Dlaczego projektanci PCB stosują standardy IPC?

Niedawno przypomniano mi, jak ważne są standardy branżowe dla wszystkich zaangażowanych w projektowanie i produkcję PCB. Wszystkie standardy branżowe to obszerne dokumenty zawierające mnóstwo informacji i żadna pojedyncza osoba nie jest w stanie zapamiętać, ani kiedykolwiek wykorzystać, każdego standardu obowiązującego w naszej branży. Standardy, którymi dysponujemy, odgrywają jednak niezwykle istotną rolę w określaniu oczekiwań wobec wszystkich uczestników projektowania i wytwarzania.

To określanie oczekiwań może brzmieć tak, jakby ograniczało projektantów, ale w rzeczywistości daje pewność, że zaprojektowane przez nich płytki można wyprodukować, nawet w dużych seriach. Podam kilka przykładów pokazujących, dlaczego jest to tak ważne i jak zrozumieć ewolucję standardów branży elektronicznej na przestrzeni czasu.

Jak rozumieć wytyczne w standardach IPC

Uważam, że znaczenie standardów IPC najlepiej można zilustrować na przykładzie.

Ta rozmowa o standardach IPC pojawiła się niedawno, ponieważ otrzymałem wiadomość na LinkedIn. Dotyczyła ona standardu IPC-7351, a konkretnie wytycznych dotyczących obrysu courtyard zawartych w rewizji B i rewizji C. Ilustracje pokazujące wytyczne dotyczące courtyard dla obudowy leaded quad pack przedstawiono na dwóch obrazach poniżej.

Pytanie dotyczące tych dwóch ilustracji jest proste:

• Który z tych projektów courtyard należy stosować w footprintcie PCB?
• Choć pytanie wydaje się bardzo proste, odpowiedź może być jednocześnie prosta i złożona!

Po pierwsze: odpowiedź na to konkretne pytanie brzmi, że można użyć dowolnego z tych formatów courtyard. Courtyard służy do standaryzacji granicy rozmieszczenia w układzie PCB oraz standaryzacji odległości między miedzianymi padami dla komponentów SMD. Wartości te są zdefiniowane dla rozmieszczenia o niskiej, średniej i wysokiej gęstości. Jeśli rozumiesz, po co warstwa courtyard znajduje się w footprintcie komponentu, szybko zrozumiesz intencję rewizji IPC-7351C: standaryzuje ona nowy format courtyard, aby umożliwić rozmieszczenie o większej gęstości.

Tworzy to dwa zestawy oczekiwań:

• Projektanci PCB powinni rozsądnie oczekiwać, że osoby tworzące footprinty jako usługę lub udostępniające je bezpłatnie do pobrania jako usługę będą uwzględniać tę standaryzowaną granicę na warstwie courtyard.
• Firmy zajmujące się montażem PCB powinny oczekiwać, że projektanci będą rozmieszczać komponenty aż do granic courtyard określonych w standardzie IPC-7351, a ich możliwości montażowe powinny pozwalać na takie rozmieszczenie.

W idealnym przypadku zarówno twórcy footprintów, jak i firmy montujące PCB będą uwzględniać tolerancje określone w IPC-7351C, jak w tym przykładzie. W tym konkretnym przypadku wytyczne w rewizji C powstały dlatego, że projektanci już wcześniej stosowali takie podejście w projektach o większej gęstości, a firmy montażowe PCB były na ogół w stanie obsłużyć takie rozmieszczenie w procesach SMT. Dlatego standard został zaktualizowany, aby sformalizować te oczekiwania pomiędzy wszystkimi stronami zaangażowanymi w projektowanie i produkcję PCB.

Inne przykłady, w których standardy IPC określają oczekiwania

Istnieje wiele innych przykładów, w których standardy wyznaczają oczekiwania dotyczące praktyk projektowych, niezawodności, weryfikacji i bezpieczeństwa. Poniżej zebrałem kilka ważniejszych przykładów.

