INFOCUS:

A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2022

Eigen productspecificatie resulteert in betrouwbare printplaten

Wanneer NCAB Group een printplaat levert aan haar klanten, dan is die altijd geproduceerd volgens haar Klantenspecificatie, maar met de NCAB-specificatie als minimum. Deze printplaatspecificatie van NCAB is een ‘levend’ document in die zin dat er onophoudelijk aan wordt gewerkt om ze te verbeteren. In deze nieuwsbrief gaan we dieper in op welke voordelen dat oplevert voor de klanten van NCAB.

De printplaatspecificatie van NCAB Group is het resultaat van tientallen jaren ontwikkeling en ervaring. Het is een uitgebreid document met een lijst van meer dan 100 verschillende eisen of criteria, waaraan de productie van printplaten voor onze klanten volledig moet voldoen.

“Op basis van onze branchekennis en praktijkervaring hebben we onze eigen standaardspecificatie opgesteld. Ze vult de gevestigde industriestandaard van IPC klasse 2 aan, en overtreft die soms nog. We hebben wel dezelfde basisfilosofie, processen en doelstellingen als het IPC, maar onze nadruk en focus liggen op alle factoren die bijdragen tot de betrouwbaarheid van printplaten”, zegt Ryan Pellow, Managing Director van NCAB Group UK.

Ryan Pellow, Managing Director NCAB Group

“NCAB is bijzonder sterk gericht op kwaliteit, waarbij zij de volle verantwoordelijkheid voor de geleverde printplaten op zich neemt en haar klanten een lage totale kostprijs biedt.”

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

IPC wijst de weg

Veel bedrijven werken volgens de IPC-standaard, die het licht al zag in 1957. Deze standaard is bedoeld om de kwaliteit en de betrouwbaarheid van elektronische producten te verbeteren. De achterliggende gedachte is dat hij universeel moet werken en alle soorten productiefaciliteiten, capaciteiten en productsoorten moet ondersteunen.

“NCAB is bijzonder sterk gericht op kwaliteit, waarbij zij de volle verantwoordelijkheid voor de geleverde printplaten op zich neemt en haar klanten een lage totale kostprijs biedt. Daarom zien wij de IPC-standaard als een stevig fundament waarop we kunnen voortbouwen. Aan de hand van onze eigen specificatie identificeren we gebieden die we bijzonder in het oog moeten houden om de producten van onze klanten betrouwbaarder te maken”, zegt Ryan Pellow.

“We hebben wel dezelfde basisfilosofie, processen en doelstellingen als het IPC, maar onze nadruk en focus liggen op alle factoren die bijdragen tot de betrouwbaarheid van printplaten.”

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

Jan Pedersen, Technical Director voor NCAB Group, is ook betrokken bij het verder ontwikkelen van de IPC-standaard. Hij wijst op de vele gebieden waarvoor de eisen en criteria volgens het IPC gezamenlijk door de klant en de leverancier kunnen worden bepaald. “In de praktijk leidt dit vaak tot onvoldoende aandacht voor bepaalde gebieden die cruciaal zijn voor de betrouwbaarheid. Omdat wij hier niet mee tevreden zijn, benadrukken we in onze eigen specificatie waaraan op belangrijke gebieden moet worden voldaan. Door de hoge dichtheid aan componenten en de vele lagen op moderne printplaten, zijn de eisen op het vlak van kwaliteit en betrouwbaarheid vaak hoger dan vroeger.” 

Jan Pedersen, Technical Director NCAB Group

“Door de hoge dichtheid aan componenten en de vele lagen op moderne printplaten, zijn de risico’s op het vlak van kwaliteit en betrouwbaarheid vaak hoger dan vroeger.”

Jan Pedersen
Director of Technology, NCAB Group

Betrouwbaarheid moet ingebouwd zijn

NCAB is van mening dat haar specificatie voor alle klanten voordelig is omdat betrouwbaarheid al vanaf het ontwerpstadium in de printplaat ingebouwd moet zijn. Dit is moeilijk te corrigeren wanneer het ontwerp eenmaal vastligt, en aangezien de printplaat het meest kritieke onderdeel is in een afgewerkt elektronicaproduct, moet de printplaat werken opdat het eindproduct zou functioneren. Daarom werkt NCAB voortdurend om de betrouwbaarheid van haar printplaten te verbeteren, binnen het gegeven financiële kader.

