Por que os projetistas de PCB usam os padrões IPC?

Recentemente, fui lembrado da importância das normas da indústria para todos os envolvidos no projeto e na produção de PCBs. Todas as normas da indústria são documentos extensos, contendo uma enorme quantidade de informações, e ninguém tem capacidade de memorizar, nem jamais usará, cada uma das normas do nosso setor. Mas as normas que temos desempenham um papel extremamente importante ao estabelecer expectativas para qualquer pessoa envolvida no projeto e na manufatura.

Esse estabelecimento de expectativas pode parecer limitador para os projetistas, mas na verdade oferece garantias de que as placas que eles projetam podem ser produzidas, inclusive em grandes volumes. Vou dar alguns exemplos de por que isso é tão importante e de como entender a evolução das normas da indústria eletrônica ao longo do tempo.

Como Entender as Diretrizes nas Normas IPC

Acho que a importância das normas IPC pode ser melhor ilustrada por meio de um exemplo.

Essa conversa sobre normas IPC surgiu recentemente porque recebi uma mensagem no LinkedIn. A mensagem era sobre a norma IPC-7351, especificamente sobre as diretrizes de courtyard encontradas na Revisão B e na Revisão C. As imagens que mostram essas diretrizes de courtyard para um encapsulamento quad com terminais são apresentadas nas duas imagens abaixo.

A pergunta relacionada a essas duas imagens é simples:

• Qual desses projetos de courtyard deve ser seguido em um footprint de PCB?
• Embora a pergunta pareça muito simples, a resposta pode ser ao mesmo tempo simples e complexa!

Primeiro, o mais importante: a resposta para essa pergunta específica é que qualquer um dos formatos de courtyard pode ser usado. Os courtyards são usados para padronizar um limite de posicionamento em um layout de PCB e para padronizar a distância entre os land pads de cobre para componentes SMD. Esses valores são definidos para posicionamento de baixa, média e alta densidade. Se você entender os motivos para a existência de uma camada de courtyard no footprint de um componente, entenderá rapidamente a intenção por trás da revisão IPC-7351C: ela padroniza um novo formato de courtyard para acomodar posicionamentos de maior densidade.

Isso cria dois conjuntos de expectativas:

• Os projetistas de PCB devem esperar, de forma razoável, que qualquer pessoa que crie footprints como serviço, ou forneça downloads gratuitos de footprints como serviço, inclua esse limite padronizado em uma camada de courtyard.
• Os montadores de PCB devem esperar que os projetistas posicionem componentes até o limite das bordas de courtyard definidas na norma IPC-7351, e deve-se esperar que suas capacidades de montagem acomodem isso.

Idealmente, tanto os criadores de footprints quanto os montadores de PCB acomodarão as tolerâncias previstas na IPC-7351C neste exemplo. Nesse caso específico, as diretrizes da norma Revisão C foram criadas porque os projetistas já estavam fazendo isso em projetos de maior densidade e os montadores de PCB, de modo geral, já eram capazes de acomodar esse posicionamento no processamento SMT. Portanto, a norma foi atualizada para formalizar essas expectativas entre todas as partes envolvidas no projeto e na manufatura de PCBs.

Outros Exemplos em que as Normas IPC Estabelecem Expectativas

Há muitos outros exemplos em que as normas estabelecem expectativas para práticas de projeto, confiabilidade, verificação e segurança. Reuni abaixo alguns dos exemplos mais importantes.

• Práticas de projeto: Um ótimo exemplo em projetos de alta tensão é IPC-2221B e IPC-2221C. Essas normas fornecem valores de afastamento entre condutores e dão aos projetistas alguma garantia de que um produto estará razoavelmente protegido contra arco elétrico.
• Substituições de materiais: As slash sheets da IPC, conforme definidas na IPC-4101, definem a compatibilidade de materiais substitutos em termos de manuseio e processamento.
• Métodos de teste: Normas de teste foram desenvolvidas para garantir que os fabricantes estejam qualificando PCBs nuas, PCBAs e seus processos usando o mesmo conjunto de testes.
• Classificação de confiabilidade: As classes de produto IPC estão relacionadas à confiabilidade de PCBs e PCBAs. Isso, por sua vez, define determinadas normas de projeto e manufatura, como tamanhos de pads de vias para anéis anulares mínimos e requisitos de espessura de metalização de vias.

Há outras normas da indústria além das normas IPC que também cumprem a mesma função de estabelecer expectativas. Por exemplo, as normas Ethernet determinam que qualquer transformador Ethernet adequado deve fornecer isolamento galvânico de 2,1 kV em tensão de pico. Outro excelente exemplo são os encapsulamentos padronizados pela JEDEC, que definem os tamanhos dos encapsulamentos de circuitos integrados e os formatos de terminais. Essas normas de encapsulamento para circuitos integrados garantem que, por exemplo, todos os encapsulamentos SOIC-8 sejam intercambiáveis entre si do ponto de vista mecânico.

Os Projetistas de PCB São Obrigados a Seguir as Normas IPC?

A resposta aqui é um pouco complexa. Projetistas que seguem as normas IPC tendem a ter uma probabilidade muito maior de receber PCBAs confiáveis, fabricáveis em escala e que possam ser verificadas de forma independente como tal; esse é um incentivo claro para seguir as normas IPC sempre que possível ou aplicável.

No entanto, há muitas situações em que os projetistas violam as normas IPC por diversos motivos, e isso não significa automaticamente que um produto não seja confiável ou produzível. Às vezes, as práticas de projeto implementadas em uma PCB vão além dos requisitos padronizados pela IPC, porque foi isso que uma empresa concluiu ser necessário para garantir a confiabilidade e a fabricabilidade de seus produtos específicos. Desvios de uma norma IPC certamente podem ser justificáveis, e isso não significa que um produto receberá uma recusa de cotação por causa deles.

Dito isso, se você violar ou ignorar certas normas IPC, não se surpreenda se um fabricante disser que não pode garantir a confiabilidade ou a fabricabilidade em escala em determinadas áreas. O departamento de CAM de um fabricante fará uma análise extensa das saídas de fabricação da PCB antes de aprovar um projeto para produção, justamente para poder identificar esses problemas e informar o projetista. Dessa forma, o fabricante não poderá ser responsabilizado por um produto que acredita estar em risco de falha.

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