Newsroom

Własna specyfikacja produktu przepisem na niezawodne płytki PCB

Dostarczane przez NCAB Group płytki drukowane zawsze są wytwarzane według specyfikacji klienta, przy czym minimalnym wymogiem jest specyfikacja płytek PCB firmy NCAB. Specyfikacja NCAB jest stale udoskonalana, w związku z czym stanowi ona swego rodzaju „żywy” dokument. W tym biuletynie przedstawimy korzyści dla klientów NCAB wynikające ze stosowania takiego podjęcia.

Przyjęta w NCAB Group specyfikacja płytek PCB jest rezultatem dziesięcioleci prac rozwojowych i zdobytego w tym czasie doświadczenia. Jest to kompleksowy dokument obejmujący ponad 100 różnych wymagań lub kryteriów, z których wszystkie muszą być spełnione podczas produkcji płytek PCB dla klientów NCAB.

„Na podstawie naszej znajomości branży i doświadczenia praktycznego tworzymy własną standardową specyfikację, która uzupełnia, a czasem wykracza poza uznaną w branży normę IPC dla urządzeń klasy 2. Mamy taką samą fundamentalną filozofię, procedury i cele jak IPC, ale kładziemy nacisk na wszystkie czynniki, które wpływają na niezawodność płytek drukowanych” – wyjaśnia Ryan Pellow, dyrektor zarządzający NCAB Group UK.

Ryan Pellow, Managing Director NCAB Group

„NCAB na pierwszym miejscu stawia jakość, przyjmując pełną odpowiedzialność za dostarczane płytki drukowane i oferując klientom niski całkowity koszt życia produktu”.

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

IPC wskazuje kierunek

Wiele spółek pracuje według normy IPC, której początki sięgają 1957 r. Ma ona na celu poprawę jakości i niezawodności wyrobów elektronicznych. Z założenia ma ona być powszechnie stosowana i służyć wszelkiego rodzaju zakładom produkcyjnym, wszystkim zdolnościom i różnym rodzajom wyrobów.

„NCAB na pierwszym miejscu stawia jakość, przyjmując pełną odpowiedzialność za dostarczane płytki drukowane i oferując klientom niski całkowity koszt życia produktu. Normę IPC uważamy zatem za solidny fundament, na którym się opieramy. W naszej własnej specyfikacji określamy obszary o szczególnym znaczeniu dla naszej zdolności zapewniania niezawodności produktów naszych klientów” – mówi Ryan Pellow.

„Mamy taką samą fundamentalną filozofię, procedury i cele jak IPC, ale kładziemy nacisk na wszystkie czynniki, które wpływają na niezawodność płytek drukowanych”.

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

Dyrektor techniczny NCAB Group, Jan Pedersen, który jest również zaangażowany w prace rozwojowe dotyczące normy IPC, zwraca uwagę na wiele obszarów, w których IPC dopuszcza wspólne ustalanie wymagań i kryteriów przez klienta i dostawcę. „W praktyce często może to prowadzić do ignorowania pewnych obszarów o krytycznym znaczeniu dla niezawodności. Nie jesteśmy z tego zadowoleni, więc w naszej specyfikacji określamy wymogi dotyczące tych ważnych obszarów. W związku z wysoką gęstością upakowania elementów i stosowaniem w nowoczesnych płytkach PCB wielu warstw wymagania dotyczące jakości i niezawodności są często wyższe niż dawniej”.

Jan Pedersen, Technical Director NCAB Group

„W związku z wysoką gęstością upakowania elementów i stosowaniem w nowoczesnych płytkach PCB wielu warstw wymagania dotyczące jakości i niezawodności są często wyższe niż dawniej”.

Jan Pedersen
Director of Technology, NCAB Group

Niezawodność musi być wbudowana

NCAB uważa, że wszyscy klienci odnoszą korzyści ze specyfikacji NCAB, ponieważ niezawodność musi być wbudowana w płytkę PCB już na etapie projektowania. Trudno jest wprowadzić poprawki na etapie ukończonego projektu, a że płytka PCB jest najbardziej krytycznym elementem gotowego wyrobu elektronicznego, jej działanie ma kluczowe znaczenie dla jego funkcjonowania. Z tego względu NCAB ciągle pracuje nad poprawą niezawodności płytek PCB w ramach zadanych ram finansowych.

„Niezawodność i trwałość są jak dwie strony medalu”.