“Betrouwbaarheid en duurzaamheid zijn als twee kanten van één medaille.”

Ryan Pellow,
Managing Director, NCAB Group

“Dat is waar we met de NCAB-specificatie naar streven. Anders bestaat het risico dat het product van onze klanten defect raakt tijdens het gebruik, slecht presteert of een kortere levensduur heeft. De gevolgen verschillen natuurlijk van de ene tot de andere toepassing. Bij de productie van witgoed riskeer je een slechte klantenervaring en reputatieschade, maar in de sectoren van veiligheid, gezondheid en automotive kan het levensbepalend zijn. Maar de specificatie betekent dat al onze klanten kunnen rekenen op een hogere betrouwbaarheid”, zegt Ryan Pellow.

NCAB Group PCB specification | NCAB Group
De printplaatspecificatie van NCAB is een uitgebreid document met een lijst van meer dan 100 verschillende eisen of criteria, waaraan de productie van printplaten voor onze klanten volledig moet voldoen.

Eén aspect van betrouwbaarheid dat steeds belangrijker wordt, is de rechtstreekse bijdrage tot een betere duurzaamheid. Een betere printplaat verbetert zowel de prestaties van het product als de mate waarin het diverse omstandigheden kan doorstaan.

“Betrouwbaarheid en duurzaamheid zijn als twee kanten van één medaille. Dit zijn factoren waar je voortdurend aan moet werken, zonder ooit een einddoel te bereiken waar je kunt zeggen dat je klaar bent. In beide gevallen is het belangrijk vooruitgang te boeken via een proces van voortdurende verbetering”, stelt Ryan Pellow.

Een onafgebroken proces

De printplaatspecificatie van NCAB Group is precies op dit soort verbeteringsproces gebaseerd. Het document stelt duidelijke, welomschreven eisen voor alle gebieden waarop het betrekking heeft, en die eisen worden ook voortdurend bijgewerkt. Deze eisen definiëren de eigenschappen van een duurzame printplaat die lang meegaat. In bepaalde gevallen omvatten beide standaarden dezelfde eisen.

Die neemt NCAB op om te benadrukken hoe belangrijk ze zijn. Andere eisen worden aangeduid als ‘NCAB Unique’, om te accentueren dat NCAB ook normen toepast die niet in de IPC-standaard voorkomen. Tot slot worden bepaalde eigenschappen als ‘Beyond IPC’ aangeduid wanneer de gestelde eisen mogelijk strenger zijn dan die van het IPC, of duidelijk omschreven, gekwantificeerde criteria in de IPC-standaard ontbreken.

Inspektion i ett "yellow room" i en mönsterkosrtfabrik. | NCAB Group
De managementteams van de NCAB-fabrieken zijn rechtstreeks verantwoordelijk voor wat de fabrieken afleveren. Als onderdeel van hun werk controleren en certificeren zij dat de printplaten volgens onze specificaties geproduceerd en geverifieerd zijn.

“Met het oog op de laagste totale kostprijs is het van belang niet alleen directe kosten in de berekeningen op te nemen, maar ook de indirecte kosten die kunnen ontstaan door een gebrekkige betrouwbaarheid. Kwaliteitsproblemen en teruggezonden producten hebben een zeer hoge prijs. Als je daar nog de kosten bijtelt voor het onderzoek naar de grondoorzaak van defecten, de reputatieschade en zo verder, dan verbetert onze betrouwbaarheid de laagste totale kostprijs voor onze klanten”, stelt Ryan Pellows.


Zeven voorbeelden van belangrijke factoren voor een betrouwbare printplaat

Bij de marketing van haar printplaatspecificatie benadrukt NCAB 14 belangrijke kenmerken van een betrouwbare printplaat. Om de concrete voordelen voor klanten te verduidelijken, vroegen we technisch directeur Jan Pedersen enkele van deze kenmerken te selecteren en er iets dieper op in te gaan:

Exempel of copper thickness for IPC class 1 &2 and IPC class 3.
De printplaatspecificatie van NCAB legt een platingsdikte van 25 μm op. Dit is omdat dikker koper voor een sterker via-gat zorgt en zo beschermt tegen barsten in de gatwand tijdens de assemblage, maar ook het eindproduct beter maakt onder belasting tijdens het gebruik, bij veldfouten, …

