Стандарты IPC, как инструмент взаимосвязи этапов разработки

27.10.2010, Москва
АСОЛД-2010
Стандарты IPC, как инструмент
взаимосвязи этапов разработки и
производства электронных
изделий для повышения их качества
и надежности
Юрий Ковалевский, представитель IPC в России
YKovalevsky@ipc.org
Что было в начале?
Схемотехническая разработка
Конструкторская разработка
Разработка «закончена»
Изготовление «завершено»
• IPC-A-600H
• IPC-A-610E
•…
Качественная ли плата?
Смещение
маски
Обрыв
соединения
внутреннего слоя
Обрыв
металлизации
отверстия
Обрыв
проводника
у КП
Качественная ли сборка?
Деффект
«надгробного
камня»
Смещение
компонента
Недостаточное
смачивание
Качественная ли сборка?
Расслоение
компонента
«Черная
площадка»
Пустоты
Механические
напряжения
Кто виноват и что делать?
 Изделие некачественное. Результат:
брак или дорогой ремонт
 Знать причину проблемы необходимо,
чтобы избежать ее в будущем
 Стандарты по
приемке НЕ дают
ответы на эти
вопросы!
Возможные причины дефекта
Смещение маски
 Не заданы требования
и/или не определены
возможности производителя
платы
 В конструкции задан
слишком малый зазор окна
в маске
Обрыв проводника у КП
• Не заданы требования и/или не
определены возможности
производителя платы
• В конструкции задан слишком
малый номинальный поясок
Пример
Требования к плате?
Класс 3 по IPC-6012
Номинальный поясок?
0,050 мм
IPC-6012, Таблица 3-5 Минимальные пояски
Параметр
…
Внешний,
металлизированные отверстия
…
…
…
Класс 3
Минимальный поясок должен составлять 50 мкм
[1,969 микродюйма]
…
Заданный поясок невозможно выполнить по классу 3!
Возможное решение
IPC-2221 Общие требования к конструкции печатных плат
Возможные причины дефекта
Обрыв соединения внутреннего
слоя и металлизации отверстия
 Не определены возможности
производителя платы
 Неправильно выбран материал.
Базовый материал платы не
соответствует процессу сборки
и/или условиям эксплуатации
изделия
 Характеристики материала заданы
нечетко
 …
Пример
Влияние температуры стеклования на КТР:
Т
е
п
л
о
в
о
е
р
а
с
ш
и
р
е
н
и
е
Эпоксидный
полимер
нового
состава
Tg = 140˚C
Стеклотекстолит
на основе
стеклоткани и
эпоксидной
смолы
Материал на
основе
стеклоткани и
полиимида
Tg ~125˚C
Tg ~270˚C
0˚C
50˚C
100˚C
150˚C
200˚C
250˚C
300˚C
Пример
Влияние КТР на возникновение дефектов:
Пример
Материал?
FR-4
Внешние воздействия при
эксплуатации?
Температурные циклы от 0 до 125°С
IPC-4101С: 12 материалов под маркой FR-4
Использован материал IPC-4101/21 с минимальной Tg
110°С. Требования заказчика платы формально
выполнены!
Возможное решение: задать не марку, а спецификацию
материала, например: IPC-4101/24 (FR-4 с Tg=150°С min)
Скрытый дефект
Обрыв металлизации в области
внешней контактной площадки.
Электрический контакт есть, но
он образован финишным
покрытием.
Ухудшены характеристики
контакта; риск механического
разрыва.
Возможное решение: электротестирование до нанесения финишного
покрытия.
Дефект может быть выявлен по индикаторам процесса на микрошлифах.
Возможности производителя плат
 Класс изделия должен быть выбран на
раннем этапе конструирования
 Стандарты серии IPC-6010 позволяют
оценить возможности производителя и
установить общие требования к платам
 Платы, сконструированные в соответствии с
серией IPC-2220, могут быть изготовлены в
соответствии с серией IPC-6010 и проверены
с помощью стандарта IPC-A-600.
Классы изделий
Класс 1: Электронные изделия общего назначения
• Основное требование – выполнение готовой сборкой своих функций.
Класс 2: Специализированные электронные изделия
• Непрерывное функционирование и повышенный срок службы;
бесперебойная эксплуатация желательна, но не критична.
