IPC Class 2 VS Class 3: Die verschiedenen Designregeln

Als Leiterplattenhersteller fragen uns Designer oft nach dem Unterschied zwischen IPC Class 2 und Class 3. Klasse 1 existiert, obwohl wir selten Bretter produzieren, die in diese Klassifizierung fallen. Die meisten der zeit, auch wenn die ende-verwendung der produkt nur erfordert Klasse 1, wir werden machen es Klasse 2 nur zu gewährleisten eine bessere leistung. Dieser Artikel hilft Ihnen, die verschiedenen Designregeln für IPC-Leiterplatten der Klassen 2 und 3 zu verstehen.

Es gibt vier IPC-Klassifikationen. Klasse 1 wird General Electric-Platinen mit einer begrenzten Lebensdauer und einer „einfachen“ Funktion zugewiesen, wie sie in Fernbedienungen zu finden sind. Klasse 2 ist für elektronische Produkte des engagierten Services. Dies bedeutet, dass Sie erwarten, dass das Board eine längere Lebensdauer hat, sodass Sie es in einen Fernseher, einen Computer oder eine Klimaanlage stellen können. Leiterplatten der Klasse 3 haben engere Toleranzen als Leiterplatten der Klassen 1 und 2. John Perry, Direktor für Leiterplattenstandards und -technologie bei IPC, erklärte:

„Klasse 3 umfasst Produkte, bei denen eine anhaltend hohe Leistung oder Performance-on-Demand kritisch ist, Produktausfallzeiten nicht toleriert werden können, die Endgebrauchsumgebung ungewöhnlich hart sein kann und das Produkt bei Bedarf funktionieren muss.“

Diese Leiterplatten sind sehr zuverlässig. Sie werden zum Beispiel im Militär oder in der Medizin eingesetzt, um hohe Leistungen zu erzielen. IPC-6012DS Klasse 3A umfasst Raumfahrt und militärische Avionik. Es ist die höchste Klasse für Leiterplatten.

Klasse 1 – Allgemeine elektronische Produkte

Klasse 1-Platinen sind allgemeinen elektronischen Platinen mit einer begrenzten Lebensdauer und einer einfachen Funktion zugeordnet. Diese Klasse umfasst die meisten typischen Alltagsprodukte. Die Boards der Klasse 1 erlauben verschiedene kosmetische Defekte, solange dies die Funktion des Boards nicht beeinträchtigt. Die Zuverlässigkeit des Produkts ist bei solchen Boards kein kritischer Faktor. Zum Beispiel können sie in TV-Fernbedienungen, LED-Leuchten, Kinderspielzeug usw. gefunden werden. Sie sind die kostengünstigsten Platten in der Industrie herzustellen, aber sie kommen mit einer begrenzten Lebenserwartung.

Klasse 2–Gewidmet service elektronische produkte

Klasse 2 boards haben höhere zuverlässigkeit und längere lebensdauer. Sie folgen strengeren Standards als Klasse 1, erlauben jedoch einige kosmetische Unvollkommenheiten.

Hier ist ein unterbrechungsfreier Dienst vorzuziehen, aber nicht kritisch. Die Produkte der Klasse 2 sind keinen extremen Umweltbedingungen ausgesetzt. Es wird erwartet, dass das Board kontinuierlich läuft, aber sein Betrieb ist nicht extrem kritisch. Diese art von boards sind implementiert in ihre laptops, smartphones, tabletten, kommunikation ausrüstung, etc.

Klasse 3–High-leistung elektronische produkte

Klasse 3 boards muss bieten eine kontinuierliche leistung oder leistung auf nachfrage. Es kann keine Ausfallzeiten der Ausrüstung geben, und die Endgebrauchsumgebung kann außergewöhnlich hart sein. Auf diesen Boards werden hohe Inspektions- und Testniveaus mit strengen Standards durchgeführt. Dies macht die Klasse 3 Boards sehr zuverlässig. Diese Kategorie umfasst kritische Systeme wie Lebenserhaltungssysteme, militärische Ausrüstung, elektronische Überwachungssysteme, Kfz-Leiterplatten usw.

IPC 6012 Klasse 3/A

Die IPC-6012 klasse 3/A ist relativ eine neue klasse, dass umfasst raum und militär avionik. Dies ist die höchste Klasse für gedruckte Schaltungen. Die Klasse 3 / A-Platinen erfordern sehr strenge Herstellungskriterien, da die Platinen unter kritischen Bedingungen wie Außenraum usw. betriebsbereit bleiben sollten. Diese Boards sind im Vergleich zu den anderen Klassen teuer in der Herstellung, da sie nahezu perfekt sein müssen. Sie sind in der Luft- und Raumfahrt, militärischen Luftlandesystemen und Raketensystemen zu finden.

