NCAB Groupin toimittamat piirilevyt on valmistettu aina asiakkaan spesifikaation mukaan, mutta vähimmäisvaatimuksena on jokaisessa tapauksessa NCAB:n PCB-spesifikaatio. NCAB:n spesifikaatio on ”elävä” asiakirja, sillä sitä kehitetään jatkuvasti. Tässä uutiskirjeessä esittelemme tarkemmin, mitä etuja se tarjoaa NCAB:n asiakkaille.
NCAB Groupin PCB-spesifikaatio on tulosta vuosikymmenten kehitystyöstä ja kokemuksesta. Kattavassa asiakirjassa luetellaan yli 100 erilaista vaatimusta tai kriteeriä, joista jokaista on noudatettava, kun piirilevyjä valmistetaan NCAB:n asiakkaille.
”Olemme laatineet alan tuntemukseen ja käytännön kokemukseen perustuen oman standardispesifikaatiomme, joka täydentää ja joissakin tapauksissa ylittää alan vakiintuneen IPC-luokan 2 standardin. Perusfilosofiamme, prosessimme ja tavoitteemme ovat samat kuin IPC:llä, mutta me keskitymme kaikkiin tekijöihin, jotka vaikuttavat piirilevyjen luotettavuuteen”, selittää Ryan Pellow, Managing Director of NCAB Group UK.
”NCAB asettaa laadun selkeästi etusijalle, ottaa täyden vastuun toimittamistaan piirilevyistä ja varmistaa asiakkaille alhaiset kokonaiskustannukset.”
Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK
IPC näyttää suunnan
Useat yritykset noudattavat toiminnassaan IPC-standardia, joka sai alkunsa vuonna 1957. Standardin tavoitteena on parantaa elektroniikkatuotteiden laatua ja luotettavuutta. Tarkoituksena on, että standardia pitäisi pystyä soveltamaan yleisesti ja että sen pitäisi tukea kaikenlaisia valmistuslaitoksia, kaikkia teknisiä valmiuksia ja kaikentyyppisiä tuotteita.
”NCAB asettaa laadun selkeästi etusijalle, ottaa täyden vastuun toimittamistaan piirilevyistä ja varmistaa asiakkaille alhaiset kokonaiskustannukset. Siksi IPC-standardi tarkoittaa meille vahvaa pohjaa, jolle on hyvä rakentaa. Oman spesifikaatiomme avulla voimme määrittää ne tärkeät alueet, joihin on kiinnitettävä erityistä huomiota, jos haluamme parantaa asiakkaidemme tuotteiden luotettavuutta”, sanoo Ryan Pellow.
”Perusfilosofiamme, prosessimme ja tavoitteemme ovat samat kuin IPC:llä, mutta me keskitymme kaikkiin tekijöihin, jotka vaikuttavat piirilevyjen luotettavuuteen.”
Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK
NCAB Groupin Director of Technology Jan Pedersen osallistuu IPC-standardin kehitystyöhön ja korostaa, että IPC:n mukaan monilla alueilla asiakkaat ja toimittajat voivat päättää yhdessä vaatimuksista ja kriteereistä. ”Se voi käytännössä johtaa siihen, että usein jotkin luotettavuuteen vaikuttavat tärkeät seikat ohitetaan. Meille se ei kuitenkaan riitä, ja siksi määritämme spesifikaatiossamme, mitä vaatimuksia tärkeillä alueilla on noudatettava. Koska moderneissa piirilevyissä komponentit ovat tiheässä ja kerroksia on useita, laatuun ja luotettavuuteen kohdistuu usein suurempia vaatimuksia kuin aikaisemmin.”
”Koska moderneissa piirilevyissä komponentit ovat tiheässä ja kerroksia on useita, laatuun ja luotettavuuteen kohdistuu usein suurempia vaatimuksia kuin aikaisemmin.”
Jan Pedersen
Director of Technology, NCAB Group
Luotettavuutta alusta lähtien
NCAB uskoo kaikkien asiakkaiden hyötyvän NCAB:n spesifikaatiosta, koska luotettavuus on rakennettava piirilevyyn jo suunnitteluvaiheessa. Asiaa on vaikea korjata enää sen jälkeen, kun design on tehty. Koska piirilevy on valmiin elektroniikkatuotteen kriittisin komponentti, piirilevyn täytyy toimia, jotta lopputuote voi toimia. Siksi NCAB tekee jatkuvasti työtä parantaakseen piirilevyjen luotettavuutta annetun rahoituskehyksen puitteissa.
