Использование стандартов IPC на всех этапах производства электроники. Часть 1. Стандарты серии IPC-2220 и IPC-7351A
Ларс Валлин (Lars Wallin)
Введение
Это уравнение решить нелегко, но в течение
своей 52-летней истории ассоциация IPC разрабатывала стандарты, которые могут помочь производителям электронного оборудования получить
возможность выпускать изделия высокого качества.
Поскольку IPC работает очень активно и имеет
на сегодня более 200 стандартов, бывает трудно
подобрать наиболее подходящий стандарт для тех
или иных задач в рамках общей производственной
цепочки. В Европе, где многие компании не развиваются так, как могли бы с использованием стандартов IPC из-за их сложной структуры, очень велика необходимость во всеобъемлющей информации
об IPC, и поэтому представительство IPC в Европе
приняло решение о создании этих статей для российского рынка электроники.
Серия будет состоять из 6 отдельных статей, отражающих цепочку от разработки до производства
печатных узлов (рис. 1):
Рис. 1. «Дерево» стандартов IPC
Всегда необходимо помнить об основных принципах стандартизации IPC (табл. 1).
Таблица 1. Основные принципы стандартизации IPC
| Стандарты должны | Стандарты не должны |
| Отражать связь с вопросами технологичности и экологичности (DfM и DfE) | Препятствовать новаторству |
| Сокращать время выхода изделия на рынок | Увеличивать время выхода изделия на рынок |
| Быть изложены на простом (упрощенном) языке | Держаться в стороне от пользователей |
| Содержать только специализированную информацию | Увеличивать время производства |
| Уделять основное внимание характеристикам конечного изделия | Указывать, как что-то должно быть сделано |
| Включать механизм обратной связи по практическому применению и возникающим проблемам для последующего усовершенствования | Содержать неподтвержденную информацию |
Процесс разработки стандарта IPC основывается
на добровольной работе, осуществляемой представителями электронной промышленности, которые
объединяются в комитет по каждому стандарту.
Роль IPC является в основном административной:
она заключается в обеспечении запланированного
выполнения процесса разработки и предоставлении широкому кругу представителей
мира электроники возможности составить
свое мнение о стандартах IPC прежде, чем
они будут опубликованы.
Цель этих статей — ознакомить участников российского рынка электроники с применением стандартов IPC на всех этапах производства электроники для удовлетворения
потребностей в качестве и надежности при
использовании как свинцовосодержащих,
так и бессвинцовых технологий.
Стандарты серии IPC-2220 и IPC-7351A
Серия стандартов IPC-2220 устанавливает
основные требования к проектированию печатных плат из органических материалов и других
видов оснований для монтажа компонентов
и коммутационных изделий. Органические
материалы могут быть однородными, армированными или использоваться в комбинации
с неорганическими материалами, а коммутация
может осуществляться с одной стороны, с двух
сторон или на нескольких слоях.
Стандарт IPC-2221 определяет основные
принципы конструирования и дополнен различными специализированными документами, содержащими подробную информацию,
связанную с конкретной технологией изготовления печатных плат. Структура документов
серии IPC-2220 показана на рис. 2:
Рис. 2. Структура документов серии IPC-2220
В этой статье основное внимание уделяется
стандарту IPC-2221A.
Стандарт IPC-2221A содержит общие сведения:
Ниже приводятся некоторые примеры
из каждого раздела. И это лишь малая часть
того, что отражено в стандарте IPC-2221A.
Выбор материала
Конструктор печатной платы должен выбрать материал, из которого она будет изготовлена. При выборе базового материала
конструктор сначала определяет, каким требованиям должна отвечать печатная плата. Эти
требования включают: температуру пайки (для
свинцовой или бессвинцовой технологии),
температуру эксплуатации, электрические
свойства, типы соединений (монтаж компонентов пайкой, разъемы), прочность конструкции
и плотность трассировки. Все базовые материалы, используемые для печатных плат, имеют
различные свойства (табл. 2 и 3).
