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A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2022

Le nostre specifiche di prodotto permettono di realizzare PCB affidabili

Quando NCAB Group fornisce circuiti stampati (PCB) ai suoi clienti, questi sono sempre realizzate secondo le specifiche dei clienti, ma seguendo comunque, come minimo, le specifiche costruttive di NCAB. Le specifiche di NCAB sono un documento “vivo”, nel senso che vengono costantemente migliorate con un lavoro continuo. In questa newsletter, esamineremo più da vicino i vantaggi che ciò comporta per i clienti di NCAB.

Le specifiche costruttive di NCAB Group sono il risultato di decenni di lavoro di sviluppo ed esperienza. Si tratta di un documento esaustivo in cui sono elencati oltre 100 differenti requisiti o criteri che devono essere tutti soddisfatti nella fabbricazione di PCB per i clienti di NCAB.

“Quello che abbiamo fatto, in base alle nostre conoscenze in questo settore industriale e all’esperienza nella vita reale, è stato creare le nostre specifiche di riferimento che integrano, e qualche volta vanno anche oltre, il consolidato standard di settore, le IPC A-600 Classe 2. Abbiamo la stessa filosofia di fondo, lo stesso processo e gli stessi obiettivi della IPC, ma poniamo l’accento e focalizziamo l’attenzione su tutti i fattori che contribuiscono a rendere affidabile il funzionamento delle schede, spiega Ryan Pellow, Managing Director di NCAB Group UK.

Ryan Pellow, Managing Director NCAB Group

“NCAB è fortemente concentrata nel mettere al primo posto la qualità, assumendosi la completa responsabilità della fornitura offrendo ai clienti il costo totale più basso.”

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

IPC indica la strada da seguire

Molte aziende lavorano seguendo lo standard IPC, le cui origini risalgono al lontano 1957. L’obiettivo di tale standard è migliorare la qualità e l’affidabilità dei prodotti elettronici. L’idea è che debba valere a livello generale e funga da supporto per tutti i tipi di impianti di produzione, per capacità produttive di ogni dimensione e per tutti i tipi di prodotti.

“NCAB è fortemente concentrata nel mettere al primo posto la qualità, assumendosi la completa responsabilità della fornitura offrendo ai clienti il costo totale più basso. Consideriamo perciò lo standard IPC una solida base da cui partire. Tramite le nostre specifiche, individuiamo quelle aree la cui importanza riteniamo debbano avere particolari attenzioni, se desideriamo migliorare l’affidabilità dei prodotti dei nostri clienti” sostiene Ryan Pellow.

“Abbiamo la stessa filosofia di fondo, lo stesso processo e gli stessi obiettivi di IPC, ma poniamo l’accento e focalizziamo l’attenzione su tutti i fattori che contribuiscono a rendere affidabile il funzionamento delle schede elettroniche.”

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

Jan Pedersen, Director of Technology di NCAB Group, che partecipa anche al lavoro di sviluppo dello standard IPC, richiama l’attenzione sulle numerose aree in cui la IPC indica quali requisiti e criteri possono essere decisi congiuntamente tra cliente e fornitore. “Nella pratica, questo può spesso far sì che alcune aree cruciali in termini di affidabilità operativa vengano ignorate. La cosa non ci soddisfa e perciò nelle nostre specifiche poniamo l’accento su cosa dovrebbe valere in quelle aree importanti. Vista l’elevata densità di componenti e i numerosi strati inclusi nelle moderne PCB, le esigenze di qualità e affidabilità operativa sono spesso più elevate di quelle di un tempo.”

Jan Pedersen, Technical Director NCAB Group

“Vista l’elevata densità di componenti e i numerosi strati inclusi nei moderni PCB, i rischi per qualità e affidabilità operativa sono spesso più elevati di quelli di un tempo.”

Jan Pedersen
Director of Technology, NCAB Group

L’affidabilità operativa deve essere parte integrante

NCAB ritiene che tutti i clienti traggano vantaggio dalle nostre specifiche perché l’affidabilità operativa deve essere integrata nel PCB sin dalla fase di progettazione. Si tratta di un fattore difficile da correggere una volta che il progetto è stato definito, inoltre il PCB è il componente più strategico di un prodotto elettronico finito: il PCB deve rispondere alle funzioni richieste per far sì che il prodotto finale stesso funzioni. Per questo motivo, NCAB lavora costantemente per migliorare l’affidabilità operativa del PCB entro i limiti economici stabiliti.