”Luotettavuus ja kestävyys ovat saman kolikon kaksi eri puolta.”
Ryan Pellow,
Managing Director, NCAB Group
”Tämä on se, minkä pyrimme saavuttamaan NCAB:n spesifikaatiolla. Muuten on vaarana, että asiakkaan tuote rikkoutuu käytön aikana, toimii huonosti tai sen käyttöikä on normaalia lyhyempi. Seuraukset ovat luonnollisesti erilaiset eri käyttökohteissa. Kodinkoneiden valmistajalle seurauksena voi olla huono asiakaskokemus ja brändin vahingoittuminen, mutta turvallisuus-, terveys- ja autoteollisuudessa seuraukset voivat olla hengenvaarallisia. Spesifikaation ansiosta kaikki asiakkaamme saavat tuotteilleen parempaa luotettavuutta”, sanoo Ryan Pellow.
Luotettavuus on entistä tärkeämpää myös siksi, että se vaikuttaa suoraan kestävyyteen. Parempi piirilevy parantaa sekä tuotteen suorituskykyä että sen kestävyyttä erilaisissa ympäristöissä.
”Luotettavuus ja kestävyys ovat saman kolikon kaksi eri puolta. Niiden varmistamiseksi on tehtävä jatkuvasti työtä, eikä työ ole koskaan valmis. Molempia ominaisuuksia on tärkeää kehittää jatkuvan kehitysprosessin kautta”, Ryan Pellow toteaa.
Jatkuva prosessi
NCAB Groupin PCB-spesifikaatio perustuu juuri tällaiselle kehitysprosessille. Asiakirjassa asetetaan selkeät ja tarkasti määritetyt vaatimukset niille alueille, joita siinä käsitellään, ja vaatimuksia päivitetään jatkuvasti. Vaatimukset määrittävät kestävän, pitkäikäisen piirilevyn ominaisuudet.
Molemmat standardit sisältävät joiltakin kohdin samat vaatimukset, jotka NCAB on sisällyttänyt omaan spesifikaatioonsa merkkinä niiden tärkeydestä. Jotkut vaatimukset on merkitty tekstillä ”NCAB Unique”, mikä osoittaa NCAB:n soveltavan vaatimuksia, jotka eivät sisälly IPC-standardiin. Tietyt ominaisuudet on merkitty tekstillä ”Beyond IPC” merkkinä vaatimuksista, jotka voivat olla tiukemmat kuin IPC:n edellyttämät, tai kohdista, joissa IPC-standardista puuttuvat selkeästi määritetyt käytettävät kriteerit.
”Mitä tulee alhaisimpiin kokonaiskustannuksiin, on tärkeää sisällyttää laskelmiin suorien kustannusten lisäksi myös epäsuorat, heikosta luotettavuudesta mahdollisesti aiheutuvat kustannukset. Tuotteiden palautuksista ja laatuongelmista johtuvat kustannukset ovat hyvin korkeat. Kun siihen lisätään kustannukset, joita tulee vikojen syyn selvittämisestä, brändien vahingoittumisesta ja vastaavista ongelmista, niin tarjoamamme luotettavuus varmistaa asiakkaille entistäkin alhaisemmat kokonaiskustannukset”, Ryan Pellow toteaa.
Seitsemän esimerkkiä luotettavien piirilevyjen tärkeimmistä ominaisuuksista
Markkinoidessaan PCB-spesifikaatiota NCAB nostaa esiin 14 keskeistä ominaisuutta, jotka vaikuttavat piirilevyjen luotettavuuteen. Asiakasetujen havainnollistamiseksi pyysimme teknistä johtajaa Jan Pederseniä valitsemaan muutamia ominaisuuksia ja kertomaan niistä enemmän:
Reiän metalloinnin vaatimus 25 μm
”NCAB soveltaa tähän IPC-standardin luokan 3 vaatimuksia huolimatta siitä, että alalla noudatetaan yleensä IPC-standardin luokkaa 2, jossa vaatimus on vain 20 μm. Paksumpi kupari tekee läpivientireiästä vahvemman, mikä vähentää reiän seinämän murtumisvaaraa kokoonpanon aikana. Sen ansiosta lopputuote toimii paremmin toiminnan aikaisen kuormituksen, käytön aikaisten toimintavirheiden ja muiden rasitusten yhteydessä. Lisäksi vahvemmilla läpivientirei’illä varustettu piirilevy kestää paremmin törmäystestejä ja iskuja. Tämä NCAB:lle ominainen vaatimus (NCAB Unique) varmistaa, että lopputuote kestää paremmin sähkövikoja ja fyysistä rasitusta.”