Таблица 2. Основные характеристики материалов
| Характеристика | Материал | |||||
| FR-4 Эпоксидная смола, стеклоткань типа Е | Много- функциональная эпоксидная смола | Эпоксидная смола с улучшенными характеристиками | Бисмалеимид триазин + эпоксидная смола | Полиимид | Циановый эфир | |
| Диэлектрическая постоянная (чистый полимер) | 3,9 | 3,5 | 3,4 | 2,9 | 3,5–3,7 | 2,8 |
| Электрическая прочность, В/мм | 39,4×10 3 | 51,2×10 3 | 70,9×10 3 | 47,2×10 3 | 70,9×10 3 | 65×103 |
| Объемное сопротивление, МОм·см | 4,0×10 6 | 3,8×10 6 | 4,9×10 6 | 4×10 6 | 2,1×10 6 | 1,0×10 5 |
| Коэффициент абсорбции воды, % вес | 1,3 | 0,1 | 0,3 | 1,3 | 0,5 | 0,8 |
| Тангенс угла потерь | 0,022 | 0,019 | 0,012 | 0,015 | 0,01 | 0,004 |
Таблица 3. Условия эксплуатации материалов
| Условия эксплуатации | Материал | |||||
| FR-4 Эпоксидная смола, стеклоткань типа Е | Много- функциональная эпоксидная смола | Эпоксидная смола с улучшенными характеристиками | Бисмалеимид триазин + эпоксидная смола | Полиимид | Циановый эфир | |
| Тепловое расширение в горизонтальной плоскости, ppm/°C | 16–19 | 14–18 | 14–18 | ≈15 | 8–18 | ≈15 |
| Тепловое расширение по вертикали при температуре ниже температуры стеклования, ppm/°C | 50–85 | 44–80 | ≈44 | ≈70 | 35–70 | 81 |
| Температура стеклования, °C | 110…140 | 130…160 | 165…190 | 175…200 | 220…280 | 180…260 |
| Модуль упругости при изгибе, ×10 10 Па | ||||||
| в направлении поперечных нитей | 1,86 | 1,86 | 1,93 | 2,07 | 2,69 | 2,07 |
| в направлении поперечных нитей | 1,20 | 2,07 | 2,20 | 2,41 | 2,89 | 2,20 |
| Предел прочности на разрыв, ×10 8 Па | ||||||
| в направлении поперечных нитей | 4,13 | 4,13 | 4,13 | 3,93 | 4,82 | 3,45 |
| в направлении поперечных нитей | 4,82 | 4,48 | 5,24 | 4,27 | 5,51 | 4,13 |
Особенности производства
Изготовление печатных плат на различных
заводах мировой электронной промышленности происходит неодинаково. Существуют
определенные ограничения, связанные с используемым при изготовлении печатных плат
оборудованием, которые необходимо учитывать в целях достижения максимального выхода годных и снижения издержек. В таблице 4
приводятся некоторые технологические ограничения и их описание.
Таблица 4. Некоторые технологические ограничения и их описание
| Технологические ограничения при конструировании | Описание |
| Соотношение площадка/отверстие: площадка примерно на 0,6 мм (0,024″) больше, чем диаметр отверстия | (
) Обеспечивает достаточную область, чтобы не допустить обрывов,
) Большие площадки могут находиться в противоречии с требованиями |
| «Слезы» в области соединений проводников с площадками | (
) Создают дополнительную область, предотвращающую обрывы.
) Могут увеличить надежность, препятствуя образованию трещин
) Могут находиться в противоречии с требованиями к минимальным зазорам |
| Толщина платы: от 0,8 до 2,4 мм (от 0,031 до 0,0945″) (с учетом меди) | (•) Более тонкие платы имеют тенденцию к короблению и требуют больше внимания при монтаже компонентов в отверстия. Более толстые платы отличаются низким процентом выхода годных из-за необходимости совмещения слоев. Выводы некоторых компонентов недостаточно длинные для монтажа в отверстия на более толстых платах |
| Отношение толщины платы к диаметру металлизированных отверстий: предпочтительным является отношение ≤5:1 | (
) Меньшие отношения обеспечивают бóльшую однородность металлизации отверстий,
) Большие отверстия менее подвержены разрыву металлизированных стенок |
| Симметрия по толщине печатной платы: верхняя половина должна быть зеркальным отражением нижней для получения сбалансированной конструкции | (•) Асимметричные платы имеют тенденцию к короблению. (
) На симметрию платы влияет расположение областей металлизации общей шины
) Крупные области металлизации также должны быть распределены по поверхности |
| Размер платы | (
) Маленькие платы обладают меньшей склонностью к короблению
) При работе с большими панелями, имеющими мелкие элементы, следует рассмотреть
) Применение групповых панелей определяет стоимость |
| Зазор между проводниками (≤0,1 мм (≤0,0039″)) | (
) В меньших зазорах травители циркулируют неэффективно, |
| Элементы рисунка (ширина проводников) ≤0,1 мм (≤0,0039″) | (
) Элементы меньших размеров более чувствительны к обрывам и повреждениям |
| Преимущества (
), последствия неисполнения ограничений (•), комментарии (
Электрические параметрыМинимальная ширина и толщина проводников на готовой плате должна определяться, в первую очередь, исходя из требований
Рис. 3. Графики токовой нагрузки и максимально допустимого перегрева проводника Управляемый импеданс в многослойных
Рис. 4. Методы обеспечения управляемого импеданса в многослойных платах: Требования к контактным площадкам | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Уровень плотности А | Уровень плотности В | Уровень плотности С |
| 0,4 мм (0,016″) | 0,25 мм (0,00984″) | 0,2 мм (0,0079″) |
Минимальный поясок на внешнем слое
определяется минимальным размером медной
области (в самом узком месте) между краем
отверстия и краем площадки после металлизации отверстия (рис. 5).
Рис. 5. Определение минимального пояска
на внешнем слое
Кроме выполнения правил конструирования,
описанных в стандартах серии IPC-2220, очень
важно использовать правильную геометрию
контактных площадок, предназначенных для
поверхностного монтажа компонентов. Информация, приведенная в стандарте IPC-7351A
(общие требования к конструкциям и контактным площадкам для поверхностного монтажа),
имеет целью предоставить подходящие размеры, форму и допуски контактных площадок
для поверхностного монтажа, чтобы обеспечить достаточную площадь для формирования
галтели, удовлетворяющей требованиям процессов монтажа и пайки печатных плат, а также
сделать возможным контроль, тестирование
и ремонт этих паяных соединений.
