Spełnianie standardów: Rozmiary przelotek i pierścieni okólnych IPC 6012 Klasa 3

Spójrz na powyższy obraz układu PCB, szczególnie na przelotki i otwory wiertnicze przebijające się przez sitodruk. Wyraźnie widać, że niektóre z tych przelotek są niecentryczne, co oznacza, że wiercenie, które je utworzyło, nie było dokładnie w centrum przyjmującej lądowiska. Pozostawia to za sobą pierścień okalający, co w niektórych klasach produktów IPC może być uznane za wadę. Zgodnie z normami IPC dla płyt sztywnych, mamy kilka możliwych cech fabrykacji, które mogą być uznane za wady w różnych typach płyt (HDI, elastyczne itp.); pierścienie okalające to tylko jedna z wielu możliwych cech strukturalnych, które mogą być uznawane za wady.

Projektanci często mylą pozostałe pierścienie okalające i rozmiary padów, co również mi się zdarzyło. Jednakże, oba te elementy są ze sobą związane; projektanci muszą umieścić wystarczająco duży rozmiar pada na warstwie powierzchniowej, aby upewnić się, że pozostały po fabrykacji pierścień okalający będzie wystarczająco duży. Dopóki pierścień okalający jest wystarczająco duży, otwór wiertniczy nie będzie uznany za wadliwy i płyta przejdzie inspekcję.

W standardach IPC-2221 pierścienie okrągłe są stosowane powszechnie dla produktów klasy 1-3. W nowszych standardach IPC-6012 dopuszcza się występowanie wyłamań dla wszystkich klas produktów, z wyjątkiem klasy 3. W tym artykule omówię ograniczenia dotyczące pierścieni okrągłych IPC-6012 klasy 3, ponieważ są one standardowym wymogiem fabrykacyjnym dla wysoko niezawodnych sztywnych PCB.

Rozmiar pierścienia okrągłego IPC-6012 klasy 3

Standardy IPC definiują trzy klasyfikacje produktów (klasa 1, klasa 2 i klasa 3) na podstawie wymaganego poziomu niezawodności urządzenia. Każda z tych klas ma własne wytyczne dotyczące wydajności i wymagań kwalifikacyjnych dla fabrykacji, czyszczenia i inspekcji PCB. Kwestie takie jak umieszczanie komponentów, platerowanie otworów przelotowych, pozostałe zanieczyszczenia, rozmiary ścieżek i inne rozważania w montażu PCB są adresowane w standardach dla każdej z tych klas.

Aby przelotka z otworem metalizowanym została zaakceptowana po wytworzeniu, musimy upewnić się, że pozostały pierścień okólny w każdej klasie IP będzie wystarczająco duży. Dlatego ćwiczenie "dobierania" rozmiaru pierścienia okólnego to naprawdę wybór odpowiedniego rozmiaru lądu dla twojej przelotki. Dopóki lądy na twoich przelotkach są wystarczająco duże, udało ci się pomyślnie dostosować tolerancje produkcyjne w twojej PCB.

Wizualizacja pierścieni okólnych

Diagram poniżej pokazuje, jak powstaje pozostały pierścień okólny podczas wiercenia w procesie produkcji PCB. Obraz po lewej stronie pokazuje przebicie, które jest dozwolone zgodnie z normami IPC-6012, ale nie zgodnie z normą IPC-2221A. IPC-6012 jest główną normą kwalifikacyjną stosowaną dla sztywnych PCB, więc należy ją uwzględnić przy doborze padów i przelotek, a limity pierścienia okólnego klasy 3 są spójne w obu normach.

Pierścień okólny jest mierzony na dwa sposoby dla warstw zewnętrznych i wewnętrznych:

• Dla warstw zewnętrznych pierścień okólny jest mierzony od krawędzi metalizacji ścianki przelotki do krawędzi pada.
• Dla warstw wewnętrznych, pierścień okalający jest mierzony od krawędzi wywierconego otworu do krawędzi pady.

Oznacza to, że obie wartości będą się różnić o grubość powłoki, która wynosi minimum 0,8 mila dla klasy 1 i 2, lub 1 mil dla klasy 3. Większość producentów będzie pokrywać niezapełnione otwory przelotowe grubszą warstwą niż minimalna grubość powłoki klasy 3 wynosząca 1 mil w swoich produktach (patrz Tabela 3-2 w standardzie IPC-6012 dla minimalnych wymagań dotyczących powłoki ścianki otworu w otworach wierconych mechanicznie).

Minimalne Wymagania Dotyczące Rozmiaru Pierścienia Okalającego

Zgodnie z IPC-6012, produkty klasy 3 wymagają pewnego pozostałego pierścienia okalającego, podczas gdy produkty klasy 1 i klasy 2 dopuszczają pewne wyłamanie.