“Affidabilità e durata sono come due facce della stessa medaglia.”

Ryan Pellow,
Managing Director, NCAB Group

“Questo è quanto ci sforziamo di ottenere con l’ausilio delle specifiche di NCAB. Altrimenti, il rischio è che il prodotto dei nostri clienti si danneggi durante il funzionamento, oppure risulti con scarse prestazioni o smetta di funzionare prima di quanto stabilito dal progetto. Naturalmente le conseguenze sono diverse per le varie applicazioni. Se si producono elettrodomestici, si rischia una brutta esperienza per il cliente e quindi danni di immagine, ma in settori come la sicurezza, la sanità e l’industria automobilistica, mette a rischio la vita stessa delle persone. Grazie alle specifiche, tutti i nostri clienti possono contare su maggiore affidabilità operativa”, sostiene Ryan Pellow.

NCAB Group PCB specification | NCAB Group
Le specifiche di fornitura per PCB di NCAB sono un documento esaustivo in cui sono elencati più di 100 differenti requisiti o criteri che devono essere tutti soddisfatti nella fabbricazione di PCB per i clienti di NCAB.

Un aspetto sempre più importante dell’affidabilità operativa è che essa contribuisce direttamente a una maggiore durata. Un migliore PCB ottimizza sia le prestazioni del prodotto, sia la sua capacità di resistere in differenti ambienti.

“Affidabilità e durata sono come due facce della stessa medaglia. Questi sono fattori su cui occorre lavorare costantemente, senza mai poter dire di aver raggiunto il traguardo finale. In entrambi i casi, è importante procedere seguendo un processo di miglioramento continuo”, afferma Ryan Pellow.

Processo continuo

Le specifiche per i PCB di NCAB Group si basano esattamente su questo tipo di processo di miglioramento. Il documento stabilisce chiaramente determinati requisiti per tutte le aree che tratta e li aggiorna costantemente. Tali requisiti definiscono le caratteristiche di un PCB di solida concezione e di lunga durata.

In alcuni casi, entrambi gli standard includono gli stessi requisiti, ma NCAB li inserisce al fine di sottolineare la loro estrema importanza. Altri requisiti sono contrassegnati come “esclusivi di NCAB”, evidenziando il fatto che NCAB applica normative che non sono incluse nello standard IPC. Alcune caratteristiche, infine, sono contrassegnate come “oltre IPC”, vale a dire stabiliscono standard che possono essere più rigorosi di quelli stabiliti da IPC stessa, o riguardano i casi in cui nello standard IPC non ci sono criteri chiaramente definiti e quantificati da poter utilizzare.

I team della Factory Management di NCAB sono direttamente responsabili di quello che gli stabilimenti consegnano. | NCAB Group
I team della Factory Management di NCAB sono direttamente responsabili di quello che gli stabilimenti consegnano. Il loro lavoro consiste tra l’altro nel controllare e certificare che le schede vengano fabbricate e controllate seguendo le nostre specifiche.

“Quando si considera il costo totale più basso, è importante includere nei calcoli non solo i costi diretti, ma anche i costi indiretti che possono risultare da una scarsa affidabilità operativa. I resi dei prodotti e i problemi di qualità hanno un costo molto elevato. Aggiungendo poi a tutto ciò il costo per individuare la causa dei guasti, il danno all’immagine del marchio e così via, risulterà allora chiaro che la nostra affidabilità operativa ottimizza il costo totale più basso per i nostri clienti”, sostiene Ryan Pellow.


Sette esempi di fattori importanti per un circuito stampato affidabile

Nel presentare le proprie specifiche per i PCB, NCAB evidenzia 14 caratteristiche importanti per un circuito stampato affidabile. Per chiarire i vantaggi concreti per i clienti, abbiamo chiesto al Direttore Tecnico Jan Pedersen di selezionare alcune di queste caratteristiche e di approfondirle:

Le specifiche per i PCB di NCAB richiedono che le pareti dei fori abbiano una placcatura spessa 25 μm. | NCAB Group
Le specifiche per i PCB di NCAB richiedono che le pareti dei fori abbiano una placcatura spessa 25 μm. Questo perché uno strato di rame più spesso produce un foro di via più robusto, riducendo il rischio che la parete del foro si fratturi durante l’assemblaggio, e rende il prodotto finale migliore quando è sollecitato durante il funzionamento, in caso di errori sul campo e molto altro.