Стандарт IPC-7351A определяет три уровня
технологичности конструкции, которые относятся к элементам рисунка, допускам, измерениям, монтажу, контролю по завершении
производственного процесса:
Рис. 6. Уровни плотности по стандарту IPC-7351A: а) уровень А; б) уровень B; в) уровень С
Другим важным фактором является определение размеров монтажной зоны компонента — это минимальная площадь, обеспечивающая минимальный электрический и механический зазор как между максимальными
габаритами самих компонентов, так и между
максимальными габаритами групп их контактных площадок (рис. 7).
Рис. 7. Определение размеров монтажной зоны
Чтобы определить правильное посадочное
место компонента, необходимо принять в расчет следующие параметры:
Данный стандарт IPC, задающий размеры групп контактных площадок, включает
в себя специальное программное обеспечение — Land Pattern Viewer, которое может
оказаться очень полезным при применении
рекомендованных IPC размеров контактных
площадок.
Стандарты IPC
Действующие в настоящее время на территории России нормативные документы (ГОСТы) не в полной мере соответствуют современному уровню технологий производства печатных плат и не позволяют в достаточной мере обеспечить взаимодействие между производителем и потребителем. Эти ГОСТы были разработаны в прошлом веке, часть важных моментов в данных документах просто отсутствует (например, ни в одном из ГОСТов нет такого понятия, как «паяльная маска», керамическая подложка, СВЧ материалы). И так как электронная промышленность в нашей стране находится на подъеме, существует потребность в общих для производителя и потребителя стандартах. В международной практике применяются различные стандарты и спецификации. Но чаще всего в мировой практике пользуются стандартами IPC.
Ассоциация IPC объединяет компании, связанные со всеми аспектами производства изделий электроники, включая разработку электронных блоков, производство печатных плат и монтаж электронных компонентов.
Цель организации — обеспечение взаимодействия между компаниями, вовлеченными в процесс производства электронной техники.
Документы, разработанные данной организацией, по большому счету, не являются стандартами (как ГОСТы, имеющие статус федерального закона РФ) и имеют лишь рекомендательный характер. Стандарты и публикации IPC разработаны для исключения случаев недопонимания между производителем и потребителем.
В помощь разработчикам и изготовителям печатных плат приводим основной перечень стандартов IPC:
IPC-A-600G Критерии приемки печатных плат
IPC-A-610D Критерии приемки электронных сборок
IPC-TM-650 Руководство по выбору методов контроля печатных плат
IPC-9252 Электрический контроль
IPC-6011, 6012, 6013, 6017 Оценка параметров печатных плат
IPC-SM-840 Паяльная маска
IPC-4552, IPC-4553, IPC-4554 Финишные покрытия
IPC-4101, 4104, 4202, 4203, 4204 Базовые материалы печатных плат
IPC-4562 Медная фольга
IPC-2581 и IPC-2610 Проектирование и топология контактных площадок
IPC-2141, IPC-2251 Высокочастотные и высокоскоростные изделия
IPC-1751, IPC- 1752 Описание материалов
IPC-2221A Общий стандарт на проектирование печатных плат
IPC-7095A Конструкция и внедрение процессов сборки с применением BGA
IPC-7095B Проектирование и внедрение процессов сборки с применением BGA
IPC-7351A Общие требования к технологии поверхностного монтажа и стандарту образцов контактных площадок
IPC-7525A Руководящие указания по конструированию трафаретов
IPC-7711A/7721A Руководство по ремонту и доработке печатных узлов
IPC-7711B/7721B Доработка, модификация и ремонт электронных сборок
IPC-9201A Руководство по поверхностному сопротивлению изоляции
IPC-9503 Классификация чувствительности на наличие влажности для неинтегральных элементов
IPC-9701A Методы испытания эксплуатационных характеристик и требования по проверке для паяных соединений поверхностного монтажа
IPC-CH-65A Руководство по очистке печатных плат и компоновочных узлов.
Все материалы, поставляемые нашей компанией, соответствуют стандартам IPC-4101, 4104, 4202, 4203, 4204 «Базовые материалы печатных плат», и прошли испытания по стандарту IPC-TM-650 «Руководство по методам проверки», что говорит о надежности и высоком качестве поставляемых нами материалов.
Актуальные стандарты IPC для производства электроники
Андрей Новиков
Хартмут Пошманн
Возрастающее значение
стандартов и объединений
В связи со стремительным техническим развитием в области конструирования и технологий производства электроники, а также в связи с изменяющимися общими экономическими условиями технические директивы или стандарты не потеряли
своего значения для промышленности. Напротив,
растущее распределение отдельных задач или специализация, которая происходит в промышленности с помощью аутсорсинга и/или глобализации
процесса производства, только усиливает потребность в актуальных технических директивах, помогающих в работе. Вследствие этих тенденций
электронные модули изготавливает все большее
количество специалистов с различным уровнем образования, дифференцированными требованиями
к квалификации и качеству продукции, а также
с различной культурно-этнической подоплекой при
возрастающих экономических требованиях. Это
означает, что становится все сложнее соблюдать определенный минимально допустимый предел качества продукции. Для достижения этой цели предприятие должно прилагать больше усилий, чем
раньше.
