INFOCUS:

A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2022

Egen kravspecifikation ger tillförlitliga mönsterkort

När NCAB Group levererar mönsterkort till sina kunder är dessa alltid tillverkade enligt kundspecifikation, men med NCAB:s egen mönsterkortsspecifikation som ett minimum. NCAB:s specifikation är ett levande dokument som hela tiden förbättras genom kontinuerligt arbete. I detta nyhetsbrev tittar vi närmare på nyttan detta ger NCAB:s kunder.

NCAB Groups mönsterkortsspecifikation är ett resultat av årtionden av utvecklingsarbete och erfarenhet. Det är ett omfattande dokument med över 100 olika krav eller kriterier som alla måste uppfyllas vid tillverkningen av mönsterkort åt NCAB:s kunder.

– Vad vi gör är att utifrån vårt branschkunnande och våra verkliga erfarenheter skapa en egen standardspecifikation som kompletterar och ibland går längre än den etablerade branschstandarden IPC klass 2. Vi har samma grundläggande filosofi, process och målsättningar som IPC, men understryker och fokuserar på allt det som bidrar till mönsterkortens tillförlitlighet, förklarar Ryan Pellow, VD för NCAB Group UK.

Ryan Pellow, Managing Director NCAB Group

“NCAB har ett starkt fokus på att sätta kvalitet i första rummet, ta fullt ansvar för mönsterkorten vi levererar och ge kunderna en låg totalkostnad.”

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

IPC leder vidare

Många företag arbetar med IPC-standarden som har sitt ursprung så långt bakåt i tiden som 1957. Syftet bakom denna branschstandard är att generellt förbättra kvaliteten och tillförlitligheten hos elektronikprodukter. Den är därför tänkt att vara universell och ska stödja alla sorters tillverkningsanläggningar, all typ av kapacitet och alla sorters produkter.

– NCAB har ett starkt fokus på att sätta kvalitet i första rummet, ta fullt ansvar för mönsterkorten vi levererar och ge kunderna en låg totalkostnad. Därför ser vi IPC-standarden som en stark grund att bygga vidare på. Genom vår egen specifikation pekar vi ut vilka områden som är särskilt viktiga att vara uppmärksam på för att förbättra tillförlitligheten hos våra kunders produkter, säger Ryan Pellow.

“Vi har samma grundläggande filosofi, process och målsättningar som IPC, men understryker och fokuserar på allt det som bidrar till mönsterkortens tillförlitlighet.”

Ryan Pellow
Managing Director, NCAB Group UK

Jan Pedersen, Director of Technology för NCAB Group, som även deltar i arbetet med att utveckla IPC-standarden, påpekar att det finns många områden där IPC statuerar att krav och kriterier får göras upp mellan kund och leverantör.

– I praktiken kan detta ofta leda till att vissa områden som är avgörande för tillförlitligheten nonchaleras. På NCAB nöjer vi oss inte med det, utan inskärper i vår egen specifikation vad som ska gälla på viktiga områden. Med den höga komponenttäthet och de många lager som finns på moderna mönsterkort är ofta riskerna vad gäller kvalitet och tillförlitlighet högre än tidigare.

Jan Pedersen, Technical Director NCAB Group

“Med den höga komponenttäthet och de många lager som finns på moderna mönsterkort är ofta riskerna vad gäller kvalitet och tillförlitlighet högre än tidigare”

Jan Pedersen
Director of Technology, NCAB Group

Tillförlitlighet måste byggas in

NCAB bedömer att alla kunder vinner på NCAB:s specifikation eftersom tillförlitlighet är något som måste byggas in i mönsterkortet från dess konstruktion och framåt. Det är svårt att korrigera när konstruktionen väl har etablerats. Eftersom mönsterkortet är den mest kritiska komponenten i en färdig elektronikprodukt, måste kortet fungera för att produkten ska fungera. Därför arbetar NCAB hela tiden för att förbättra mönsterkortets tillförlitlighet inom de givna ekonomiska ramarna.

“Tillförlitlighet och hållbarhet är som två sidor av samma mynt.”

Ryan Pellow,
Managing Director, NCAB Group

– Det är detta vi strävar efter att uppnå med hjälp av NCAB:s specifikation. Risken är annars att slutprodukter går sönder under drift, presterar dåligt eller får kort livslängd. Konsekvenserna skiljer sig naturligtvis åt mellan olika tillämpningar. Tillverkar du vitvaror riskerar du en dålig kundupplevelse och skador på ditt varumärke, men inom säkerhet, sjukvård och fordonsindustrin kan det handla om människors liv. Specifikationen gör att alla våra kunder kan räkna med ökad tillförlitlighet, säger Ryan Pellow.

NCAB:s mönsterkortsspecifikation | NCAB Group
NCABs mönsterkortsspecifikation är ett omfattande dokument och innehåller över 100 olika krav eller kriterier som alla måste uppfyllas vid tillverkningen av mönsterkort åt våra kunder.

En aspekt på tillförlitlighet som blir allt viktigare är att den också bidrar direkt till längre livslängd. Med ett bättre mönsterkort får slutprodukten såväl högre prestanda som förbättrad förmåga att tåla olika miljöer.

