In der Welt der Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr und Elektronikfertigung spielen IPC-Klassen eine entscheidende Rolle bei der Festlegung von Standards für Qualitätskontrolle und Herstellungsprozesse. IPC, die Association Connecting Electronics Industries, definiert diese Klassen als Richtlinien, die die Qualitätsanforderungen und Toleranzen für die Herstellung und Montage von Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr festlegen. Diese Klassen dienen als Leitfaden, um sicherzustellen, dass Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr den spezifizierten Anforderungen entsprechen und eine gewisse Qualität und Zuverlässigkeit aufweisen. Von IPC-A-600 für Basisqualitätsanforderungen bis hin zu IPC-6012 für High-Reliability-Anwendungen bieten diese Klassen detaillierte Kriterien für verschiedene Aspekte wie Lötqualität, Leiterbahnbreite, Abstände zwischen Komponenten und vieles mehr. Diese Übersicht wird einen Einblick in die verschiedenen IPC-Klassen geben, ihre Bedeutung für die Herstellung und Qualitätssicherung von Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr erläutern und ihre Auswirkungen auf die Elektronikbranche beleuchten.
Anwendungsbereich in der Leiterplattenindustrie
| Leiterplatten-Entstehungsverfahren | Anwendbare Dokumente |
|---|---|
| Designanforderungen | IPC-2220-Serie |
| Produkt-Leistungsspezifikation |
IPC-6010-Serie
IPC-6012 für starre Leiterplatten IPC-6013 für Flex-Leiterplatten |
| Herstellungsprozesse | IPC-9191 |
| IPC-A-600 | Abnahmekriterien |
| Ausnahmen und Variationen | AABUS |
IPC-A-600
Das ergänzende Begleitdokument zur IPC-6010 Serie dient als unverzichtbares Hilfsmittel für das Verständnis und die Interpretation der Ergebnisse von AIT (Automated Inspection Tools). Diese Serie von Richtlinien definiert strenge Standards für die Qualität von Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr und legt fest, dass diese frei von Fehlern sein müssen, die das erlaubte Maß gemäß der IPC überschreiten. Es bietet Einblicke in spezifische Fehlerarten, ihre Auswirkungen auf die Gesamtqualität der Leiterplatteauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr und wie sie im Rahmen der IPC-6010 Serie zu bewerten sind, um eine einwandfreie Produktion von Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr gemäß den höchsten Industriestandards sicherzustellen.
Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr müssen frei sein von Fehlern, die das in diesem Dokument erlaubte Maß überschreiten. Die Abnahme von Fehlern, die in diesem Dokument nicht speziell behandelt werden, muss zwischen Anwender und Lieferant vereinbart werden (AABUSAABUS steht für „As Agreed Between User and Supplier“ und b…)
IPC-A-600 Klassifizierung
Entsprechend der vorgesehenen Anwendung des Endprodukts werden drei allgemeine Klassen für elektrische und elektronische Produkte durch dieses Dokument, IPC-A-600, festgelegt, um den Unterschieden hinsichtlich Herstellbarkeit, Komplexität, funktionellen Leistungsanforderungen sowie Häufigkeit der Verifizierung (Inspektion/Prüfung) Rechnung zu tragen.
Der Kunde ist dafür verantwortlich, die Klasse festzulegen.
Entsprechend der vorgesehenen Anwendung des Endprodukts werden drei allgemeine Klassen für elektrische und elektronische Produkte durch dieses Dokument, IPC-A-600, festgelegt, um den Unterschieden hinsichtlich Herstellbarkeit, Komplexität, funktionellen Leistungsanforderungen sowie Häufigkeit der Verifizierung (Inspektion/Prüfung) Rechnung zu tragen.