В брошюре DIN (Deutsches Institut für Normung e.V.—
Немецкий институт стандартизации) г-н Отто
Кинцле, один из основателей данной организации,
дал следующее определение стандартизации: «Стандартизация — это исключительное определенное
решение повторяющейся задачи при соответственно заданных научных, технических и экономических возможностях».
Стандарты или директивы представляют собой
тем самым общедоступную базу знаний с взвешенными, обобщенными и признанными полезными
знаниями. Они помогают пользователю использовать общую базу знаний и разрабатывать единые представления о качестве. Именно это свойство имеет очень большое значение для экономики, подверженной глобализации, и при продолжающемся процессе аутсорсинга. Чем актуальней
стандарты отражают уровень знаний определенной отрасли, тем больше их важность для экономики. Для решения определенного круга задач,
вместо того, чтобы заново «изобретать колесо»,
нужно разработать специфичные для определенного предприятия стандарты, которые, в свою очередь, основаны на общепринятых стандартах.
При применении актуальных стандартов компании получают «минимально необходимый импульс для продвижения вперед». Экономическая
польза от применения актуальных стандартов очевидна: они облегчают предприятиям быстрое достижение прибыльности. Это существенная причина того, что отраслевое объединение американской электронной промышленности IPC (Institute
for Printed Circuits —Институт печатных плат, теперь Association Connecting Electronics Industries—Ассоциация, объединяющая электронную промышленность) с момента своего образования активно занимается разработкой стандартов для этой
отрасли промышленности. Согласно точному описанию в брошюре организации DIN техническая
стандартизация является «задачей самоуправления
заинтересованных в этом кругов с включением государственных структур», то есть задачей самих
предприятий электронной промышленности. Руководство IPC знает, что современные системы
стандартов необходимо постоянно обновлять
и подвергать доработке под руководством отраслевого объединения. Это подчеркивает важную роль,
которую функционирующее отраслевое объединение может играть для электронной промышленности своей страны и за ее пределами.
Рисунок. Распределение работы по стандартизации между IPC и другими международными отраслевыми промышленными объединениями
Растущее поле деятельности IPC:
разработка стандартов
Ассоциация IPC с офисом в Баннокбурне,
штат Иллинойс, США, была основана
в 1957 году. В 2007 году после 50-летнего существования организации ее члены смогли
оценить крайне позитивное развитие IPC.
Это промышленное объединение насчитывает на данный момент более 2500 компанийчленов в 54 странах по всему миру. Особенно в Азии постоянно возрастает количество
компаний-членов, а также количество предприятий, использующих стандарты IPC в основе своей деятельности.
Целеустремленные действия IPC направлены на то, чтобы стать признанным ведущим объединением отрасли производства
электроники, которым IPC на данный момент, возможно, уже является. Разработка
стандартов — одна из важнейших областей
деятельности для достижения желаемой позиции. В зависимости от целесообразности
IPC сотрудничает при разработке новых документов с прочими национальными и международными отраслевыми объединениями.
В первую очередь это находящиеся в США
промышленные объединения JEDEC, EIA
и WHMA. JEDEC и EIA являются «родными»
для многих производителей электронных
компонентов, так как проблематика создания
ЭК оказывает большое влияние на проектирование и изготовление электронных узлов
(рисунок). Однако и японское объединение
производителей печатных плат JPCA относится к партнерам IPC. В каталоге (Publications
Catalog 2007–2008 [1]) нумерация стандартов
позволяет понять, какое объединение участвовало в совместной разработке определенного документа (табл. 1). Данный каталог содержит указания и краткое описание более
чем трехсот стандартов (Standards) и справочников (Guides), впрочем, последние зачастую представляют собой перевод содержания стандартов. Например, IPC-HDBK-610
Handbook and Guide to Supplement IPC-A-610
Acceptability of Electronic Assemblies; IPCHDBK-840 Solder Mask Handbook — в качестве перевода стандарта IPC-SM-840D.
Таблица 1. IPC-стандарты для производства электроники, переведенные в Китае, Японии и Германии
(по состоянию на 07.08.08)
| Номер документа | Название | Перевод | ||
| Германия | Китай | Япония | ||
| IPC-A-600G | Acceptability of Printed Boards | x | x | x |
| IPC-A-610D | Acceptability of Electronic Assemblies | x | x | x |
| IPC/WHMA-A-620A | Requirements and Acceptance for Cable and Wire Harness Assemblies | – | x | – |
| IPC J-STD-001D | Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies | x | x | x |
| J-STD-004A | Requirements for Soldering Fluxes | – | x | x |
| IPC/EIA J-STD-005 | Requirements for Soldering Fluxes | – | x | x |
| IPC J-STD-006B | Requirements for Electronic Grade Solder Alloys and Fluxed and Non-Fluxed Solid Solders for Electronic Soldering Applications | – | – | x |
Растущее количество
переводов документов IPC
Особенно стремительное развитие электронной промышленности в Китае позволило руководителям компаний понять, что использование стандартов IPC может помочь им быстрее догнать ведущие западные промышленные
страны. С 2007 года в Японии также увеличилось количество переводов стандартов IPC,
причем нельзя не заметить определенное единообразие с теми документами, которые были
также переведены на китайский язык (табл. 1).
