IPC-A-600 - kryteria dopuszczenia płytek drukowanych PCB

Wprowadzenie

Płytki PCB (ang. Printed Circuit Boards) są wszechobecne w każdym urządzeniu elektronicznym. Ale czy kiedykolwiek zastanawialiście się, jak firmy w całym łańcuchu dostaw elektroniki dogadują się w kwestii jakości tych płytek? Przecież często zdarza się, że jedna firma projektuje PCB, inna produkuje puste płytki, a jeszcze inna zajmuje się montażem komponentów do tej płytki.

Jak te firmy mogą ze sobą skutecznie współpracować, zwłaszcza w zglobalizowanym świecie? Często mamy do czynienia z sytuacją, w której dostawca PCB to fabryka w Chinach, montaż odbywa się w Europie, a finalny klient, np. firma z USA, integruje gotowy podzespół w większym systemie. Brzmi skomplikowanie? Na szczęście jest na to rozwiązanie :)

Z pomocą przychodzi standard IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards, który pozwala ustalić wspólne wymagania jakościowe pomiędzy klientami a dostawcami w całym łańcuchu dostaw.

W niniejszym artykule przybliżymy, czym jest IPC-A-600, jakie ma zastosowanie, jaki jest jego zakres oraz jakie rozdziały zawiera. Zapraszam do lektury!

Historia IPC-A-600

Standard IPC-A-600 to jeden z pierwszych dokumentów opracowanych przez IPC. Ta organizacja powstała w 1957 roku, natomiast standard IPC-A-600 został wydany w 1964 roku i od tego czasu jest sukcesywnie aktualizowany. Obecnie (2024), najnowsza wersja to "K", wydana w lipcu 2020 roku. Formalnie standard wraz z wersją ma więc oznaczenie IPC-A-600K.

Historię danego standardu IPC oraz informacje o najnowszej wersji można łatwo sprawdzić na stronie IPC w sekcji "Document Revision Table".[1]

Zakres IPC-A-600

IPC-A-600 opisuje stany dopuszczenia (docelowy, dopuszczalny, wskaźnik procesu, niezgodny) na płycie PCB, które można zaobserwować wizualnie. Wymagania podzielono na dwie grupy:

• Cechy obserwowalne zewnętrznie. To cechy takie jak krawędzie PCB, maska lutownicza, stan pól lutowniczych, widoczne z zewnątrz anomalie w laminacie bazowym itp.
• Cechy obserwowalne wewnętrznie. To cechy widoczne w przekroju metalograficznym, a więc takie zjawiska jak pęknięcia metalizacji otworów, stan warstw wewnętrznych, wtrącenia w metalizacji itp.

Powiązanie z IPC-6010

Organizacja IPC opracowała serię standardów IPC-6010, takich jak IPC-6011, IPC-6012, IPC-6013 itd. Standardy te określają minimalne wymagania dotyczące kwalifikacji, jakie powinny spełniać wykonane (gotowe) płytki PCB. Standard IPC-A-600 zawiera jedynie te minimalne wymagania z IPC-6010, które można wizualnie ocenić na gotowej płytce.

Podsumowując: IPC-A-600 to zestaw kryteriów do wizualnej oceny płytek PCB, podczas gdy standardy z serii IPC-6010 (oraz J-STD-003) obejmują znacznie szerszy zakres wymagań, z których wiele nie dotyczy oceny wizualnej.

Zalecam zakup zarówno IPC-A-600, jak i wybranych standardów z serii IPC-6010 (np. IPC-6011 oraz IPC-6012 dla płytek sztywnych). Dzięki takiemu zestawowi dokumentów, mamy komplet informacji dotyczących wymagań jakościowych dla pustych płytek PCB.

Zasady inspekcji wg IPC-A-600

IPC-A-600 określa szereg zasad, według których przeprowadza się inspekcję płytek PCB. Poniżej przedstawiam, moim zdaniem, najważniejsze aspekty. Pełen zakres wymagań można oczywiście znaleźć w pierwszym rozdziale standardu.