Requisito minimo di 25 μm per la placcatura dei fori

“Qui NCAB applica i requisiti di IPC Classe 3, nonostante il fatto che il settore segua generalmente IPC Classe 2, che si accontenta di 20 μm. Uno strato di rame più spesso produce un foro di via più robusto, riducendo il rischio che la parete del foro si subisca fratture durante l’assemblaggio. Consente al prodotto finale di avere prestazioni migliori quando è sollecitato durante il funzionamento o nel caso di errori sul campo, ecc. Inoltre, una PCB con un foro di via più robusto resiste meglio alle prove d’urto e sollecitazioni. Questo requisito esclusivo di NCAB crea un prodotto finale che resiste meglio sia ai guasti elettrici sia alle sollecitazioni termo-meccaniche.”

Uno strato di rame più spesso produce un foro di via più robusto, riducendo il rischio che la parete del foro si subisca fratture durante l’assemblaggio.

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group

Requisiti di pulizia più rigorosi di IPC

“Stiamo costantemente andando verso costruzioni di PCB sempre più dense, con minori larghezze dei conduttori e distanze di isolamento. Ciò rende sempre più importante tenere pulite le schede elettroniche finite, per eliminare il rischio di contaminazioni che pregiudichino la funzionalità e che a lungo andare possano portare a prodotti che non funzionano correttamente. IPC non ha stabilito requisiti quantitativi vincolanti riguardanti quanto deve essere pulita la scheda elettronica finita da consegnare, perciò, anche se la maggior parte degli stabilimenti potrebbero essere in grado di soddisfare le nostre specifiche in proposito, non lo farebbero se i requisiti non lo specificassero. NCAB stabilisce requisiti aggiornati e specifica un basso livello di contaminazione a cui il fornitore deve attenersi.

Utilizzo di laminati base riconosciuti a livello internazionale

“Laminati base di buona qualità sono il presupposto indispensabile per PCB ad alte prestazioni e affidabili. Questo vale per il grado di espansione termica dello spessore (asse z) e delle dimensioni (asse x-y), quanta umidità assorbe il laminato e come reagisce durante i processi di laminazione, foratura e profilo meccanico. Nei moderni progetti di PCB con maggiore densità tra fori e linee di rame, eventuali connessioni indesiderate provocate dalla migrazione del rame, fenomeno chiamato crescita di filamento anodico conduttivo (CAF, Conductive Anodic Filament), lungo le fibre di vetro e persino all’interno del materiale epossidico, costituiscono un rischio che è possibile ridurre utilizzando materiali resistenti al CAF. Ciò significa che è necessario conoscere le reali proprietà del materiale base. Sfortunatamente, il settore dei materiali base non è sufficientemente controllato. Esistono numerosi marchi locali di laminati, ad esempio in Cina, che hanno approvazioni UL e protocolli di collaudo di cui non ci si può fidare. L’unico modo (per poter fare affidamento sul fatto che le proprietà del materiale base soddisfino lo standard richiesto) è scegliere materiali riconosciuti a livello internazionale e ben collaudati, che è proprio quello che fa NCAB.  

Close up of broken down PCB soldermask. | NCAB Group
Qui vediamo come il flussante e il processo di assemblaggio, hanno attaccato e disgregato il soldermask in corrispondenza del ciglio della pista, causando una perdita di aderenza del soldermask stesso, esponendo il rame sottostante. I rischi sono la corrosione, bassi isolamenti e cortocircuiti in genere. Se l’inchiostro non è di qualità, questo è un rischio reale.

Maschere di saldatura che garantiscono i requisiti IPC-SM-840 Classe T o superiore

“Mentre nel corso degli anni sono stati sviluppati ulteriori e migliori processi di fabbricazione delle schede, il processo per la maschera di saldatura è rimasto prevalentemente uguale a quello che c’è da vari decenni. Gli inchiostri utilizzati sono un po’ migliorati, ma per il resto tutto viene fatto allo stesso modo, il che significa che è proprio qui che c’è il rischio più elevato che le cose vadano male.