• Praktyki projektowe: Doskonałym przykładem z projektowania układów wysokonapięciowych są IPC-2221B i IPC-2221C. Standardy te określają wartości odstępów izolacyjnych między przewodnikami i dają projektantom pewność, że produkt będzie w rozsądnym stopniu chroniony przed przeskokami łuku elektrycznego.
• Zamienniki materiałów: Arkusze IPC slash sheets, zdefiniowane w IPC-4101, określają zgodność materiałów zamiennych pod względem obsługi i przetwarzania.
• Metody testowe: Opracowano standardy testowania, aby zapewnić, że producenci kwalifikują gołe PCB, PCBA i swoje procesy przy użyciu tego samego zestawu testów.
• Klasyfikacja niezawodności: Klasy produktów IPC są powiązane z niezawodnością PCB i PCBA. To z kolei definiuje określone standardy projektowe i produkcyjne, takie jak rozmiary padów przelotek dla minimalnych pierścieni annular ring oraz wymagania dotyczące grubości metalizacji przelotek.

Poza standardami IPC istnieją także inne standardy branżowe, które pełnią tę samą funkcję wyznaczania oczekiwań. Na przykład standardy Ethernet określają, że każdy odpowiedni transformator Ethernet powinien zapewniać izolację galwaniczną 2,1 kV przy napięciu szczytowym. Innym świetnym przykładem są obudowy standaryzowane przez JEDEC, które definiują wymiary obudów układów scalonych i formaty wyprowadzeń. Te standardy obudów układów scalonych zapewniają na przykład, że wszystkie obudowy SOIC-8 są wzajemnie zamienne z mechanicznego punktu widzenia.

Czy projektanci PCB muszą stosować standardy IPC?

Odpowiedź jest tu nieco złożona. Projektanci stosujący standardy IPC mają znacznie większe szanse na otrzymanie PCBA, które są niezawodne, skalowalne produkcyjnie i mogą zostać niezależnie zweryfikowane pod tym kątem; to wyraźna zachęta do stosowania standardów IPC wszędzie tam, gdzie to możliwe lub zasadne.

Jednak istnieje wiele sytuacji, w których projektanci odstępują od standardów IPC z różnych powodów, i nie oznacza to automatycznie, że produkt jest zawodny lub niemożliwy do wyprodukowania. Czasami praktyki projektowe zastosowane w PCB wykraczają poza wymagania ustandaryzowane przez IPC, ponieważ firma mogła stwierdzić, że właśnie tego wymaga zapewnienie niezawodności i możliwości produkcyjnych jej konkretnych produktów. Odstępstwa od standardu IPC są jak najbardziej uzasadnione i nie oznacza to, że z ich powodu produkt automatycznie otrzyma odmowę wyceny.

Mimo to, jeśli naruszasz lub ignorujesz określone standardy IPC, nie zdziw się, jeśli producent poinformuje, że nie może zagwarantować niezawodności lub możliwości produkcji na dużą skalę w niektórych obszarach. Dział CAM u producenta przeprowadzi szczegółowy przegląd danych wyjściowych do produkcji PCB przed zatwierdzeniem projektu do produkcji właśnie po to, aby zidentyfikować takie problemy i poinformować o nich projektanta. Dzięki temu producent nie może zostać pociągnięty do odpowiedzialności za produkt, który jego zdaniem będzie obarczony ryzykiem awarii.

Niezależnie od tego, czy tworzysz niezawodną elektronikę mocy, czy zaawansowane systemy cyfrowe, skorzystaj z kompletnego zestawu funkcji do projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD od Altium. Altium zapewnia wiodącą na świecie platformę do rozwoju produktów elektronicznych, wyposażoną w najlepsze w branży narzędzia do projektowania PCB oraz funkcje współpracy międzydyscyplinarnej dla zaawansowanych zespołów projektowych. Skontaktuj się z ekspertem Altium już dziś!