Ryan Pellow,
Managing Director, NCAB Group

„Staramy się to osiągnąć za pomocą specyfikacji NCAB. W przeciwnym razie ryzykujemy, że produkt naszego klienta popsuje się podczas eksploatacji, będzie źle działał lub będzie miał krótszą trwałość. Konsekwencje są naturalnie różne w zależności od obszaru zastosowania. Jeżeli produkujesz AGD, ryzykujesz niezadowolenie klientów i szkody wizerunkowe marki, ale w branżach związanych z bezpieczeństwem, opieką zdrowotną i w motoryzacji może to mieć krytyczne znaczenie dla życia. Dzięki specyfikacji wszyscy nasi klienci mogą liczyć na zwiększoną niezawodność” – mówi Ryan Pellow.

Specyfikacja NCAB dla płytek PCB | NCAB Group
Specyfikacja NCAB dla płytek PCB jest kompleksowym dokumentem obejmującym ponad 100 różnych wymagań lub kryteriów, z których wszystkie muszą być spełnione podczas produkcji płytek PCB dla naszych klientów.

Jednym z aspektów niezawodności, którego znaczenie rośnie, jest jej bezpośredni wpływ na poprawę trwałości. Lepsza płytka PCB poprawia zarówno charakterystyki produktu, jak i jego wytrzymałość w różnych środowiskach.

„Niezawodność i trwałość są jak dwie strony medalu. To czynniki, nad którymi trzeba ciągle pracować i nigdy nie osiąga się pełnej satysfakcji. W obu przypadkach ważne jest ciągłe robienie postępów dzięki procesowi ciągłego doskonalenia” – stwierdza Ryan Pellow.

Ciągły proces

Specyfikacja NCAB Group opiera się na właśnie tego typu procesie doskonalenia. Dokument ten określa wyraźne, zdefiniowane wymagania dla wszystkich obszarów, których dotyczy i ciągle je aktualizuje. Te wymagania definiują charakterystyki trwałej płytki PCB, która może służyć przez długi czas.

W pewnych przypadkach obie normy zawierają te same wymagania, które ujęto w NCAB w celu podkreślenia ich znaczenia. Inne wymagania oznaczono jako „Unikalne dla NCAB”, aby podkreślić, że NCAB stosuje standardy, których nie ma w normie IPC. I wreszcie pewne charakterystyki są oznaczone jako „Poza IPC”, co wyznacza standardy, które mogą być surowsze niż wymagania IPC lub w przypadku których norma IPC nie ma wyraźnie zdefiniowanych kryteriów ilościowych.

Kadra kierownicza fabryk NCAB sprawdzanie i certyfikowanie, że płytki drukowane są wytwarzane i weryfikowane zgodnie z naszymi specyfikacjami. | NCAB Group
Kadra kierownicza fabryk NCAB jest bezpośrednio odpowiedzialna za wyroby dostarczane przez fabryki. Jej praca obejmuje sprawdzanie i certyfikowanie, że płytki drukowane są wytwarzane i weryfikowane zgodnie z naszymi specyfikacjami.

„Kiedy rozpatrujemy najniższy całkowity koszt życia produktu, ważne jest uwzględnienie w obliczeniach nie tylko kosztów bezpośrednich, lecz także kosztów pośrednich, które mogą wynikać z niskiej niezawodności. Koszt zwrotów produktu i problemów z jakością jest bardzo wysoki. Jeśli dodatkowo uwzględnimy koszt ustalenia podstawowej przyczyny wad, szkody wizerunkowe marki i tak dalej, okazuje się, że nasza niezawodność przyczynia się do obniżenia całkowitego kosztu dla naszych klientów” – twierdzi Ryan Pellow.


Siedem przykładów ważnych czynników wpływających na niezawodność płytki drukowanej

Promując swoją specyfikację PCB, NCAB podkreśla 14 ważnych cech niezawodnej płytki drukowanej. Aby wyjaśnić konkretne korzyści dla klientów, poprosiliśmy dyrektora technicznego, Jana Pedersena, o przedstawienie kilku z nich:

Specyfikacja płytek PCB firmy NCAB wymaga, aby grubość powłoki ścianek przelotek wynosiła 25 μm. | NCAB Group
Specyfikacja płytek PCB firmy NCAB wymaga, aby grubość powłoki ścianek przelotek wynosiła 25 μm. Wynika to z tego, że grubsza warstwa miedzi wzmacnia przelotkę, co chroni ścianki otworu przed uszkodzeniem w czasie montażu i powoduje, że wyrób końcowy zachowuje się lepiej pod obciążeniem podczas eksploatacji, w razie błędów pola i nie tylko.