Der Hauptunterschied zwischen all diesen Klassen ist der Grad der Inspektion. Die Klassen definieren die zulässigen Fehler bei der Herstellung der Platten.

Was sind die Unterschiede zwischen Klasse 2 und Klasse 3 für die Montage?

Umut Tosun, Application Technology Manager bei Zestron America, erklärte: „Die Hauptunterschiede zwischen Klasse 2 und Klasse 3 bestehen in der Platzierung der Komponenten für oberflächenmontierte Komponenten, den Sauberkeitsanforderungen basierend auf Restverunreinigungen auf den Baugruppen und den Beschichtungsdicken, wie sie in der Durchkontaktierung und auf der Oberfläche von Leiterplatten definiert sind.“

Bei der Montage können oberflächenmontierte Komponenten leicht vom Pad entfernt sein. Dies nennen wir einen visuellen Defekt, da er normalerweise die elektrische und mechanische Leistung nicht beeinträchtigt. Für Leiterplatten der Klasse 2 spielt dies daher keine Rolle. Klasse 3 akzeptiert jedoch keine Unvollkommenheiten, und diese Art von Montagefehltritt führt dazu, dass die Leiterplatte die Inspektion nicht besteht.

Die erforderliche Zylinderfüllung für Durchgangslochleitungen beträgt 50% für Klasse 2 und 75% für Klasse 3. Da es schwierig sein kann, die Paste in kleine plattierte Durchgangslöcher (PTH) zu bekommen, empfiehlt Sierra, Ihre PTH 15 mil über den Durchmesser der Leitung zu konstruieren. Auf diese Weise haben Sie 7,5 mil auf jeder Seite, was es der Paste erleichtert, das Fass zu füllen.

Faktoren	Klasse 2	Klasse 3
Oberflächenmontierbare Komponenten	Können leicht vom Pad abgesetzt werden. (Als Sichtfehler betrachtet, beeinträchtigt nicht die elektrische und mechanische Leistung)	Unvollkommenheiten sind nicht akzeptabel, einschließlich Sichtfehler. Diese Art von Unvollkommenheit führt dazu, dass die Leiterplatte die Inspektion nicht besteht
Menge der Fassfüllung	Durchgangslochleitungen 50%	Durchgangslochleitungen 75%

Was sind die Unterschiede zwischen Klasse 2 und Klasse 3 für die Leiterplattenherstellung?

Ringring- und Bohrdurchbruch

Ein weiteres Thema, zu dem sich Klasse 2 und Klasse 3 unterscheiden, sind Bohrdurchbrüche. Klasse 2 erlaubt Ausbrüche aus dem Ringring, während Klasse 3 keine angehobenen oder gebrochenen Ringringe akzeptiert. Klasse 3 Boards müssen sehr zuverlässig sein und wenn es einen Ausbruch gibt, ist es zu schwierig herauszufinden, wie viel wirklich ausgebrochen ist und wie sehr es die Verbindung mit dem Pad wirklich beeinflusst. Für Klasse 2 ist ein 90-Grad-Ausbruch des Lochs vom Land aus zulässig, sofern der minimale seitliche Abstand eingehalten wird.

Die leiter junction kann nicht reduziert werden durch mehr als 20% der mindest leiter breite angegeben auf die engineering zeichnung. Der Leiterübergang sollte niemals kleiner als 2 mil oder die minimale Leitungsbreite sein, je nachdem, welcher Wert kleiner ist. Für Klasse 3 darf der minimale innere Ringring nicht weniger als 1 mil betragen. Der externe ringförmige Ring kann nicht kleiner als 2 mil sein. Es wird von der Innenseite des PTH-Laufs bis zum Rand des Landkissens gemessen und kann in isolierten Bereichen aufgrund von Defekten wie Gruben, Kerben, Nadellöchern oder Dellen eine Verringerung des minimalen Ringrings um 20% aufweisen.

Es wird ein unterschied zwischen die entwickelt ring ring und die hergestellt/tatsächlichen ring ring. Dies ist auf Materialverschiebungen während des Leiterplattenherstellungsprozesses zurückzuführen. Um die Anforderungen der Klasse 3 zu erfüllen, verwendet Sierra Pluritec-Maschinen, um die Materialverschiebung zu erkennen, Software, um die Bohrpositionen neu zu skalieren, und Vision Drilling, um die Bohrer genau zu platzieren.