Der Kunde ist dafür verantwortlich, die Klasse festzulegen.
| IPC-Klasse | Beschreibung |
|---|---|
| Klasse 1 |
Allgemeine Elektronikprodukte
▪ mit begrenzter Nutzungsdauer ▪ Hauptanforderung: Funktionieren des fertigen Produkts |
| Klasse 2 |
Elektronikprodukte für spezifische Einsatzzwecke
▪ erweiterte Lebensdauer ▪ stetige Funktion |
| Klasse 3 |
Hochleistungselektronik/raue Umgebung
▪ kontinuierliche Leistung ▪ keine Ausfallzeit ▪ Funktionieren bei Bedarf ▪ keine Ausfallzeit ▪ keine Reparatur der Kupferlagen ▪ Erweitere Qualitätskontrolle ▪ keine Hohlräume ▪ Strengere Richtlinien für Probeentnahme bei Schliffbildern |
| Klasse 3/A |
Raumfahrt und militärische Luftfahrt
Erweiterungen und Ausnahmeanforderungen für Raumfahrt und militärische Luftfahrt ▪ höchste Sicherheitsstufe ▪ dauerhafte Höchste Sicherheitsgarantie ▪ für MIL und AERO Anwendungen |
Für die Qualitätsanforderungen von Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr gelten grundsätzlich die Merkmale nach IPC-Klasse 2 oder besser!
Abnahmekriterien
In IPC-A-600 werden drei verschiedene Qualitätsstufen für die jeweiligen spezifischen Merkmale gegeben.
| Qualitätsstufe | Beschreibung |
|---|---|
| Anzustreben |
▪ ein nahezu perfekter Zustand, nicht immer realisierbar
▪ in der Einsatzumgebung nicht unbedingt erforderlich |
| Zulässig |
▪ nicht unbedingt perfekt
▪ in der Einsatzumgebung zuverlässig ▪ bestimmungsgemäß funktionsfähig ▪ für mindestens eine oder auch mehrere Klassen geltend: ▪▪ zulässig für Kl.3 auch zulässig für Kl.2 und Kl.1 ▪▪ zulässig für Kl.2 auch zulässig für Kl.1 |
| Fehler |
▪ nicht ausreichend bzw. keine zuverlässige Funktion gewährleistend
▪ nicht zulässig für mindestens eine oder mehrere Klassen: ▪▪ ein Fehler in Kl.1 auch Fehler für die Kl.2 und Kl.3 ▪▪ ein Fehler in Kl.2 auch Fehler für die Kl.3 |
Darüber hinaus beschreibt Prozessindikator einen Zustand (kein Fehler) sowie ein Merkmal, das nicht Form, Einsatzfähigkeit oder Funktion eines Produkts beeinträchtigt. im Rahmen des Prozesskontrollsystems werden Prozessindikatoren überwacht. Wenn eine zunehmende Anzahl davon signifikante Prozessschwankungen oder einen unerwünschten Trend aufzeigt, sollte eine Prozessanalyse durchgeführt werden.
Unterschied von Klasse 2 und Klasse 3
Von den in der IPC definierten, mehr als 110 Merkmalen unterscheiden sich lediglich 14 zwischen Klasse 2 und Klasse 3. Produktionstechnisch umsetzbar ist nur eine, die Hülsendicke in den Bohrungen.
Viele unterliegen der fehlerhaften Annahmen, dass durch Definition der IPC-Klasse 3 die Qualität einfach besser „produziert“ werden kann. Dem ist leider nicht so. Wie in den nachfolgenden Tabellen ersichtlich ist, betrifft eine Vielzahl der Vorgaben für die Klasse 3 weitere Prüf- und Überwachungsprozesse.
Produktionstechnisch umsetzbare Vorgabe
| IPC Kapitel | Beschreibung | Klasse 2 | Klasse 3 |
|---|---|---|---|
| 3.2.3 | Cu in Viahülse | ≥ 20µm | ≥ 25µm |
Dadurch auch entsprechende Mindestdicke der Außenleiter um 5µm dicker.