“Paksumpi kupari tekee läpivientireiästä vahvemman, mikä vähentää reiän seinämän murtumisvaaraa kokoonpanon aikana.“
Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group
IPC-standardin ylittävät puhtausvaatimukset
”Piirilevyjen rakenteet muuttuvat jatkuvasti tiheämmiksi ja johtimien leveydet ja eristevälit aina vain pienemmiksi. Siksi on entistä tärkeämpää pitää valmiit levyt puhtaina ja välttää näin likaantumisriski, joka vaikuttaisi haitallisesti toimintaan ja voisi johtaa ajan myötä siihen, että tuotteet eivät toimi oikein. IPC ei ole asettanut pakollisia, määrällisiä vaatimuksia valmiin levyn puhtaudelle toimituksessa. Vaikka useimmat tehtaat pystyvät ehkä täyttämään tätä koskevan spesifikaatiomme, ne eivät tee sitä, ellei vaatimuksissa niin määrätä. NCAB asettaa jatkuvasti päivitettävät vaatimukset ja määrittää alhaisen likaantumistason, jota toimittajien on noudatettava.”
Kansainvälisesti tunnettujen materiaalien käyttö
”Hyvänlaatuiset laminaatit ovat luotettavien ja suorituskyvyltään korkeatasoisten piirilevyjen edellytys. Se koskee lämpölaajenemisen astetta paksuuden (z-akseli) ja ulottuvuuden (x–y-akseli) suhteen sekä sitä, miten paljon kosteutta laminaatti imee ja miten se reagoi laminoinnin, porauksen ja reitityksen aikana. Moderneissa piirilevydesigneissa, joissa reikien ja johdinten välit ovat tiheämmät, on suurempi riski tahattomista oikosuluista, jotka johtuvat kuparin kulkeutumisesta lasikuituja pitkin ja jopa epoksimateriaalissa, eli CAF-ilmiöstä (Conductive Anodic Filament). Riskiä voidaan vähentää käyttämällä materiaaleja, joilla on hyvä CAF-kestävyys. Siksi meidän on tunnettava materiaalin todelliset ominaisuudet. Valitettavasti materiaaliteollisuutta ei valvota riittävästi, ja esimerkiksi Kiinassa on monia paikallisia laminaattimerkkejä, joiden UL-hyväksyntöihin ja testausprotokolliin ei voi luottaa. Ainoa keino varmistaa, että materiaalin ominaisuudet täyttävät vaadittavat standardit on valita kansainvälisesti tunnettuja ja hyväksi havaittuja materiaaleja. Näin NCAB tekee.
Käytettävät juotteenestopinnoitteet standardin IPC-SM-840 luokan T mukaisia tai parempia
”Vaikka muita piirilevyjen valmistukseen liittyviä prosesseja on kehitetty ja parannettu vuosien myötä, juotteenestopinnoitteen prosessi on pysynyt lähes samana useiden vuosikymmenten ajan. Käytettävät pinnoitteet ovat parantuneet jonkin verran, mutta muuten kaikki tehdään samalla tavalla, ja silloin on suuri riski siitä, että jokin voi mennä vikaan.