Класс 3: Электронные изделия для ответственных
применений
• Непрерывное функционирование с повышенными характеристиками,
либо работа по необходимости являются критичными, не
допускаются периоды неисправного состояния оборудования,
условия эксплуатации могут быть крайне жесткими, оборудование
должно функционировать всегда, когда это требуется.
Классы изделий
 Пример различия требований к классам (IPC-A-600H):
Допустимо - Класс 3
• Отверстия расположены не по центру площадок, но поясок
составляет 0,050 мм [0,0020"] или более.
…
Допустимо - Класс 2
• Допустим разрыв до 90° (см. рис. 2103d A).
• Если имеет место разрыв в месте соединения с проводником,
ширина в области соединения не должна быть снижена более чем
на 20% минимальной ширины проводника, заданной на чертежах
или на фотошаблоне. Ширина проводника в месте соединения не
должна быть менее 0,050 мм [0,0020"] или минимальной ширины
проводника (что меньше) (см. рис. 2103d C).
…
Допустимо - Класс 1
• Допустим разрыв до 180° (см. рис. 2103d B).
• Если имеет место разрыв в месте соединения с проводником,
ширина в области соединения не должна быть снижена более чем
на 30% минимальной ширины проводника, заданной на чертежах
или на фотошаблоне. Ширина проводника в месте соединения не
должна быть менее 0,050 мм [0,0020"] или минимальной ширины
проводника (что меньше) (см. рис. 2103d D).
• Не должно быть влияния на форму, установку изделия и его
функционирование.
…
Классы на этапе конструирования
 IPC-2221A, 9.1.2 Требования к пояскам
Поясок должен присутствовать на всех металлизированных
отверстиях для класса 3. Параметры изделий классов 1 и 2
могут допускать разрывы пояска…
Минимальный
поясок
КП
Металлизированное
отверстие
Классы при оценке производителя
 IPC-6012, 3.4.2 Пояски и разрывы
(внешние) + Таблица 3-5 Минимальные
пояски
Выбор класса изделия
1. Изделие используется в мобильном телефоне
Надежность: желательна
Из низкой стоимости и надежности важнее низкая стоимость
Вывод: класс 1
2. Изделие используется в базовой станции
Надежность: важна
Изделие обслуживаемое, жизнь людей от работы изделия не зависит
Вывод: класс 2
3. Изделие используется в самолете
Назначение изделия: управление механизацией крыла
Надежность: крайне важна
Вывод: класс 3
Завышенные требования
4. Изделие оборонного назначения
Изделие применяется в системе катапультирования пилота
Надежность: крайне важна
Вывод: класс 3
5. Изделие оборонного назначения
…
Вывод: класс 3 ???
(Изделие используется в электронном тренажере для пилотов)
ЧЕМ ЭТО ГРОЗИТ?
IPC-6012C
Для подтверждения соответствия качества
внутренних поясков отверстий классу 3 по
стандарту IPC-6012C согласно таблице 4-3
должны быть изготовлены микрошлифы в
объеме, установленном для уровня
соответствия качества (A.Q.L.) 0,1.
При этом, согласно примечанию 5, на
каждой контролируемой панели
необходимо выполнить два купона с
противоположных углов.
A.Q.L. = 0,1 ???
IPC-6012C
Сколько стоит изготовление микрошлифа?
Возможные причины дефекта
Дефекты сборки: непропаи, смещения,
«надгробный камень», плохая
смачиваемость и т.п.
 Сборочное производство не отвечает
требованиям и/или в недостаточной
мере осуществляет управление
процессом
 Выбраны неправильные контактные
площадки
 Ошибки при разработке проводящего
рисунка
 Выбрано неправильное финишное
покрытие, и/или оно не соответствует
применяемому техпроцессу
 …
Возможные решения
 Организация и управление процессом
Редакция E – весна 2010 года
4 уровня обязательности по
каждому требованию для
каждого класса:
 Не установлено
 Допускается
 Показатель процесса
 Дефект
IPC J-STD-001
 Управление процессом
«Дефекты элементов изделий, приведенные в
соответствующих текстовых блоках, должны1 быть
определены, задокументированы, по ним должно
быть принято решение: например, восстановление,
отбраковка, применение без изменений, ремонт».