Jak możemy zauważyć, zgodnie z normami IPC 6012, tylko Klasa 3 wymaga znaczącej wielkości pierścienia okólnego. Aby zapewnić pewien poziom niezawodności produktów klasy 2 i klasy 1, lubię stwierdzać, że pozostały pierścień okólny powinien wynosić 0 mil (warstwy wewnętrzne) lub być równy grubości powłoki (warstwy zewnętrzne). Spowoduje to spełnienie warunku styczności, gdzie pierścień okólny tylko dotyka krawędzi pada, więc nie będzie żadnego wyłamania, a projekt będzie uznany za pomyślnie wykonany.

Obliczanie rozmiaru pada z rozmiaru pierścienia okólnego

Rozmiar pola lutowniczego można obliczyć za pomocą prostego równania L = a + 2b + c, gdzie a = średnica otworu wiertniczego (wewnętrznego) lub gotowego otworu (zewnętrznego), b = minimalny rozmiar pierścienia okólnego, a c = dopuszczalna tolerancja wykonania. Myśl o c jako o dopuszczalnym błędzie pozycjonowania wiertła CNC. Większość producentów będzie (lub powinna) dążyć do tolerancji wykonania klasy C, która jest najwyższą klasyfikacją i ma limit c = 8 mil (patrz Tabela 1.6.3 w standardzie IPC-2221 dla klasyfikacji tolerancji wykonania). Na podstawie powyższej tabeli i wzoru, możemy teraz obliczyć wymagany rozmiar pierścienia okólnego dla przykładowego przelotu 12 mil.

Załóżmy, że chcesz umieścić przelot o średnicy 12 mil w produkcie klasy 3. Zgodnie z wymienionymi wyżej wymaganiami dotyczącymi powlekania, gotowy otwór będzie miał tylko 10 mil średnicy. Z tych wartości możemy teraz obliczyć minimalny rozmiar pierścienia okólnego dla produktu klasy 3, zakładając tolerancję wykonania klasy C. Mielibyśmy:

• Minimalny rozmiar padu na warstwie wewnętrznej: L = 12 mil + (2 x 1 mil) + 8 mil = 22 mil
• Minimalny rozmiar padu na warstwie zewnętrznej: L = 10 mil + (2 x 2 mil) + 8 mil = 22 mil

Widzimy więc, że ponieważ minimalna grubość powłoki wynosi 1 mil, możemy ustawić minimalny rozmiar lądu via na (średnica via) + 10 mil dla wszystkich warstw. Jest to uznawane za "najbezpieczniejsze" podejście do wymiarowania via i padów, aby spełnić wymagania pierścienia rocznego klasy IPC-6012 Klasa 3.

A co z rozmiarami padów dla klasy 1 i 2? Spójrz na te wytyczne:

• Dla produktów klasy 3 przyjmujemy b = 2 mil dla zewnętrznych pierścieni okólnych i b = 1 mil dla wewnętrznych pierścieni okólnych
• Dla produktów klasy 1 i 2 technicznie mielibyśmy b

W związku z tym, jeśli wymagamy tylko 1 mil grubości powłoki ścianki otworu we wszystkich klasach, możemy z pewnością stwierdzić, że rozmiar lądu via to (średnica via) + 8 mil.

Podsumowanie i Krople łez

Mam nadzieję, że to zilustrowało podstawowe, najbezpieczniejsze wytyczne, których projektant może przestrzegać, umieszczając via i wybierając rozmiary padów. Wytyczne (średnica via) + 10 mil dla klasy 3 i (średnica via) + 8 mil dla klasy 1/2 będą możliwe do wykonania przez prawdopodobnie każdego producenta na świecie, i to jest podejście, którego używam przy wymiarowaniu via i padów.

Dla dodatkowej niezawodności w produktach klasy 3, zawsze dodaję łezki do padów via, szczególnie gdy ścieżka jest cienka i istnieje ryzyko, że otwór wiertniczy odetnie ścieżkę od pada. Zapewnia to dodatkowy poziom niezawodności, którego możesz potrzebować podczas prowadzenia ścieżek na wewnętrznej warstwie z kontrolowaną impedancją. Taka sytuacja może wymagać użycia cieńszych ścieżek, aby osiągnąć cel impedancji, a dodanie łezki do pada via jest łatwym sposobem na zapewnienie niezawodności, zamiast zmniejszania rozmiaru otworu. W pewnym momencie, przy cienkich dielektrykach i cienkich ścieżkach, nie można już zmniejszać mechanicznego rozmiaru wiertła i musisz użyć łezek, aby zapewnić niezawodność.