– Tillförlitlighet och hållbarhet är som två sidor av samma mynt. Det är faktorer som man ständigt måste arbeta med, utan att kunna nå en slutpunkt där man kan säga att man är färdig. För dem båda gäller det att komma framåt genom en process för ständiga förbättringar, slår Ryan Pellow fast.

Kontinuerlig process

NCAB Groups mönsterkortsspecifikation bygger just på en sådan förbättringsprocess. Inom alla områden som tas upp i specifikationen ställs tydliga, definierade krav som kontinuerligt uppdateras. Kraven som ställs pekar ut kännetecken för ett mönsterkort som håller över tid.

I vissa fall finns samma krav även med i IPC-standarden, men NCAB tar upp dem för att understryka deras betydelse. Andra krav är markerade som ”NCAB Unique” och detta visar att NCAB tillämpar krav som inte tas upp i IPC-standarden. Slutligen är vissa kännetecken markerade som ”Beyond IPC” vilket innebär att de uppsatta kraven antingen är strängare än de som IPC har eller så saknar IPC-standarden tydligt definierade, kvantifierade kriterier att utgå ifrån.

Inspektion i ett "yellow room" i en mönsterkortsfabrik. | NCAB Group
NCABs Factory Management-team är direkt ansvariga för det fabrikerna levererar. I deras arbete ingår bland annat att kontrollera och intyga att mönsterkorten tillverkas och verifieras enligt våra specifikationer.

– När man överväger vad som blir lägsta totalkostnaden är det viktigt att i sin kostnadsberäkning inte bara se till direkta kostnader utan också inkludera de indirekta kostnader som en dålig tillförlitlighet riskerar att generera. Kostnader för produktreturer och kvalitetsproblem är mycket höga. Lägger man till kostnaden för att ta reda på grundorsaker till defekter, påverkan på varumärket och så vidare, så sänker vår tillförlitlighet totalkostnaden för våra kunder, säger Ryan Pellow.


Sju exempel på viktiga faktorer för ett tillförlitligt mönsterkort

I marknadsföringen av NCAB:s mönsterkortsspecifikation brukar man lyfta fram 14 viktiga faktorer för ett hållbart mönsterkort. För att tydliggöra den konkreta nyttan för kunderna bad vi Jan Pedersen, Director of Technology för NCAB Group, att välja ut några av punkterna och fördjupa sig lite mer i dem:

Exempel på koppartjocklek för IPC class 1 &2 respektive IPC class 3.
Specificeras i NCAB:s mönsterkortsspecifikation. | NCAB Group
I NCABs mönsterkortsspecifikation är kravet på plätering av hålväggen 25 μm tjocklek. Detta för att tjockare koppar ger ett starkare viahål, vilket skyddar mot hålväggsbrott under monteringen, och gör slutprodukten bättre vid belastning under drift, fältfel med mera.

Krav på 25 μm plätering av hålväggen

– Här tillämpar NCAB kraven i IPC klass 3 trots att branschen generellt följer IPC klass 2, som nöjer sig med att kräva 20 μm tjocklek. Med tjockare koppar uppnår man ett starkare viahål, vilket minskar risken för hålväggsbrott under monteringen. Det gör slutprodukten bättre vid belastning under drift, fältfel och så vidare. Dessutom klarar mönsterkortet stöttester och stötar under användning av produkten bättre med ett mer robust viahål. Med det här NCAB-unika kravet skapar vi en slutprodukt som bättre står emot både elfel och fysiska påfrestningar.

“Med tjockare koppar uppnår man ett starkare viahål, vilket minskar risken för hålväggsbrott under monteringen.”

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group

Striktare renhetskrav än IPC

– Vi rör oss kontinuerligt mot allt tätare mönsterkortskonstruktioner, med mindre ledarbredd och isolationsavstånd. Detta gör det allt viktigare att hålla de färdiga korten rena för att eliminera risken för kontaminering som påverkar funktionen och i längden kan leda till produkter som inte fungerar som de ska. IPC har inte satt upp några tvingande, kvantitativa krav på hur rent det färdiga kortet ska vara vid leverans, så trots att de flesta fabriker skulle klara av att möta vår specifikation här, så gör de det inte om kraven inte ställs specifikt. NCAB ställer uppdaterade krav och specificerar en låg kontamineringsnivå som leverantören måste hålla sig under.

Internationellt erkända baslaminat används

– Ett baslaminat av god kvalitet är en hörnsten för att mönsterkort ska bli tillförlitliga med god prestanda. Det gäller graden av värmeexpansion i både tjocklek (z-axeln) och dimensioner (x/y-axlarna), hur mycket fukt laminatet absorberar och hur det reagerar under laminerings-, borrnings- och routing-processerna. I moderna mönsterkortskonstruktioner med ökad täthet mellan hål och kopparledare, är oönskade kopplingar till följd av kopparförflyttning, så kallad tillväxt av Conductive Anodic Filament (CAF), längs med glasfibrer och till och med i epoximaterialet ett hot som kan minskas genom att välja ett material med motståndskraft mot CAF. Det innebär att man behöver veta basmaterialets verkliga egenskaper. Tyvärr är basmaterialindustrin otillräckligt kontrollerad. Det finns många lokala laminatmärken i till exempel Kina för vilka det inte går att lita på UL-godkännanden och testprotokoll. Enda sättet är att välja internationellt erkända och väl beprövade material, vilket är vad NCAB kräver.