Возможная причина этого единообразия заключается в том, что переводы на японский
и китайский языки облегчают сотрудничество
японских компаний с партнерами в Китае, куда было перенесено производство. С 2007 года
компания «Предприятие ОСТЕК» предлагает
отечественной электронной промышленности в России все большее количество переводов
на русский язык стандартов для производства
электронных модулей [2].
Хорошим примером глобализации применения стандартов IPC может служить стандарт IPC-A-610D «Критерии приемки электронных сборок». Актуальная англоязычная
версия D была переведена до августа 2008 года на 13 языков: китайский, датский, немецкий, финский, французский, итальянский,
японский, польский, румынский, русский,
шведский, испанский и вьетнамский. При сопоставлении языкового отношения переводов с отдельными регионами мира становится очевидным, что стандарт IPC-A-610D (переводы и оригинал на английском языке) покрывает значительную часть мира и скоро станет международным стандартом (табл. 2).
Таблица 2. Регионы применения переводов
стандарта IPC-A-610D
| Регион | Язык |
| Северная Америка | английский |
| Южная и Центральная Америка | испанский |
| Западная Европа | датский, немецкий, английский, финский, французский, итальянский, шведский, испанский |
| Восточная Европа | польский, румынский, русский |
| Азия | китайский, японский, вьетнамский |
| Ближний Восток (Израиль) | английский |
Немецкое отраслевое объединение по проектированию и производству печатных плат
и электронных модулей — FED (Fachverband
Elektronik Design e.V.)—занимает одну из ведущих позиций по количеству переводов (14)
наиболее важных стандартов IPC (табл. 3).
В дополнение к ним была также переведена
документация для обучения и сертификации
сотрудников предприятий согласно стандарту IPC-A-610D (CIT = Certified IPC Trainer
и CIS = Certified IPC Specialists) [3]. Тематика переведенных стандартов включает в себя
наиболее важные процессы изготовления электронных модулей и тем самым позволяет
немецким предприятиям воспользоваться
полным сортиментом документов IPC. Это
особенно важно для сотрудников, уровень владения техническим английским языком которых не позволяет им надежно использовать
англоязычные оригиналы документов. Для новых сотрудников, которые до этого работали
в другой отрасли, это ведет к облегчению начального применения стандартов IPC.
Таблица 3. Стандарты IPC, которые были переведены на немецкий язык организацией FED
| Область | Номер документа | Название |
| Ламинаты | IPC-4101B.1 | Specification for Base Materials for Rigid and Multilayer Printed Boards |
| Проектирование | IPC-2221A IPC-2222 IPC-2223A IPC-7351A | Generic Standard on Printed Board Design Sectional Design Standard for Rigid Printed Boards Sectional Design Standard for Flexible Printed Boards Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard |
| Изготовление печатных плат | IPC-6011 IPC-6012B IPC-6013 IPC-A-600G | Generic Performance Specification for Printed Boards Qualification and Performance Specification for Rigid Printed Boards Qualification and Performance Specification for Flexible Printed Boards Acceptability of Printed Boards |
| Изготовление электронных узлов | IPC JSTD-001D IPC-A-610D IPC/JEDEC J-STD-020D IPC/JEDEC J-STD-033B.1 | Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies Acceptability of Electronic Assemblies Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices |
| Ремонт/Доработка | IPC-7711/21 | Rework and Repair Guide* |
| Общее | IPC-T-50G | Terms and Definitions for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits |
* На данный момент организация FED переводит этот стандарт на немецкий язык
Основная структура и общее
применение системы стандартов
Целью IPC являлось и является создание
полной системы стандартов, начиная от ламинатов и проектирования и заканчивая конечным электронным узлом. Отдельные стандарты для ламинатов, проектирования, изготовления печатных плат и электронных узлов,
по ремонту, доработке и т. д. разработаны по
принципу конструктора. Они «надстраиваются», как частично внутри конкретной технической темы, так и в цепочке производства электроники. Толстые стрелки в таблице 4 символизируют двумерный принцип основных
направлений: для каждого основного шага создания электронного узла разработана серия
стандартов, во главе которой находится документ с основными требованиями по этой теме (ламинаты, проектирование и т. д.). Дальнейшие стандарты, которые посвящены определенным темам, иерархически продолжают
эти базовые или основные документы. Таким
образом, создается серия стандартов.