Via-in-Pad i wymagania klasy 3 IPC-6012

Na jeszcze wyższej gęstości, możesz potrzebować użyć via-in-pad, aby poprowadzić ścieżki do komponentów. Via-in-pad technicznie może być używane ogólnie bez zatyczania i zakrywania, ale najlepszą praktyką z punktu widzenia montażu i niezawodności jest zatyczanie i zakrywanie. Główne standaryzowane typy via, które mogą być zatyczane i zakrywane, są określone w IPC-4761, jak opisano w tym artykule. Lista typów via w powiązanym artykule to tylko standaryzowane definicje dla via, ale nie wszystkie z nich są uznawane za akceptowalne zgodnie z wymaganiami klasy 3.

Wymagania klasy 3 dla via-in-pad są wymienione poniżej. Wartości użyte tutaj są dostosowane z wymagań klasy 3 wymienionych powyżej z drobnymi zmianami.

• Materiał wypełniający: Via powinny być wypełnione nieprzewodzącym epoksydem.
• Zakrywanie i platerowanie: Via powinny być zakryte i platerowane.
• Grubość zakrycia: Platerowanie zakrycia powinno mieć minimum 12 mikronów (0,472 mila).
• Występ/płaskość: Występ w via nie może być większy niż 50 mikronów (1,96 mila). Może to wymagać etapu planaryzacji.
• Minimalna wielkość wiercenia: Otwory wylane w padach muszą mieć co najmniej 150 mikronów (6 milów).
• Minimalny rozmiar pada: Minimalny rozmiar pada to średnica wiercenia + 0,010").
• Odstęp pada: Via w padzie powinna znajdować się co najmniej 6 milów od sąsiednich elementów miedzianych, włączając w to inne via w padach.
• Minimalny pierścień wokół otworu: Minimalna miedź otaczająca otwór via to 2 mile.

Gdy używa się via-in-pad w układzie PCB, definicje zatyczek i nakładek również muszą być dostarczone do zakładu produkcyjnego. Proces zatyczek i nakładek może być stosowany na całej płytce PCB, jeśli jest to pożądane, lub może być ograniczony do konkretnych miejsc, gdzie używane są via-in-pad. W obu przypadkach wymagania dotyczące lokalizacji muszą być przekazane zakładowi produkcyjnemu.

Można to łatwo zrobić, dołączając informacje o wypełnieniu i nakładce jako eksporty Gerbera. Zwykle robi się to, tworząc warstwę Gerbera z danymi wypełnienia i inną warstwę z danymi nakładki. Te opcje mogą być dodane do eksportów Gerbera, eksportów ODB++, lub eksportów IPC-2581 podczas konfigurowania plików wyjściowych. Przykład z eksportami Gerbera jest pokazany poniżej.

Po wyeksportowaniu danych Gerbers/ODB++/IPC-2581, dane dotyczące zatyczek/wypełnień/nakładek można przeglądać w aplikacji CAM. Dane te będą wyświetlane na własnych warstwach, a zespół inżynierów procesu w Twojej fabryce będzie mógł zobaczyć, które konkretne via wymagają wypełnienia i pokrycia. Dane będą wyglądały podobnie do otworów maski, ale będą pasować do rozmiaru otworu umieszczanego podczas wiercenia, więc nie myl tych danych z otworem maski podczas przeglądania plików Gerber.

Ostatecznie, upewnij się, że zawarłeś notatkę produkcyjną stwierdzającą następujące, jeśli zamierzasz użyć via-in-pad z którymkolwiek ze standardowych typów via IPC-4761:

• Vias w warstwie Gerber (ROZSZERZENIE WARSTWY) powinny być wykonane zgodnie ze standardami IPC-4761 Typ XXXX.
• Vias powinny być wypełnione nieprzewodzącym epoksydem.
• Vias powinny być pokryte. Wynikające występy nie mogą przekraczać XXXX mils zgodnie z wymaganiami klasy 3 IPC-6012.

Gdy musisz zaprojektować przelotki i trasowanie PCB, aby zapewnić zgodność ze standardami pierścienia okólnego klasy IPC-6012 Class 3, użyj funkcji projektowania padstack i trasowania w Altium Designer^®. Gdy projekt będzie gotowy do szczegółowej recenzji i produkcji, Twój zespół może dzielić się nim i współpracować w czasie rzeczywistym za pośrednictwem platformy Altium 365^™. Zespoły projektowe mogą używać Altium 365 do udostępniania danych produkcyjnych, plików projektowych i recenzji projektów przez bezpieczną platformę w chmurze oraz w Altium Designer.

Dopiero zaczynamy odkrywać możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.