Närbild av lödmask på mönsterkort | NCAB Group
Här ser vi hur fluss / monteringsprocessen har brutit ner lödmasken vid knäet på ledaren, vilket orsakar problem med vidhäftning och exponerar kopparen under lödmasken. Det kan då uppstå korrosion och kortslutning etc. Används en lödmask av sämre kvalitet är det stor risk att detta händer.

Definierade lödmasker vilka säkerställer kraven IPC-SM-840 klass T eller bättre

– Medan övriga processer i tillverkningen av mönsterkort har utvecklats och förbättrats under åren, så är lödmaskprocessen i stort sett likadan nu som för flera årtionden sedan. De lacker som används har förbättrats något, men annars sker allt på samma sätt vilket innebär att det är här det finns störst risker att saker går fel. I de fall då IPC-standarden inte är helt uppdaterad har NCAB en rad egna krav för att säkra funktionen hos lödmasken både vid mönsterkortsmontering och slutlig användning. För mönsterkort med hög densitet, eller tillämpningar med höga krav, är det viktigt med god kontroll på vilka lödmasker som används och hur de läggs på. En risk finns annars att lödmasken lossar från laminatet vilket i längden leder till korrosion av kopparledarna och spänningsöverslag mellan dem. Det kan leda till kasseringar och/eller kostsamma fel i slutprodukten. Vår specifikation anger att endast lödmasker som håller måttet får användas och, vilket är ännu viktigare, att det genomförs ordentliga uppföljningar och kontroller av processen på plats i fabrikerna.

I NCABs mönsterkortsspecifikation står beskrivet vilken tjocklek lödmasken ska ha. | NCAB Group
I NCABs mönsterkortsspecifikation specificeras vilken tjocklek lödmasken ska ha för att ge kortet bäst funktionalitet och tillförlitlighet.

Specificerad tjocklek på lödmasken

– Grundfunktionen hos lödmasken är att skydda kopparen mot oxidering och förebygga kortslutning under tillverkningen. Vilken tjocklek lödmasken har är viktigt för hur effektivt detta skydd är, men trots det specificerar IPC inte några krav på denna tjocklek. Lödmasken bör vara tillräckligt tjock för att kortet till exempel ska kunna tåla fukt utan oxidering eller påverkan på kopparen. Detta är även en fördel när mönsterkortet testas för hur det hanterar olika miljöer. En tjockare lödmask ger också bättre motståndskraft mot eventuella stötar och skrapningar under produktionens gång. Samtidigt får lödmasken inte heller bli för tjock, eftersom det kan skapa problem vid monteringen av komponenter på kortet. NCAB löser allt detta genom att specificera vilken tjocklek lödmasken ska ha för att ge kortet bäst funktionalitet och tillförlitlighet. Sedan kontrollerar vi genom våra factory management teams i Asien, Europa och USA att detta också efterföljs.

Definierade kosmetiska krav på omarbetning och reparation

– En av de vanligaste orsakerna till att elektronikföretag reklamerar eller kasserar mönsterkort i dag är att det som mönsterkortsfabrikerna anser vara kosmetiska detaljer i själva verket är defekter som påverkar funktionen hos dagens tätt konstruerade kort. Trots att IPC har en generell regel om yrkesskickligt utförande, finns inga detaljerade krav specificerade när det gäller mindre repor, stötskador, reparationer, fingeravtryck och andra så kallade kosmetiska frågor. I NCAB:s specifikation definierar vi tydligt vad som är acceptabelt och vad som inte fungerar eftersom det riskerar tillförlitlighet och funktion.

Specifika krav på utförande när det gäller täckning av viahål

– Detta krav återspeglar också hur viktig lödmasken är för att mönsterkortet ska bli tillförlitligt. I de fall kunden anger att viahålen ska täckas, så ställer IPC-standarden inget specifikt krav på täckningsgraden, medan NCAB kräver att våra fabriker fyller viahålen till minst 70 procent. Detta skyddar hålet under monteringsprocessen eftersom man undviker att kemiska rester från lödningen blir kvar och riskerar att leda till kontaminering eller korrosion. Kopparen skyddas mot oxidering och i förlängningen undviks kortslutningar. Färre kort måste kasseras och slutprodukten blir tillförlitligare och presterar bättre. Ordentligt fyllda och täckta viahål gör också, precis som rätt tjocklek på lödmasken, att kortets förmåga att hantera tillförlitlighetstest och tuffa miljöer förbättras.

“IPC-standarden ställer inget specifikt krav på täckningsgraden, medan NCAB kräver att våra fabriker fyller viahålen till minst 70 procent.”

Jan Pedersen,
Director of Technology, NCAB Group