IPC-Ringring-Abnahmekriterien

Funktion	Klasse 1	Klasse 3	Klasse 3
Plated-through Hole	180⁰ Ringförmiger Ringbruch aus dem Land ist akzeptabel, vorausgesetzt, der minimale seitliche Abstand wird eingehalten. Die Land/ Leiter-Verbindung sollte nicht um mehr als 30% der minimalen Leiterbreite reduziert werden.	90⁰ Ein ringförmiger Ringausbruch aus dem Boden ist zulässig, sofern der minimale seitliche Abstand eingehalten wird. Die Land-Leiter-Verbindung sollte nicht um mehr als 20% der minimalen Leiterbreite verringert werden. Der Leiterübergang sollte nicht kleiner als 0,05 mm oder die minimale Leitungsbreite sein, je nachdem, welcher Wert kleiner ist.	Der minimale Ringring sollte nicht weniger als 0,05 mm betragen. Der minimale äußere Ringring kann eine Verringerung des minimalen Ringrings um 20% aufweisen.

Was sind die Konstruktionsregeln für ringförmige Ringe?

Um die Akzeptanz für Klasse 2 und Klasse 3 zu erreichen, befolgen Sie die nachstehenden Tabellen, die von Altium veröffentlicht wurden. Die erste gibt die ringförmigen ring anforderungen für mechanisch gebohrt blind, begraben, und durch löcher auf ½ unzen kupfer:

IPC Klasse 2 Bohrer & Pad Durchmesser für 1/2 unzen Kupfer

Bohrer	Pad	Anti-Pad	PCB Dicke	Aspekt Verhältnis
0.006″	0.016″	0.026″	Bis 0.039″	6.5:1
0.008″	0.018″	0.028″	Bis zu 0.062″	7.75:1
0.010″	0.020″	0.030″	Bis zu 0.100″	10:01
0.012″	0.022″	0.032″	Bis zu 0.120″	10:01
0.0135″	0.024″	0.034″	Bis zu 0,135″	10:01

IPC Klasse 3 Bohrer & Pad Durchmesser für 1/2 unzen Kupfer

Bohrer	Pad	Anti-Pad	PCB Dicke	Aspekt Verhältnis
0.008″	0.023″	0.033″	Bis zu 0.062″	7.75:1
0.010″	0.025″	0.035″	Bis zu 0.100″	10:01
0.012″	0.027″	0.037″	Bis zu 0.120″	10:01
0.0135″	0.028″	0.038″	Bis zu 0.135″	10:01

Und diese Tabellen sind für verschiedene Kupferdicken:

Bohrer & Pad Durchmesser	8 Schichten oder Weniger	>8 Schichten
IPC Klasse 2	Pad Durchmesser Über Bohrer	Pad Durchmesser Über Bohrer
1/4 oz Kupfer	0.010″	0.010″
3/8 oz Kupfer	0.010″	0.010″
1/2 oz Copper	0.010″	0.010″
1 oz Copper	0.012″	0.012″
2 oz Copper	0.014″	0.014″
3 oz Copper	0.016″	0.016″
4 oz Copper	0.018″	0.018″

Bohrer & Pad Durchmesser	8 Schichten oder Weniger	>8 Schichten	Bohrer & Pad Durchmesser	8 Schichten oder Weniger	>8 Schichten
IPC Klasse 2	Pad Durchmesser Über Bohrer	Pad Durchmesser Über Bohrer	IPC Klasse 3A	Pad Durchmesser Über Bohrer	Pad Durchmesser Über Bohrer
1/4 oz Kupfer	0.013″	0.015″
3/8 oz Copper	0.013″	0.015″
1/2 oz Copper	0.013″	0.015″	1/2 oz Copper	0.013″	0.015″
1 oz Copper	0.015″	0.017″	1 oz Copper	0.015″	0.017″
2 oz Copper	0.016″	0.018″	2 oz Copper	0.016″	0.018″
3 oz Kupfer	0.019″	0.021″
4 oz Kupfer	0.022″	0.024″

PCB dielektrikum anforderung

Die mindest dielektrikum für Klasse 2 und Klasse 3 ist 3,5 mils.