Wymóg grubości powłoki 25 μm dla powlekania otworu

„NCAB stosuje wymagania klasy 3 IPC, pomimo że generalnie branża stosuje klasę 2 IPC, według której wystarcza 20 μm. Zastosowanie grubszej warstwy miedzi wpływa na wytrzymałość przelotki, zmniejszając ryzyko pęknięcia ścianki otworu podczas montażu. Zapewnia też lepszą pracę końcowego wyrobu pod obciążeniem podczas eksploatacji lub w razie błędów pola itd. Co więcej, płytka PCB z solidniejszą przelotką lepiej wytrzymuje próby udarności i wstrząsy. Ten unikalny dla NCAB wymóg wpływa na wzrost tolerancji wyrobu końcowego zarówno na zakłócenia elektryczne, jak i naprężenia fizyczne”.

„Zastosowanie grubszej warstwy miedzi wpływa na wytrzymałość przelotki, zmniejszając ryzyko pęknięcia ścianki otworu podczas montażu.

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group

Surowsze wymagania dotyczące czystości niż IPC

„Nieustannie dążymy do coraz gęściej upakowanych konstrukcji płytek PCB, o mniejszych szerokościach przewodników i odstępach izolacyjnych. Dlatego coraz ważniejsze staje się zapewnienie czystości gotowych płytek, aby wyeliminować ryzyko zanieczyszczenia, które negatywnie wpływają na funkcjonowanie i na dłuższą metę mogą zakłócać działanie produktów. IPC nie podaje żadnych obowiązkowych wymagań ilościowych określających czystość gotowej płytki w momencie dostawy, więc nawet jeśli większość fabryk byłaby w stanie spełnić naszą specyfikację pod tym względem, nie będzie tego robić, jeżeli nie będzie to określone w wymaganiach. NCAB przedstawia dostawcom zaktualizowane wymagania i określa niski poziom zanieczyszczeń”.

Stosowanie laminatów bazowych o uznaniu międzynarodowym

Stosowanie dobrej jakości laminatów bazowych jest warunkiem wstępnym dla powstawania niezawodnych, wysokowydajnych płytek PCB. Dotyczy to takich parametrów, jak stopień rozszerzalności cieplnej zarówno na grubości (oś z), jak i na wymiarach głównych (osie x-y), ilość wilgoci pochłanianej przez laminat i jego reagowanie podczas procesów laminowania, wiercenia i trasowania. W nowoczesnych konstrukcjach płytek PCB o zwiększonej gęstości między otworami a liniami miedzianymi niechciane połączenia spowodowane migracją miedzi wzdłuż włókien szklanych, a nawet w materiale epoksydowym, zwane wzrostem przewodzącego anodowego włókna (CAF), stanowią zagrożenie, które można ograniczyć poprzez zastosowanie materiałów odpornych na CAF. Oznacza to konieczność znajomości rzeczywistych właściwości materiału podłoża. Niestety, przemysł materiałów bazowych nie jest wystarczająco kontrolowany. Jest wiele lokalnych marek laminatów, na przykład w Chinach, w przypadku których nie można ufać atestom i protokołom badawczym laboratoriów UL. [Aby móc polegać na zgodności właściwości materiału bazowego z wymaganymi normami,] należy wybierać materiały uznane i dobrze sprawdzone na poziomie międzynarodowym, co robi NCAB. 

Close up of broken down PCB soldermask. | NCAB Group
Here we see where flux / assembly process has attached and broken down the soldermask at the knee of the track, causing loss of adhesion and exposing the copper underneath. Risks are corrosion, short circuits, etc. If the ink is not a good ink then this is a real risk.

Maski lutownicze, które zapewniają spełnienie wymagań klasy T IPC-SM-840 lub lepsze

„O ile przez lata opracowywano i doskonalono inne technologie produkcji płytek drukowanych, technologia maski lutowniczej od dekad pozostaje niezmieniona. Nieco udoskonalono stosowane atramenty, ale poza tym wszystko robi się tak samo, co oznacza, że to w tym zakresie ryzyko wystąpienia problemów jest największe.