• Wersja angielska ma pierwszeństwo. Błędy w tłumaczeniu standardów IPC czasami się zdarzają. W przypadku rozbieżności między wersją angielską a wersją tłumaczoną, wersja oryginalna (angielska) zawsze ma pierwszeństwo.
• Klasę produktu określa klient. Osoba wykonująca inspekcję nie ustala klasy produktów IPC.
• Stosuj kryteria pierwszeństwa. Standard IPC-A-600 ma jasno określone, jak należy postępować w przypadku rozbieżności między wymaganiami standardu IPC-A-600 a np. specyfikacją klienta. Te zasady to tzw. kryteria pierwszeństwa.
• AABUS. Akronim oznaczający "As Agreed Between User and Supplier". Jeżeli dane wymaganie może być określone wg ustaleń między klientem a dostawcą, to właśnie taki akronim jest stosowany.
• Stosuj narzędzia powiększające. Inspekcję cech zewnętrznych przeprowadzamy przy powiększeniu 3 dioptrii (ok. 1,75x). W razie wątpliwości można zwiększyć powiększenie do 40x. Inspekcja zgładów metalograficznych zależy od badanej cechy, dlatego zakres powiększeń wynosi od 100x do 500x. Więcej informacji znajdziesz w IPC-A-600, pkt 1.5.

Główne rodziały IPC-A-600

Standard IPC-A-600 w wersji K zawiera następujące (ważniejsze) rozdziały:

1. Wprowadzenie

W pierwszym rozdziale przedstawiony jest zakres oraz cel stosowania tego standardu, klasy produktów IPC, stany dopuszczenia. Ten rozdział zawiera taże zasady przeprowadzania inspekcji (wymagane powiększenia), terminy i definicje oraz powiązania z innymi standardami.

2. Cechy obserwowalne zewnętrznie

W tej sekcji omawiane są aspekty związane z krawędziami, wyglądem powierzchni oraz stanem otworów. Omawiane są także wymogi związane z pokryciem pól cyną i typowe wady takie jak: brak zwilżenia oraz wtórny brak zwilżenia. Poniżej przedstawiono główne punkty rozdziału drugiego:

• 2.1 Krawędzie płytki drukowanej (ang. Printed Board Edges)
• 2.2 Powierzchnia materiału bazowego (ang. Base Material Surface)
• 2.3 Warstwy podpowierzchniowe materiału bazowego (ang. Base Material Subsurface)
• 2.4 Powłoki lutownicze i stop cyny z ołowiem (ang. Solder Coatings and Fused Tin Lead)
• 2.5 Otwory - metalizowane - ogólne (ang. Holes - Plated-Through - General)
• 2.6 Otwory - niemetalizowane (ang. Holes - Unsupported)
• 2.7 Kontkaty krawędziowe płytki (ang. Edge Board Contacts)
• 2.8 Oznakowanie (ang. Marking)
• 2.9 Maska lutownicza (ang. Solder Mask)
• 2.10 Ścieżki i pola (wzory) - wymiary (ang. Pattern Definition - Dimensional)
• 2.11 Płaskość (ang. Flatness)

3. Cechy obserwowalne wewnętrznie

W tekj sekcji przedstawiono wymagania związane z cechami płytki, jakie można ocenic na podstawie zgładu metalograficznego. Główne aspekty:

• 3.1 Materiały dielektryczne (ang. Dielectric Materials)
• 3.2 Wzory przewodzące (ścieżki i pola) - ogólne (ang. Conductive Patterns - General)
• 3.3 Otwory metalizowane - ogólne (ang. Plated Through Holes - General)
• 3.4 Otwory metalizowane - wiercone (ang. Plated Through Holes - Drilled)
• 3.5 Otwory metalizowane - wykrawane (ang. Plated Through Holes - Punched)

4. Pozostałe

Ten rozdział zawiera wymagania dotyczące nastepujących aspektów:

• 4.1 Płytki drukowane elastyczne i sztywno-elastyczne (ang. Flexible and Rigid-Flex Printed Boards)
• 4.2 Płytki drukowane z metalowym rdzeniem (ang. Metal Core Printed Boards)
• 4.3 Płaskie płytki drukowane (ang. Flush Printed Boards)

5. Czystość i testy

Ostatni rozdział standardu zawiera wymagania dotyczące czystości płytek PCB oraz testów elektrycznych. Niektóre rodzaje zanieczyszczeń jonowych na płytkach PCB mogą być czynnikiem inicjującym zjawisko o nazwie migracja elektrochemiczna.

• 5.1 Testowanie lutowności (ang. Solderability Testing)
• 5.2 Integralność elektryczna (ang. Electrical Integrity)

Podsumowanie

Standard IPC-A-600 to kluczowy dokument określający kryteria akceptowalności dla pustych płytek PCB. Dzięki temu standardowi przemysł elektroniczny dysponuje jednolitym zestawem wymagań stosowanych w relacjach pomiędzy klientami a dostawcami.

Zalecam stosowanie IPC-A-600 w połączeniu ze standardami IPC-6011 (wymagania ogólne), IPC-6012 (płytki sztywne) oraz IPC-6013 (płytki elastyczne).