Почему проектировщики PCB используют стандарты IPC?

Недавно мне в очередной раз напомнили о важности отраслевых стандартов для всех, кто участвует в проектировании и производстве PCB. Все отраслевые стандарты — это объемные документы с огромным количеством информации, и ни один человек не способен запомнить, да и никогда не будет использовать, каждый отдельный стандарт в нашей отрасли. Но существующие стандарты играют исключительно важную роль в формировании ожиданий для всех, кто участвует в проектировании и производстве.

Такое формирование ожиданий может показаться ограничением для разработчиков, но на самом деле оно дает уверенность в том, что спроектированные ими платы можно будет изготовить, в том числе и в больших объемах. Я приведу несколько примеров того, почему это так важно, и как понять эволюцию стандартов электронной промышленности с течением времени.

Как понимать рекомендации в стандартах IPC

Я думаю, что важность стандартов IPC лучше всего можно показать на примере.

Этот разговор о стандартах IPC недавно возник после того, как я получил сообщение в LinkedIn. Сообщение касалось стандарта IPC-7351, а именно рекомендаций по courtyard в редакциях Revision B и Revision C. На двух изображениях ниже показаны рекомендации по courtyard для выводного quad pack-корпуса.

Вопрос, связанный с этими двумя изображениями, прост:

• Какой из этих вариантов courtyard следует использовать в PCB footprint?
• Хотя вопрос кажется очень простым, ответ может быть одновременно и простым, и сложным!

Прежде всего: ответ на этот конкретный вопрос заключается в том, что можно использовать любой формат courtyard. Courtyard используется для стандартизации границы размещения в PCB layout, а также для стандартизации расстояния между медными контактными площадками для SMD-компонентов. Эти значения определены для низкой, средней и высокой плотности размещения. Если вы понимаете назначение слоя courtyard в footprint компонента, вы быстро поймете смысл редакции IPC-7351C: она стандартизирует новый формат courtyard для поддержки более высокой плотности размещения.

Это формирует два набора ожиданий:

• Разработчики PCB вправе ожидать, что любой, кто создает footprint на заказ или предоставляет бесплатные загружаемые footprint как услугу, будет включать эту стандартизированную границу в слой courtyard.
• Сборщики PCB должны исходить из того, что разработчики будут размещать компоненты вплотную к границам courtyard, определенным в стандарте IPC-7351, и предполагается, что их производственные возможности по сборке смогут это обеспечить.

В идеале и создатели footprint, и сборщики PCB в этом примере должны учитывать допуски, указанные в IPC-7351C. В данном конкретном случае рекомендации в Revision C были введены потому, что разработчики уже применяли такой подход в проектах с более высокой плотностью монтажа, а сборщики PCB в целом могли обеспечить такое размещение в процессе SMT-сборки. Поэтому стандарт был обновлен, чтобы формализовать эти ожидания между всеми сторонами, участвующими в проектировании и производстве PCB.

Другие примеры, где стандарты IPC формируют ожидания

Существует множество других примеров, где стандарты задают ожидания в отношении практик проектирования, надежности, верификации и безопасности. Ниже я собрал несколько наиболее важных примеров.

• Практики проектирования: Отличный пример из области высоковольтного проектирования — это IPC-2221B and IPC-2221C. Эти стандарты задают значения зазоров между проводниками и дают разработчикам определенную уверенность в том, что изделие будет в разумной степени защищено от дугового пробоя.
• Замена материалов: IPC slash sheets, как определено в IPC-4101, задают совместимость заменяемых материалов с точки зрения обращения и обработки.
• Методы испытаний: Стандарты испытаний были разработаны для того, чтобы производители квалифицировали голые PCB, PCBA и свои технологические процессы, используя один и тот же набор тестов.
• Классификация надежности: Классы изделий IPC связаны с надежностью PCB и PCBA. Это, в свою очередь, определяет определенные стандарты проектирования и производства, такие как размеры via pad для минимальной ширины кольцевого пояска и требования к толщине металлизации переходных отверстий.

Помимо стандартов IPC существуют и другие отраслевые стандарты, которые выполняют ту же функцию — формируют ожидания. Например, стандарты Ethernet предписывают, что любой подходящий Ethernet-трансформатор должен обеспечивать гальваническую развязку 2,1 кВ по пиковому напряжению. Еще один отличный пример — стандартизованные JEDEC корпуса, которые определяют размеры корпусов интегральных схем и форматы выводов. Эти стандарты корпусирования интегральных схем гарантируют, что, например, все корпуса SOIC-8 механически взаимозаменяемы.

Обязаны ли разработчики PCB следовать стандартам IPC?

Ответ здесь немного сложнее. Разработчики, которые следуют стандартам IPC, как правило, имеют гораздо больше шансов получить PCBA, которые надежны, технологичны в массовом производстве и могут быть независимо верифицированы как таковые; это явный стимул следовать стандартам IPC везде, где это возможно и применимо.

Однако существует множество случаев, когда разработчики отступают от стандартов IPC по разным причинам, и это автоматически не означает, что изделие будет ненадежным или непригодным к производству. Иногда практики проектирования, реализованные в PCB, выходят далеко за рамки требований, стандартизированных IPC, поскольку именно это компания могла определить как необходимое условие для обеспечения надежности и технологичности своих конкретных изделий. Отклонения от стандарта IPC, безусловно, могут быть обоснованными, и это не означает, что из-за них по изделию будет вынесен отказ от участия в тендере.

Тем не менее, если вы нарушаете или игнорируете определенные стандарты IPC, не удивляйтесь, если производитель заявит, что не может гарантировать надежность или технологичность при масштабном производстве в определенных аспектах. CAM-отдел производителя выполнит тщательную проверку PCB manufacturing outputs перед утверждением проекта к производству именно для того, чтобы выявить такие проблемы и сообщить о них разработчику. Таким образом, производитель не будет нести ответственность за изделие, которое, по его мнению, подвержено риску отказа.

Независимо от того, нужно ли вам создавать надежную силовую электронику или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций для проектирования PCB и CAD-инструментов мирового класса от Altium. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных изделий, включающую лучшие в отрасли инструменты проектирования PCB и возможности междисциплинарного взаимодействия для передовых команд разработчиков. Свяжитесь со специалистом Altium уже сегодня!