«Для класса 3 должны2 быть выполнены
следующие требования:
• Дефект элемента изделия должен быть
задокументирован перед восстановлением.
• При выполнении восстановления каждое
восстанавливаемое и/или перепаиваемое
соединение контролируется на предмет
соответствия требованиям п. 4.14».
(1)
Класс 1 - дефект
Класс 2 - дефект
Класс 3 - дефект
(2)
Класс 1- не уст.
Класс 2- не уст.
Класс 3- дефект
Возможные решения
 Контактные площадки
Приведенные в стандарте IPC-7351B
рекомендации являются «отправной точкой».
Три уровня плотности по стандарту IPC-7351B:
Уровень A
Уровень B
Уровень С
Очень надежное
паяное соединение
Паяное соединение
общего применения
Минимальное паяное
соединение
для максимальной плотности
компоновки
Возможные решения
 Неправильное финишное покрытие,
плохое смачивание.
Финишные покрытия:
 HASL Sn/Pb
 HASL SAC
 ENIG
 ImSn
 ImAg
 OSP
 ASIG




IPC-J-STD-003B Испытания печатных
плат на паяемость
IPC-4552 Параметры нанесения
покрытия химический
никель/иммерсионное золото (ENIG)
на печатные платы
IPC-4553A Параметры нанесения
покрытия иммерсионное серебро на
печатные платы
IPC-4554 Параметры нанесения
покрытия иммерсионное олово на
печатные платы
Возможные причины дефекта
Расслоение компонента
(«поп-корн»)
 Неправильное хранение
и/или подготовка к пайке
 Неправильное хранение
у поставщика или
дистрибьютора
 Неправильно
определенный уровень
чувствительности к
влаге
 …
Возможные решения
Стандарт определяет
требования к упаковке и
маркировке компонентов,
чувствительных к влаге, и
содержит сведения по условиям
сушки различных типов корпусов
Возможные причины дефекта
Пустоты в шариках:
 Ошибки в выборе материалов и/или
техпроцесса (испарение флюса,
неправильный термопрофиль и т.п.)
 Привнесенные пустоты из исходного
шарика
 Неправильная конструкция КП
 …
Механическое напряжение на краю
площадки
 Смещение маски
 Неправильная конструкция окон в
маске
Пустоты в микропереходных
отверстиях
CSP 0,5 мм
CSP 0,8 мм
BGA 1,0 мм
7,0%
6,0%
6,0%
5,3%
Пустоты, %
5,0%
4,0%
3,0%
2,4%
2,0%
1,0%
1,7%
0,6%
0,5%
0,2%
0,0% 0,1%
0,1% 0,1% 0,0%
0,0%
Конструкция микропереходных отверстий
0,0% 0,0%
Возможные решения
В стандарте IPC-7095B
выделяется 6 типов пустот по
причинам и расположению.
Пустоты в микропереходном
отверстии – один из них.
Варианты предотвращения данных пустот:
 Двойной проход ракелем
 Выведение микропереходных отверстий за пределы площадок с
помощью «гантелек»
 Использование заполненных медью микропереходных отверстий
Возможные решения
 Механические
напряжения на
краю площадки
Согласно стандарту
IPC-7095B, контактные
площадки BGA должны
определяться медью, а
не маской. То есть
площадка должна быть
меньше окна в маске.
Выводы:
 Современные стандарты не могут
ограничиваться ролью списка
требований к конечному изделию, но
должны предоставлять промежуточную
вспомогательную информацию и
обеспечивать обратную связь. В
противном случае производитель
работает «вслепую», не зная, что его
ждет на выходе.
Выводы:
 Современные стандарты обеспечивают
заказчиков и поставщиков единым
«языком» для общения. Чем на более
ранней стадии этот «язык» будет
использован, тем эффективнее будет
взаимопонимание и лучше результат.
Разработка закончена
Изготовление завершено
• IPC-A-600H
• IPC-A-610E
•…
Надеемся, теперь
сборка качественная!
Спасибо за внимание!
~~~~~
Представитель Ассоциации IPC в России
Юрий Ковалевский
ykovalevsky@ipc.org