Perché i progettisti di PCB utilizzano gli standard IPC?

Recentemente mi è stata ricordata l'importanza degli standard di settore per chiunque sia coinvolto nella progettazione e nella produzione di PCB. Tutti gli standard di settore sono documenti corposi che contengono enormi quantità di informazioni, e nessuna singola persona ha la capacità di memorizzare, né userà mai, ogni singolo standard del nostro settore. Tuttavia, gli standard di cui disponiamo svolgono un ruolo incredibilmente importante nel definire le aspettative per chiunque sia coinvolto nella progettazione e nella produzione.

Questa definizione delle aspettative potrebbe sembrare un vincolo per i progettisti, ma in realtà fornisce la garanzia che le schede da loro progettate possano essere prodotte, anche in grandi volumi. Fornirò alcuni esempi del perché questo sia così importante e di come comprendere l'evoluzione degli standard del settore elettronico nel tempo.

Come comprendere le linee guida negli standard IPC

Credo che l'importanza degli standard IPC possa essere illustrata al meglio attraverso un esempio.

Questa discussione sugli standard IPC è emersa recentemente perché ho ricevuto un messaggio su LinkedIn. Il messaggio riguardava lo standard IPC-7351, in particolare le linee guida relative al courtyard presenti nella Revisione B e nella Revisione C. Le immagini che mostrano le linee guida del courtyard per un quad pack con terminali sono riportate nelle due immagini sottostanti.

La domanda relativa a queste due immagini è semplice:

• Quale di questi progetti del courtyard dovrebbe essere seguito in un footprint PCB?
• Sebbene la domanda sembri molto semplice, la risposta può essere al tempo stesso semplice e complessa!

Prima di tutto: la risposta a questa domanda specifica è che si può usare uno qualsiasi dei due formati di courtyard. I courtyard vengono utilizzati per standardizzare un confine di posizionamento nel layout PCB e per standardizzare la distanza tra le piazzole di rame dei componenti SMD. Questi valori sono definiti per il posizionamento a bassa, media e alta densità. Se si comprendono le ragioni dell'esistenza di un layer courtyard nel footprint di un componente, si capirà rapidamente l'intento alla base della revisione IPC-7351C: standardizzare un nuovo formato di courtyard per consentire un posizionamento a densità più elevata.

Questo crea due serie di aspettative:

• I progettisti PCB dovrebbero ragionevolmente aspettarsi che chiunque crei footprint come servizio, o fornisca download gratuiti di footprint come servizio, includa questo confine standardizzato in un layer courtyard.
• Gli assemblatori di PCB dovrebbero aspettarsi che i progettisti posizionino i componenti fino al bordo dei limiti del courtyard definiti nello standard IPC-7351, e ci si dovrebbe aspettare che le loro capacità di assemblaggio siano in grado di gestire questo requisito.

Idealmente, sia i creatori di footprint sia gli assemblatori di PCB terranno conto delle tolleranze previste nell'IPC-7351C in questo esempio. In questo caso specifico, le linee guida della Revisione C sono state create perché i progettisti lo facevano già nei progetti a densità più elevata e gli assemblatori di PCB erano, in larga misura, in grado di gestire tale posizionamento nei processi SMT. Pertanto, lo standard è stato aggiornato per formalizzare queste aspettative tra tutte le parti coinvolte nella progettazione e nella produzione di PCB.

Altri esempi in cui gli standard IPC definiscono le aspettative

Esistono molti altri esempi in cui gli standard definiscono le aspettative in termini di pratiche di progettazione, affidabilità, verifica e sicurezza. Di seguito ho raccolto alcuni degli esempi più importanti.

• Pratiche di progettazione: Un ottimo esempio nel campo della progettazione ad alta tensione è IPC-2221B and IPC-2221C. Questi standard forniscono valori di distanza di isolamento tra i conduttori e danno ai progettisti una certa garanzia che un prodotto sarà ragionevolmente protetto dall'innesco di archi elettrici.
• Sostituzioni dei materiali: Le slash sheet IPC, come definite in IPC-4101, definiscono la compatibilità dei materiali sostitutivi in termini di manipolazione e lavorazione.
• Metodi di test: Sono stati sviluppati standard di prova per garantire che i produttori qualifichino PCB nudi, PCBA e i loro processi utilizzando lo stesso insieme di test.
• Classificazione dell'affidabilità: Le classi di prodotto IPC sono correlate all'affidabilità di PCB e PCBA. Questo, a sua volta, definisce determinati standard di progettazione e produzione, come le dimensioni delle piazzole dei via per gli anelli anulare minimi e i requisiti di spessore della metallizzazione dei via.

Esistono altri standard di settore, oltre agli standard IPC, che svolgono la stessa funzione di definire le aspettative. Ad esempio, gli standard Ethernet stabiliscono che qualsiasi trasformatore Ethernet idoneo debba fornire un isolamento galvanico di 2,1 kV alla tensione di picco. Un altro ottimo esempio sono i package standardizzati JEDEC, che definiscono le dimensioni dei package dei circuiti integrati e i formati dei terminali. Questi standard di packaging per i circuiti integrati garantiscono che, ad esempio, tutti i package SOIC-8 siano intercambiabili tra loro dal punto di vista meccanico.

I progettisti PCB sono tenuti a seguire gli standard IPC?

La risposta qui è un po' complessa. I progettisti che seguono gli standard IPC tendono ad avere probabilità molto più elevate di ricevere PCBA affidabili, producibili su larga scala e verificabili in modo indipendente come tali; questo è un chiaro incentivo a seguire gli standard IPC ove possibile o applicabile.

Tuttavia, ci sono molti casi in cui i progettisti violano gli standard IPC per una varietà di ragioni, e questo non significa automaticamente che un prodotto non sia affidabile o producibile. A volte, le pratiche di progettazione implementate in un PCB vanno ben oltre i requisiti standardizzati IPC, perché è ciò che un'azienda può aver ritenuto necessario per garantire l'affidabilità e la producibilità dei propri prodotti specifici. Le deviazioni da uno standard IPC sono certamente giustificabili e questo non significa che un prodotto riceverà automaticamente un rifiuto di offerta a causa di esse.

Detto questo, se si violano o si ignorano determinati standard IPC, non bisogna sorprendersi se un produttore afferma di non poter garantire l'affidabilità o la producibilità su larga scala in determinate aree. Il reparto CAM di un produttore eseguirà una revisione approfondita dei PCB manufacturing outputs prima di approvare un progetto per la produzione, proprio per poter identificare questi problemi e informarne il progettista. In questo modo, non potrà essere ritenuto responsabile per un prodotto che ritiene a rischio di guasto.

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