Eisen voor 25 μm-plating

“NCAB past hier de eisen van IPC klasse 3 toe, ondanks het feit dat de industrie over het algemeen IPC klasse 2 volgt en zich zo tevreden stelt met 20 μm. Dikker koper zorgt voor een sterkere via, waardoor er minder risico is op barsten tijdens de assemblage. Op die manier kan het eindproduct beter presteren onder belasting bij gebruik, in geval van veldfouten, enzovoort. Bovendien is een printplaat met een robuuster via-gat beter bestand tegen impact tests en schokken. Deze NCAB-unieke eis zorgt voor een eindproduct dat beter bestand is tegen zowel elektrische storingen als fysieke belasting.”

“Dikker koper zorgt voor een sterker via-gat, waardoor er minder risico is op barsten tijdens de assemblage.”

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group

Strengere zuiverheidseisen dan IPC

“We streven onophoudelijk naar steeds dichtere PCB-constructies, met smallere geleiders en kleinere isolatieafstanden. Dit maakt het zuiver houden van de afgewerkte platen steeds belangrijker, om zo het risico uit te sluiten op vervuiling die de werking aantast en er op lange termijn voor kan zorgen dat producten die niet goed meer werken. Het IPC heeft geen verplichte, kwantitatieve eisen vastgelegd voor hoe zuiver een afgewerkte plaat bij de levering moet zijn. Dus ook al kunnen de meeste fabrieken misschien aan onze specificatie voldoen, zonder verplichte eisen zullen ze dat niet doen. NCAB stelt actuelere eisen en specificeert een lage graad van vervuiling waar de leverancier aan moet voldoen.”

We gebruiken internationaal erkende basislaminaten

“Basislaminaten van goede kwaliteit zijn een noodzakelijke voorwaarde voor betrouwbare, sterk presterende printplaten. Dit geldt voor de mate van thermische uitzetting in zowel de dikte (z-as) als dimensioneel (x- en y-as), voor hoeveel vocht het laminaat absorbeert, en voor hoe het reageert tijdens lamineer-, boor- en routingprocessen. In moderne PCB-ontwerpen met een hogere dichtheid tussen de gaten en koperlijnen zijn ongewilde verbindingen door kopermigratie – wat we Conductive Anodic Filament (CAF) growth noemen, maar ook langs glasvezels en binnen in het epoxymateriaal, een gevaar dat kan worden verminderd door CAF-resistente materialen te gebruiken. Dit betekent dat we de werkelijke eigenschappen van het basismateriaal moeten kennen. Helaas wordt de productie van basismateriaal niet voldoende gereguleerd. Er zijn veel plaatselijke laminaatmerken, bijvoorbeeld in China, van wie de UL-goedkeuringen en testprotocollen niet vertrouwenswaardig zijn. De enige manier [om zeker te zijn dat het basismateriaal voldoet aan de vereiste normen,] is internationaal erkende materialen te selecteren die hun waarde bewezen hebben, en dat is precies wat NCAB doet.  

Close up of broken down PCB soldermask. | NCAB Group
Hier zien we waar het flux / assemblageproces het soldeermasker bij de overgang van de track naar de heeft gehecht en is afgebroken, waardoor de hechting verloren is gegaan en het koper daaronder is blootgelegd. Risico’s zijn corrosie, kortsluiting, enz. Als de inkt niet goed is dan is dit een reëel risico

Soldeermaskers die gegarandeerd voldoen aan de eisen van IPC-SM-840 klasse T of beter

“Terwijl andere processen voor de printplaatproductie in de loop der jaren verder zijn ontwikkeld en verbeterd, is het proces voor soldeermaskers tientallen jaren voornamelijk hetzelfde gebleven. De gebruikte inkt is wat verbeterd, maar voor het overige wordt alles op dezelfde manier gedaan, wat betekent dat het risico op fouten hier het grootst is.

