A veces, las prácticas de diseño implementadas en una PCB irán mucho más allá de los requisitos estandarizados por IPC, porque eso es lo que una empresa puede haber determinado que se necesita para garantizar la fiabilidad y la fabricabilidad de sus productos específicos. Las desviaciones respecto a una norma IPC son ciertamente justificables, y esto no significa que un producto vaya a recibir una no cotización por ello.

Dicho esto, si incumple o ignora ciertas normas IPC, no se sorprenda si un fabricante dice que no puede garantizar la fiabilidad o la fabricabilidad a escala en determinadas áreas. El departamento de CAM de un fabricante realizará una revisión exhaustiva de las PCB manufacturing outputs antes de aprobar un diseño para producción, precisamente para poder identificar estos problemas e informar al diseñador. De esta manera, no se les podrá considerar responsables de un producto que crean que tendrá riesgo de fallo.

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