”IPC-standardit eivät ole tässä täysin ajan tasalla, mutta NCAB:llä on omien vaatimusten lista, jolla varmistetaan, että juotteenestopinnoitteen toimintakyky säilyy sekä piirilevyn kokoonpanon että loppukäytön aikana. High-density-piirilevyissä tai käyttökohteissa, joihin kohdistuvat tiukat vaatimukset, on tärkeää valvoa huolellisesti, mitä juotteenestopinnoitteita käytetään ja miten ne levitetään. Vaarana on juotteenestopinnoitteen irtoaminen laminaatista, mikä voi pidemmän päälle aiheuttaa kuparijohtimien korroosiota sekä niiden välisiä syöksyjännitteitä. Se voi johtaa piirilevyn hylkäämiseen ja/tai kalliisiin lopputuotteen vikoihin. Spesifikaatiomme määrittää, että vain vaatimukset täyttäviä juotteenestopinnoitteita saa käyttää, ja mikä tärkeämpää, että prosessia on seurattava ja valvottava huolellisesti tehtaissa.”
Juotteenestopinnoitteen paksuus määritetty
”Juotteenestopinnoitteen päätehtävä on suojella kuparia hapettumiselta ja estää oikosulut valmistuksen aikana. Juotteenestopinnoitteen paksuus on tärkeä ominaisuus ja se voi vaikuttaa suojauksen tehokkuuteen, mutta siitä huolimatta IPC ei määritä paksuutta koskevia vaatimuksia. On suositeltavaa, että juotteenestopinnoite on riittävän paksu, niin että levy pystyy kestämään kosteutta esimerkiksi ilman kuparin hapettumista tai heikentymistä. Tämä pätee silloinkin, kun piirilevyn toimintaa testataan erilaisissa ympäristöissä. Paksumpi juotteenestopinnoite tarjoaa myös paremman iskujen ja naarmujen kestävyyden tuotannossa. Se ei kuitenkaan saa olla liian paksu, mikä voisi aiheuttaa ongelmia asennettaessa komponentteja levylle. NCAB:n ratkaisu on määrittää juotteenestopinnoitteelle paksuus, joka maksimoi levyn toiminnallisuuden ja luotettavuuden. Tehdashallintatiimimme Aasiassa, Euroopassa ja Yhdysvalloissa valvovat, että määritettyä paksuutta noudatetaan.”
Ulkonäkö- ja korjausvaatimukset määritetty
”Piirilevytehtaat hyväksyvät joskus ulkonäkövikoina sellaiset viat, jotka itse asiassa vaikuttavat haitallisesti modernien tiheärakenteisten levyjen toimintaan. Tämä on nykyisin yksi yleisimmistä syistä siihen, että elektroniikkayritykset palauttavat levyjä vaihtoa tai korvausta varten tai hylkäävät levyjä. Vaikka IPC:llä on ammattimaiseen suoritukseen liittyvä yleissääntö, ei pieniä naarmuja, kolhuja, korjauksia, sormenjälkiä ja muita niin sanottuja ulkonäköongelmia koskevia yksityiskohtaisia vaatimuksia ole määritetty. NCAB määrittää spesifikaatiossaan selkeästi, mikä on hyväksyttävää ja mikä ei toimi mahdollisten luotettavuus- ja toimintaongelmien takia.”
Erityisvaatimukset läpivientireikien täytölle
”Myös tämä vaatimus osoittaa, miten tärkeä juotteenestopinnoite on piirilevyn luotettavuuden kannalta. Kun asiakas määrittää, että läpivientireiät on täytettävä, IPC-standardi ei aseta minkäänlaisia erityisvaatimuksia reiän täytölle. NCAB puolestaan edellyttää, että tehtaamme täyttävät läpivientireiät 70-prosenttisesti tai sitä enemmän. Tämä suojaa reikää kokoonpanon aikana, sillä se estää kemikaalien jäämisen reiän sisälle, mikä voisi johtaa likaantumiseen tai korroosioon. Pitkällä aikavälillä kupari on suojattu hapettumista vastaan ja oikosulut vältetään. Levyjen hylky vähenee, ja lopputuote on luotettavampi ja toimii paremmin. Kuten juotteenestopinnoitteen oikean paksuuden varmistaminen, myös oikein täytetyt ja peitetyt läpiviennit parantavat levyn kykyä kestää luotettavuustestit ja kovat olosuhteet.”
”IPC-standardi ei aseta minkäänlaisia erityisvaatimuksia reiän täytölle. NCAB puolestaan edellyttää, että tehtaamme täyttävät läpivientireiät 70-prosenttisesti.”
Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group
PCB design tools
For more advice about PCB design or applications of PCBs, we
have different PCB tools that can be downloaded for free.