Abhängig von Design und Produktionsdaten
| IPC Kapitel | Beschreibung | Klasse 2 | Klasse 3 |
|---|---|---|---|
| 2.10.3 / 2.10.4 | Äußerer Restring DK | Ausbruch ≤ 90° erlaubt | umlaufend min. 0,05mm |
| 2.10.5 | Äußerer Restring NDK | Ausbruch ≤ 90° erlaubt | umlaufend min. 0,15mm |
| 3.3.1 | Restring innen | Ausbruch ≤ 90° erlaubt | umlaufend min. 0,025mm |
Durch Produktionsoptimierung bei allen Leiterplatten angestrebt
Prüfung und Nachweis nur durch Röntgen-/Mikroschliffprüfung stichpunktartig möglich
| IPC Kapitel | Beschreibung | Klasse 2 | Klasse 3 |
|---|---|---|---|
| 2.2.1 | Gewebefreilegung | erlaubt | nicht erlaubt |
| 2.3.1 | Fleckenbildung | möglich | nicht erlaubt |
| 2.5.3 | Fehlstellen im Kupfer |
max. 1 pro Loch
max. 5% betroffen |
nicht erlaubt |
| 2.5.4 | Fehlstellen in der Metalisierung |
max. 3 pro Loch
max. 5% betroffen |
max. 1 pro Loch
max. 5% betroffen |
| 2.7.1 | Oberflächenmetalisierung | < 1.25mm | < 0.8mm |
| 2.8.1 | Geätzte Markierungen | 50% Unterschreibung | minimale Unterschreitung |
| 2.9.8 | Soda Strawing | erlaubt | nicht erlaubt |
| 2.10.1.2 | Leiterbahnabstand (Unterschreitung) | ≤ 30% | ≤ 20% |
| 3.1.5.2 | Negative Rückätzung | <,0025 | < 0,013 |
| 3.3.9 | Schultermetailisierung | ≥ 5µm | ≥ 12µm (Breite ≥ 25µm) |
| 3.3.13 | Dochteffekt (Abstand zu Loch) | ≤ 100µm | ≤ 80µm |
Der Vollständigkeit halber
Weitere Merkmale der IPC-Klasse 3 beziehen sich auf flexible und starrflexible Leiterplattenauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr:
| IPC Kapitel | Beschreibung | Klasse 2 | Klasse 3 |
|---|---|---|---|
| 4.1.2.1 | Kleberaustritt | Lötbarer Restring >270° | Lötbarer Restring >360° |
| 4.1.2.2 | Kleberaustritt | ≤ 0,3mm | ≤ 0,2mm |
| 4.1.3 | Öffnungsregistrierung | Lötbarer Restring >270° | Lötbarer Restring >360° |
| 4.1.5 | Verbindung und Versteifung | Fehlstellen < 20% | Fehlstellen < 30% |
| 4.1.7 | Lot-Dochteffekt | Lotwanderung < 0,3mm | Lotwanderung < 0,1mm |
sowie ein weiteres Merkmal für die Lötprobe:
| IPC Kapitel | Beschreibung | Klasse 2 | Klasse 3 |
|---|---|---|---|
| 5.1.1 | Lötung DK | < 1,5mm nicht vollständig verschlossen | Alle Bohrungen vollständig verschlossen |
Fazit
Die Herstellung einer Leiterplatteauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr gemäß IPC-Klasse 3 gestaltet sich als eine anspruchsvolle Herausforderung. Die meisten Anforderungen dieser Klasse erfordern einen erhöhten Testaufwand, was sich unmittelbar auf den Preis auswirkt. Standardmäßig sind bereits einige technologische Anforderungen erfüllt, doch zusätzliche Anforderungen bedeuten einen erheblichen Kostenanstieg von 40-50%. Eine Garantie für die Einhaltung dieser Anforderungen ist nur durch umfassende Kontrollen möglich.
Es wird klar, dass die Berücksichtigung der IPC Klasse 3 bereits in der Planungs- und Layoutphase entscheidend ist. Eine mögliche Lösung besteht darin, die Produktion nach einem spezifischen Standard wie „Produktion nach Klasse 3“ oder „Klasse 2+“ zu definieren. Dies ermöglicht ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Preis und den Erwartungen an die Qualität der Leiterplatteauch: gedruckte Schaltung, engl.: PCB – Printed circuit boar… Mehr. Das Optimum liegt in einer Abwägung zwischen diesen beiden Faktoren, um eine wirtschaftlich vertretbare und dennoch qualitativ hochwertige Produktion zu gewährleisten.