W przypadkach, gdy normy IPC nie są w pełni aktualne, NCAB ma wykaz swoich wymagań zapewniających, że maska lutownicza będzie spełniała swoją funkcję zarówno podczas montażu PCB, jak i w końcowym użytkowaniu. W przypadku płytek drukowanych o wysokiej gęstości upakowania lub zastosowań o ścisłych wymaganiach ważne jest właściwe kontrolowanie rodzaju stosowanych masek lutowniczych i sposobu ich nakładania. Istnieje ryzyko odspojenia maski lutowniczej od laminatu, co w dłuższym okresie prowadzi do korozji przewodników miedzianych oraz do występowania między nimi udarów napięciowych. To z kolei może przyczyniać się do odrzucenia płytki PCB lub kosztownych wad wyrobu końcowego. Nasze specyfikacje nakładają wymóg stosowania wyłącznie masek lutowniczych zgodnych z normą, oraz – co ważniejsze – przeprowadzania na miejscu w fabrykach kontroli i odpowiednich procedur monitorowania”.

Specyfikacja płytek PCB firmy NCAB określa grubość maski lutowniczej w celu maksymalizacji funkcjonalności i niezawodności płytki. | NCAB Group
Specyfikacja płytek PCB firmy NCAB określa grubość maski lutowniczej w celu maksymalizacji funkcjonalności i niezawodności płytki.

Określona grubość maski lutowniczej

„Podstawową funkcją maski lutowniczej jest ochrona miedzi przed utlenianiem i zapobieganie zwarciom podczas produkcji. Chociaż grubość maski lutowniczej jest ważnym czynnikiem, który może wpłynąć na skuteczność zabezpieczenia, IPC nie określa wymagań w tym zakresie. Wskazane jest zastosowanie maski lutowniczej o grubości umożliwiającej płytce na przykład poradzenie sobie z wilgocią bez powodowania utleniania lub oddziaływania na miedź. Dotyczy to również sytuacji, gdy płytka PCB przeszła próby eksploatacyjne dla różnych środowisk. Grubsza maska lutownicza zapewnia również lepszą odporność na ewentualne wstrząsy i zarysowania podczas produkcji. Jednocześnie jednak nadmierna grubość może stwarzać problemy związane z montażem elementów na płytce. W NCAB rozwiązano to przez określenie w specyfikacji grubości maski lutowniczej zapewniającej maksymalną funkcjonalność i niezawodność płytki. Następnie nasze zespoły kierownicze fabryk w Azji, Europie i USA monitorują stosowanie specyfikowanej grubości”.

Zdefiniowane wymagania wad kosmetycznych do przeróbki i naprawy

„Obecnie jedna z najczęstszych przyczyn reklamacji lub odrzucania płytek PCB przez firmy elektroniczne wiąże się z uznawaniem przez fabryki płytek PCB wad współcześnie gęsto upakowanych płytek za wady kosmetyczne, co w rzeczywistości negatywnie wpływa na ich działanie. Chociaż IPC ma ogólną zasadę dotyczącą profesjonalnego wykonania, brak szczegółowych wymagań dotyczących drobnych rys, guzków, napraw, odcisków palców i innych tzw. problemów kosmetycznych. W specyfikacji NCAB jasno określamy, co jest dopuszczalne, a co nie, ze względu na potencjalne problemy z niezawodnością i funkcjonalnością”.

Konkretne wymagania dotyczące wykonania przy przykrywaniu przelotek

„Ten wymóg odzwierciedla również znaczenie maski lutowniczej dla niezawodności płytek PCB. Kiedy klient określa, że przelotki mają być zaślepione, norma IPC nie stawia żadnych konkretnych wymagań dotyczących stopnia wypełnienia otworu, natomiast NCAB wymaga, aby nasze fabryki wypełniały przelotki do 70% lub więcej. Chroni to otwór podczas procesu montażu, ponieważ zapobiega pozostawaniu w nim środków chemicznych, co może prowadzić do zanieczyszczenia lub korozji. W długim okresie zabezpiecza to miedź przez utlenieniem i zapobiega zwarciom. Ponadto wpływa to na ograniczenie ilości zmarnowanych płytek oraz wzrost niezawodności i poprawę parametrów wyrobu końcowego. Podobnie jak w przypadku zapewnienia odpowiedniej grubości maski lutowniczej, odpowiednio zaślepione i pokryte przelotki również wpływają na poprawę wytrzymałości płytki podczas prób niezawodności i w przypadku ekspozycji na trudne warunki otoczenia”.

„Norma IPC nie stawia żadnych konkretnych wymagań dotyczących stopnia wypełnienia otworu, natomiast NCAB wymaga, aby nasze fabryki wypełniały przelotki do 70%”.

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.