Laddove gli standard IPC non sono completamente aggiornati, NCAB ha un elenco di requisiti propri per garantire che la maschera di saldatura mantenga le sue funzionalità durante l’assemblaggio della PCB e nell’uso finale. Per schede ad alta densità, o applicazioni con requisiti rigorosi, è importante controllare correttamente quali maschere di saldatura sono utilizzate e come sono applicate. Un rischio è che la maschera di saldatura si distacchi dal laminato, cosa che a lungo andare provoca la corrosione dei conduttori di rame e il verificarsi di sovratensioni tra di essi. A sua volta, questo può far sì che il PCB venga scartato e/o provochi costosi difetti nel prodotto finale. Le nostre specifiche stabiliscono che si possono usare solo maschere di saldatura di qualità conforme allo standard e, cosa più importante, che devono essere eseguiti sul posto, negli stabilimenti, controlli periodici e monitoraggio della corretta esecuzione del processo.”

I Le specifiche per i PCB di NCAB stabiliscono per la maschera di saldatura uno spessore che massimizza la funzionalità e l'affidabilità operativa della scheda elettronica. | NCAB Group
Le specifiche per i PCB di NCAB stabiliscono per la maschera di saldatura uno spessore che massimizza la funzionalità e l’affidabilità operativa della scheda elettronica.

Specifica dello spessore della maschera di saldatura

“La funzione fondamentale della maschera di saldatura è proteggere il rame dall’ossidazione ed evitare cortocircuiti durante la fabbricazione. Lo spessore della maschera di saldatura è un fattore importante che può incidere sull’efficacia della protezione, ma nonostante questo l’IPC non stabilisce nessun requisito riguardo lo spessore. È preferibile che la maschera di saldatura sia sufficientemente spessa da consentire alla scheda elettronica di gestire l’umidità senza che si crei ad esempio ossidazione o ci siano conseguenze negative sul rame. Questo vale persino quando si testa il funzionamento della PCB in differenti ambienti. Una maschera di saldatura più spessa fornisce anche migliore resistenza agli eventuali urti e graffi durante la produzione. Allo stesso tempo, non deve però essere troppo spessa, perché ciò può creare problemi quando si montano componenti sulla scheda elettronica. NCAB ha risolto la questione specificando per la maschera di saldatura uno spessore che massimizza la funzionalità e l’affidabilità operativa della scheda elettronica. Successivamente, i nostri team della Factory Management in Asia, Europa e Stati Uniti controllano che venga applicato lo spessore specificato.”

Definizione dei requisiti estetici per la rilavorazione e riparazione

Uno dei motivi più comuni per cui le aziende del settore elettronico oggi reclamano o scartano le schede è che le fabbriche di PCB talvolta considerano alcune condizioni come difetti estetici ininfluenti, ma che in realtà hanno un impatto negativo sul loro funzionamento. Sebbene l’IPC preveda una regola generale per l’esecuzione a regola d’arte, non vi sono requisiti dettagliati per graffi minori, urti, riparazioni, impronte digitali e altri cosiddetti problemi estetici. Nelle specifiche NCAB definiamo chiaramente ciò che è accettabile e cosa non va bene per via di possibili problemi di affidabilità operativa e funzionalità “.

Specifici requisiti di esecuzione per la copertura dei fori di via

“Questo requisito mostra anche quanto sia importante la maschera di saldatura per l’affidabilità operativa del PCB. Quando il cliente richiede che i fori di via vengano riempiti, lo standard IPC non stabilisce specifici requisiti per il grado di riempimento dei fori, mentre NCAB richiede che gli stabilimenti riempiano i fori di via al 70 percento o più. Ciò protegge i fori durante il processo di assemblaggio perché evita che eventuali sostanze chimiche rimangano all’interno del foro con la probabilità di provocare contaminazione o corrosione. Il rame viene protetto dall’ossidazione e vengono evitati malfunzionamenti a lungo termine. Si gettano via meno schede elettroniche, il prodotto finale è più affidabile e ha migliori prestazioni. Come avviene quando si garantisce il corretto spessore della maschera di saldatura, anche i fori di via correttamente riempiti e coperti migliorano la capacità della scheda elettronica di resistere alle prove di affidabilità operativa e all’utilizzo in condizioni avverse.”

“Lo standard IPC non stabilisce specifici requisiti per il grado di riempimento dei fori, mentre NCAB richiede che gli stabilimenti riempiano i fori di via almeno per il 70 percento.”

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group