Waar de IPC-standaarden niet volledig up-to-date zijn, gebruikt NCAB een lijst met eigen eisen om te garanderen dat het soldeermasker zowel bij de assemblage als het eindgebruik zijn werk blijft doen. Voor printplaten met hoge dichtheid, of toepassingen met strenge eisen, is het van belang om goed te controleren welke soldeermaskers worden gebruikt en hoe ze worden aangebracht. Een risico is dat het soldeermasker loskomt van het laminaat, waardoor de koperen geleiders op lange termijn aangetast raken en er spanningspieken tussen de geleiders optreden. Dit kan dan weer tot afkeuring van de printplaat leiden, en/of dure defecten in het eindproduct. Onze specificaties bepalen dat alleen soldeermaskers van de gewenste kwaliteit mogen worden gebruikt en, nog belangrijker, dat follow-ups en adequate monitoring in de fabrieken ter plaatse moeten gebeuren.”

De printplaatspecificatie van NCAB specificeert de dikte van het soldeermasker om de functionaliteit en betrouwbaarheid van de plaat te maximaliseren. | NCAB Group
De printplaatspecificatie van NCAB specificeert de dikte van het soldeermasker om de functionaliteit en betrouwbaarheid van de plaat te maximaliseren.

Specificatie voor dikte van het soldeermasker

“De basisfunctie van het soldeermasker bestaat erin het koper te beschermen tegen oxidatie en kortsluitingen te voorkomen tijdens de productie. De dikte van het soldeermasker is een belangrijke factor die van invloed kan zijn op hoe doeltreffend de bescherming is, maar toch specificeert het IPC geen eisen op dat gebied. Een voldoende dik soldeermasker verdient de voorkeur omdat de printplaat dan bestand is tegen vocht, zonder gevaar voor oxidatie of aantasting van het koper, bijvoorbeeld. Dit geldt zelfs wanneer de printplaat functietests voor verschillende omstandigheden ondergaat. Een dikker soldeermasker biedt ook beter weerstand tegen mogelijke schokken en krassen tijdens de productie. Anderzijds mag het niet té dik zijn, want dat kan problemen veroorzaken bij het monteren van componenten. NCAB heeft dit opgelost door te specificeren bij welke dikte van het soldeermasker de functionaliteit en betrouwbaarheid van de plaat maximaal zijn. Daarna monitoren de managementteams van onze fabrieken in Azië, Europa en de Verenigde Staten of de gespecificeerde dikte wordt toegepast.”

Vastgelegde cosmetische eisen bij rework en reparaties

“Een van de meest voorkomende redenen waarom elektronicabedrijven tegenwoordig printplaten recupereren of afdanken, is dat PCB-fabrieken soms defecten op de huidige, dicht ontworpen platen aanvaarden als een cosmetisch defect – terwijl die nochtans een negatief effect hebben op de werking. Hoewel het IPC een algemene regel voor professionele uitvoering heeft, worden geen gedetailleerde eisen gespecificeerd voor kleine krassen, soldeerballen, herstellingen, vingerafdrukken en andere zogenaamde cosmetische problemen. In de NCAB-specificatie definiëren we duidelijk wat aanvaardbaar is en wat door mogelijke problemen van betrouwbaarheid en werking niet kan.”

Specifieke uitvoeringseisen voor het afdekken van via-gaten

“Deze eis weerspiegelt opnieuw hoe belangrijk het soldeermasker is voor de betrouwbaarheid van printplaten. Wanneer de klant specificeert welke gaten opgevuld moeten worden, stelt de IPC-standaard geen enkele specifieke eis voor de mate waarin het gat gevuld moet worden. NCAB eist dat onze fabrieken de via-gaten opvullen tot 70 procent of meer. Dit beschermt het gat tijdens het assemblageproces omdat er op die manier geen chemisch residu in het gat achterblijft, wat tot vervuiling of corrosie zou kunnen leiden. Het koper is beschermd tegen oxidatie en op lange termijn worden kortsluitingen voorkomen. Er worden minder platen verspild, en je krijgt een eindproduct dat betrouwbaarder is en beter presteert. Net als de juiste dikte van het soldeermasker, zorgen ook goed opgevulde en afgedekte via-gaten voor een printplaat die beter bestand is tegen betrouwbaarheidsproeven en harde omstandigheden.”

“De IPC-standaard stelt geen enkele specifieke eis voor de mate waarin het gat gevuld moet worden. NCAB eist dat onze fabrieken de via-gaten opvullen tot 70 procent.”

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group