Таблица 4. Связь по содержанию стандартов IPC
IPC-4100-серия
Ламинаты для жестких
или многослойных ПП:
IPC-4101B
Специальные ламинаты:
IPC-4110 (phenolic resin)
IPC-4121
(Multilayer Core)
IPC/JPCA-4101 (HDI)
IPC-4103 (High Speed)
IPC-4200-Serie
IPC-4202 (flex dielectric)
IPC-4203 (flex dielectric)
IPC-4204 (flex dielectric)
Общие требования
по проектированию:
IPC-2221A
Особые требования
по проектированию:
IPC-2222 (rigid PCB)
IPC-2223B (flex PCB)
IPC-2224 (PC Card)
IPC-2225 (MCM)
IPC-2226 (HDI-PCB)
IPC-2250-Serie:
IPC-2251 (High-Speed)
IPC-2252 (RF/Microwave)
Общие требования
к изготовлению ПП:
IPC-6011
Особые требования
к ПП:
IPC-6012B (rigid PCB)
IPC-6013A (flex PCB)
IPC-6015 (MCM)
IPC-6016 (HDI-PCB)
IPC-6018A
(Microwave)
Общие требования
к процессам пайки:
J-STD-001D
Особые проблемы пайки:
J-STD-002C
(Тест на паяемость компонентов)
J-STD-003B (Тест на паяемость ПП)
J-STD-004A (Требования к флюсу)
J-STD-005
(Требования к паяльным пастам)
J-STD-020D
(влажность — пайка оплавлением —
классификационный тест
компонентов SMT)
Доработка,
ремонт,
модификация
электронных
модулей
Land Pattern
Визуальные критерии
приемки ПП
Визуальные критерии приемки
электронных модулей
IPC/WHMA-A-620A
Визуальные требования
и критерии приемки кабелей
и кабельных стволов
Например, стандарт IPC-2221 представляет
собой базовое направление серии стандартов
по проектированию IPC-222x. Документы
IPC-2222 до 2226 с описанием определенных
и специфических тем подкрепляют стандарт
IPC-2221. При необходимости серия стандартов может быть дополнена новыми стандартами. Так, например, в данный момент стандарт IPC-6017 Qualification and Performance
Specification for Embedded Passive Printed Boards
внутри серии IPC-6010, которая содержит требования к печатным платам, находится в процессе разработки. Быстрый и актуальный обзор структуры системы стандартов IPC можно получить с помощью схемы разветвления
стандартов IPC (IPC Specification Tree), которая в связи со своим объемом не может быть
представлена в данной статье, но доступна для
скачивания в Интернете [4].
Усилия IPC направлены на согласование содержания документов отдельных серий стандартов с соответствующими этапами создания электронных модулей, так, например, содержание серии IPC-222x по проектированию
согласуется с содержанием серии «Требования
к печатным платам» (IPC-6010) и с визуальными критериями приемки печатных плат
(IPC-A-600G). Это относится также к кабелям
и разъемам IPC/WHMA-A-620A) и электронным узлам (IPC-A-610D). Стандарты IPC необходимо по возможности применять при учете этих взаимосвязей для извлечения из них
максимальной пользы. Однако это требует общего знания системы стандартов IPC.
В своих стандартах IPC берет за основу разделение готовых электронных приборов на
три класса:
Расширение
области стандартизации
Так как для военной и авиационно-космической техники в некоторых случаях недостаточно и без того высоких требований к электронике 3-го класса, несколько лет назад IPC
фактически добавила новый класс — 3+.
На базе этого расширения IPC начала дополнять специальными документами важные основные направления, в том числе и визуальные критерии приемки. Примеры:
Стандарт IPC-6012B Qualification and Performance
Specification for Rigid Printed Boards уже
в 2004 году был дополнен специальным разделом «Спецификация класса электроники для
космической и военной авиационной техники».
Расширение класса 3 классом 3+ в стандартах
происходит в рамках постепенного официального замещения военных стандартов (MILStandards)
министерства обороны США стандартами IPC.
При анализе находящихся на стадии разработки новых стандартов и документации для
обучения, а также уже готовых новых документов можно заметить, что область деятельности IPC расширяется в граничную область между схемотехникой и проектированием, а также в сторону конечного монтажа приборов
(Box Build). Особенно это касается определенных тем, которые с точки зрения стандартизации находятся в нейтральной зоне, и, возможно, другие организации обрабатывают их недостаточно актуально и гибко, что очень важно
для эффективного проектирования электронных узлов и приборов. Примеры:
Начиная с 1997 года, IPC разрабатывает
новые стандарты согласно методике ANSI
(American National Standards Institute — Американский национальный институт стандартов).
ANSI представляет собой главную государственную организацию по стандартизации в США.
Тем самым IPC хочет гарантировать определенный минимальный уровень качества своих стандартов: важные документы проходят
после разработки дополнительную сертификацию в ANSI.
Для выполнения своей стратегии глобализации IPC старается в последнее время обновлять наиболее важные основные стандарты
с периодичностью в 2–3 года в соответствии
с актуальным уровнем технического развития.
Во многих случаях это успешно происходит,
в качестве примера можно привести стандарты IPC-J-STD-001, IPC-A-610D. В таблице 5
представлены важные стандарты для технологии пайки, изданные не более трех лет назад. В этих стандартах уже частично учтен переход на бессвинцовые процессы пайки и использование экологичных материалов.
Таблица 5. Актуальность стандартов для технологии пайки и паяльных материалов
| Номер документа | Название | Издание | Примечание |
| IPC J-STD-001D | Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies | 02/2005 | В процессе обновления (WD) |
| IPC/ECA J-STD-002C | Solderability Tests for Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires | 02/2008 | |
| IPC J-STD-003B | Solderability Tests for Printed Boards | 02/2007 | |
| IPC J-STD-004A | Requirements for Soldering Fluxes Solderability Tests for Printed Boards | 01/2004 | Новый стандарт до конца 2008 года |
| IPC J-STD-005 | Requirements for Soldering Pastes | 01/1995 | В процессе обновления (WD) |
| IPC J-STD-006B | Requirements for Electronic Grade Solder Alloys and Fluxed and Non-Fluxed Solid Solders for Electronic Soldering Applications | 02/2006 |
Примечание. WD = Working Draft (первый рабочий вариант)
Новые стандарты
2007, 2008, 2009 годов
С января 2007 года и в течение первого полугодия 2008 года IPC издал 29 стандартов,
12 из которых представляют собой полностью
новые стандарты, а 17 являются обновленными документами (табл. 6). Пользователи стандартов IPC могут с помощью этого обзора
проверить актуальность применяемых ими
стандартов. В соответствии со статусом стандартизации (Status of Standardization) IPC на
август 2008 года в процессе разработки на данный момент находятся 39 стандартов и справочников (Guides), однако на различном этапе обработки [5]. До конца 2008 года в лучшем
случае ожидается издание 8 стандартов, статус которых Final Draft for Industry Review или
Proposed Standard for Ballot. Условие для этого — быстрое и успешное согласование с промышленными предприятиями, а также, возможно, с другими объединениями, участвующими в разработке, (табл. 7).
Таблица 6. Новые и обновленные документы IPC за 2007 г. и I полугодие 2008 г.
| Номер документа | Месяц/год | Название |
| Ламинаты | ||
| IPC-4101B with Amendments 1 & 2 | 04/2007 | Specification for Base Materials for Rigid and Multilayer Printed Boards |
| Проектирование | ||
| IPC-2223B | 05/2008 | Sectional Design Standard for Flexible Printed Boards |
| IPC-2316 | 03/2007 | Design Guide for Embedded Passive Devices |
| IPC-7351A | 01/2007 | Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard |
| IPC-7525A | 02/2007 | Stencil Design Guideline |
| Изготовление печатных плат | ||
| IPC-DR-572A | 03/2007 | Drilling Guidelines for Printed Boards |
| IPC-SM-840D | 04/2007 | Qualification and Performance Specification of Permanent Solder Mask |
| IPC-2582 | 05/2007 | Sectional Requirements for Implementation of Administrative Methods for Manufacturing Data Description |
| IPC-2583 | 05/2007 | Sect Sectional Requirements for Implementation of Design Characteristics for Manufacturing Data Description |
| IPC-2584 | 05/2007 | Sectional Requirements for Implementation of Printed Board Fabrication Data Description |
| IPC-2588 | 05/2007 | Sectional Requirements for Implementation of Part List Product Data Description |
| IPC-4554 | 01/2007 | Specification for Immersion Tin Plating for Printed Circuits Boards |
| IPC-4562A | 04/2008 | Metal Foil for Printed Board Applications |
| IPC-4563 | 02/2008 | Resin-Coated Metal Foil for Printed Boards |
| IPC-4811 | 04/2008 | Specification for Embedded Passive Device Resistor Materials for Rigid and Multilayer Printed Boards |
| IPC-5702 | 06/2007 | Guidelines for OEMs in Determining Acceptable Levels of Cleanliness of Unpopulated Printed Boards |
| IPC-9151B | 02/2007 | Printed Board Process, Capability, Quality Benchmark Test Standard |
| Изготовление электронных модулей | ||
| IPC-DRM-18H | 12/2007 | Component Identification Training & Reference Guide |
| IPC/ECA J-STD-002C | 12/2007 | Solderability Tests for Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires |
| IPC J-STD-003B | 03/2007 | Solderability Tests for Printed Boards |
| IPC/JEDEC J-STD-020D | 08/2007 | Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices |
| IPC/JEDEC J-STD-033B.1 | 03/2007 | Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices — includes Amendment 1 |
| IPC-4781 | 05/2008 | Qualification and Performance Specification of Permanent, Semi-Permanent and Temporary Legend and/or Marking Inks |
| IPC-7095B | 03/2008 | Design and Assembly Process Implementation for BGAs |
| IPC-7526 | 02/2007 | Stencil and Misprinted Board Cleaning Handbook |
| IPC-9261A | 02/2007 | In-Process DPMO and Estimated Yield for Printed Circuit Assemblies |
| Доработка, модификация, ремонт | ||
| IPC-7711/21B | 01/2008 | Rework, Modification and Repair of Electronic Assemblies |
| Общее | ||
| IPC-T-50H | 07/2008 | Terms and Definitions for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits |
| IPC/JEDEC J-STD-609 | 05/2007 | Marking and Labeling of Components, PCBs, PC Assemblies to Identify Lead (Pb), Pb-Free and Other Attributes and Devices |
Таблица 7. Обновленные и запланированные новые стандарты IPC в 2008 г.
| Номер документа | Название | Состояние разработки | Примечание |
| J-STD-004B | Requirements for Soldering Fluxes | FD | Предшествующий документ от 01/2004 |
| J-STD-075 | Classification of Non-IC Electronic Components for Assembly Processes | PB | Полностью новый стандарт в качестве дополнения к J-STD-20D (полупроводниковые компоненты) |
| IPC-A-610DC | Telecommunications Applications Electronic Hardware Addendum | FD | Дополнение к основному документу IPC-A-610D |
| IPC/ WHMA-A-620AS | Space Applications Electronic Hardware Addendum | FD | Дополнение к основному документу IPC/WHMA-A-620A (кабель, разъемы и т. д.) |
| IPC-2577 | Sectional Requirements for Supply Chain Communications of Manufacturing Quality Assessment — Product Data eXchange (PDX) | PB | Полностью новый стандарт |
| IPC-6013B | Qualification and Performance Specification for Flexible Printed Boards | FD | |
| IPC-7094 | Design and Assembly Process Implementation for Flip Chip and Die Size Components | PB | Полностью новый стандарт |
| IPC/JEDEC-9703 | Mechanical Shock Test Methods and Qualification Requirements for Surface Mount Solder Attachments | PB | Полностью новый стандарт |
На данный момент (07.08.2008) 31 документ
имеет статус Working Draft (первый рабочий
вариант), из них 16 обновленных документов
и 15 новых стандартов (табл. 8). На издание
этих документов можно рассчитывать не раньше 2009 года.
Таблица 8. Новые и обновленные документы и справочники IPC, ожидаемые в 2009 году*
| Номер документа | Название | Примечание |
| Ламинаты, материалы печатных плат | ||
| IPC-4202A | Flexible Base Dielectrics for Use in Flexible Printed Circuitry | |
| IPC-4203A | Adhesive-Coated Dielectric Film for Use as Cover Material and Bonding Material for Flexible Printed Circuitry | |
| IPC-4204A | Flexible Metal-Clad Dielectrics for Use in Fabrication of Flexible Printed Circuitry | |
| Проектирование | ||
| IPC-2152 | Standard for Determining Current Carrying Capacity in Printed Board Design | Новый |
| IPC-2221B | Generic Standard on Printed Board Design | |
| IPC-2222A | Sectional Design Standard for Rigid Printed Boards | |
| IPC-2611 | Generic Requirements for Electronic Product Documentation | Новый |
| IPC-2612 | Sectional Requirements for Electronic Diagramming Documentation (Schematic and Logic Descriptions) | Новый |
| IPC-26-12-1 | Sectional Requirements for Electronic Diagramming Symbol Generation Methodology | Новый |
| IPC-2614 | Sectional Requirements for Board Fabrication Documentation | Новый |
| IPC-7251 | Generic Requirements for Through-Hole Design and Land Pattern Standard | Новый |
| Изготовление печатных плат | ||
| IPC-1601 | Printed Circuit Board Storage and Handling Guidelines | Новый |
| IPC-5703 | Guidelines for Printed Board Fabricators in Determining Acceptable Levels of Cleanliness of Unpopulated Printed Boards | Новый |
| IPC-6012C | Qualification and Performance Specification for Rigid Printed Boards | |
| IPC-6017 | Qualification and Performance Specification for Embedded Passive Printed Boards | Новый |
| IPC-6018B | Microwave End Product Board Inspection and Test | |
| IPC-9252A | Guidelines and Requirements for Electrical Testing of Unpopulated Printed Boards | |
| Изготовление электронных модулей | ||
| J-STD-001E | Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies | |
| J-STD-001DS.1 | Space Applications Electronic Hardware Addendum to J-STD-001D Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies | |
| J-STD-005A | Requirements for Soldering Pastes | |
| J-STD-029 | Performance and Reliability Test Methods for Flip Chip, Chip Scale, BGA and Other Surface Mount Array Package Applications | Новый |
| IPC-CH-65B | Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies | |
| IPC-A-610E | Acceptability of Electronic Assemblies | |
| J-STD-709 | Definition of Maximum Limits on Bromine and Chlorine Used in Materials for Low Halogen Electronic Components and Assemblies | Новый |
| IPC-PE-740B | Troubleshooting for Printed Board Manufacture and Assembly | |
| IPC-AJ-820A | Assembly & Joining Handbook | |
| IPC-HDBK-830A | Guidelines for Design, Selection and Application of Conformal Coatings | |
| IPC-1756 | Materials Declaration Manufacturing Data Management | Новый |
| IPC-9501A | Assembly Process Simulation for Evaluation of Electronic Components | |
| IPC-9592 | Performance Parameters for Power Conversion Devices | Новый |
| IPC-9850A | Surface Mount Placement Characterization | |
*Все документы находятся на стадии Working Draft (соответствует разработке документов рабочей группой IPC
на начальном уровне) на момент написания статьи (август 2008).
Под вопросом, однако, будет ли среди этих
документов стандарт IPC-2152 Standard for
Determining Current Carrying Capacity in Printed
Board Design. Соответствующая рабочая
группа IPC совместно с университетскими
партнерами уже 4 года занимается разработкой этого очень важного стандарта. Запланированный стандарт должен содержать новые
диаграммы для дизайна проводников печатных плат в зависимости от допустимой нагрузки по току. Поводом для разработки стала необходимость замены уже несколько десятилетий содержащихся в стандарте по
дизайну IPC-D-275, а позже и в стандарте
IPC-2221 кривых с допустимой нагрузкой по
току на новое семейство характеристик в связи с современными конструкциями электронных узлов с высокой плотностью компоновки и уже недостаточной дифференциацией.
Остается только ожидать, будет ли проект по
разработке этого стандарта вообще когда-нибудь успешно завершен, так как с момента начала работы над IPC-2152 уже значительно возросли требования, прежде всего к многослойным печатным платам.
О запланированных новых стандартах
(табл. 7–8) можно отметить следующее:
С информацией об актуальном состоянии
разработки новых документов можно ознакомиться на интернет-страницах IPC в Status
of Standardization [5].
Примечание. Оригинал статьи опубликован
в журнале PLUS (Produktion von Leiterplatten und
Systemen, 2008, № 9, Германия).