PCB durchkontaktierung anforderung

Klasse 3 anforderungen sind auch mehr adstringierend für hohlräume in kupfer. Paul Reid, Programmkoordinator bei PWB Interconnect Solutions, sagte zu Circuitnet: „Bei einem kupfernen Hohlraum fehlt die Verkupferung im Zylinder des Lochs, wodurch das dielektrische Material des Bohrlochs freigelegt wird. Klasse 2 erlaubt eine Lücke in 5% der Löcher. Klasse 3 und 3 / A erlaubt keine Hohlräume.“ Die Anforderung an die Beschichtungsdicke für Klasse 2 beträgt 0,8 mil im Gegensatz zu 1 mil für Klasse 3.

Dies sind nur einige Anforderungen, die sich zwischen Klasse 2 und Klasse 3 unterscheiden. Wie immer ist der beste Rat, den wir Ihnen geben können, mit Ihrem Leiterplattenhersteller zu kommunizieren. Sie werden Sie führen und Ihnen helfen, es beim ersten Mal richtig zu machen. Sie sollten auch einen Querschnitt Ihres Boards anfordern, um sicherzustellen, dass Ihr Shop Ihre Anforderungen der Klasse 2 oder 3 erfüllt. Für eine detailliertere Erklärung lesen Sie unseren Beitrag zu 6 DFM-Problemen.

Leiterplattenquerschnitt zur Überprüfung der Spezifikationsanforderungen

Visuelle und Röntgeninspektionen reichen nicht immer aus, um die Integrität einer Leiterplatte sicherzustellen. Um sicherzustellen, dass Ihr Leiterplattenhersteller Ihre Anforderungen erfüllt, fordern Sie eine Querschnittsanalyse an. Diese zerstörende Technik ist der beste Weg, um die interne Struktur Ihrer Leiterplatte zu überprüfen, meistens mit einem Mikroskop. Der Test kann auf verschiedene Aspekte wie Risse, Hohlräume in Lötstellen, Durchgangslochfüllung usw. prüfen.

Unten ist ein querschnitt einer Klasse 2 leiterplatte:

Und dies ist ein Querschnitt einer Klasse-3A-Platine:

Bei Sierra führen wir in jedem Schritt des Bauprozesses In-Process-Querschnitte für jede Leiterplatte durch, die wir herstellen. Wir prüfen auf Dielektrikum, Plasmaätzung, Lötmaskendicke, Kupfer, Beschichtung usw. Und wenn wir die Anforderungen des Kunden nicht erfüllen, lehnen wir das Board ab und bauen ein anderes. Wenn Sie einen Bericht benötigen, können Sie einen endgültigen Querschnitt anfordern. Wir senden Ihnen ein Dokument mit allem, was wir getestet haben, und den Ergebnissen. Der Bericht zur Analyse des Mikroabschnitts sieht folgendermaßen aus:

Inspektions- und Abnahmekriterien

Nach der Endverwendung des Produkts sollten Sie bei der Auswahl der Klassifizierung, in die Ihre Leiterplatte fallen soll, den Grad der Inspektion berücksichtigen. Beachten Sie, dass die Inspektion einer der Faktoren ist, die die Kosten in die Höhe treiben, wenn eine Baugruppe von Klasse 2 in Klasse 3 wechselt.

Wenn Sie darüber nachdenken, ist PCBA (Printed Circuit Board Assembly) keine einfache Aufgabe. Die Platine muss ordnungsgemäß funktionieren, sobald sie mit all ihren Komponenten, Materialien und dem Lötmittel zusammengebaut ist, um sie zusammenzuhalten. Je nachdem, in welche Klasse Ihr Board fällt, unterscheiden sich die Anforderungen, die Sie für die Inspektion erfüllen müssen. Zu diesem Zeitpunkt sind einige IPC-Dokumente nützlich, um die Akzeptanzkriterien für jede Produktklasse festzulegen.

Dokumentation

Auf Circuitnet hat Leo Lambert, Vice President von EPTAC, eine Liste der wichtigsten Dokumente erstellt, die „die IPC 2220-Serie für Leiterplattendesign und -herstellung, die IPC 6010-Serie für Leiterplattenleistung und -qualität, IPC-A 600 für Leiterplattenakzeptanzanforderungen, J-STD-001 für Lötanforderungen und IPC-A-610 für Akzeptanzanforderungen“ sind.“

Es gibt ein Missverständnis, dass Boards der Klasse 3 nur mit der Luft- und Raumfahrt verbunden sind. Es ist oft wahr, aber Klasse 3 ist nicht exklusiv für die Luft- und Raumfahrt oder eine andere Industrie. Die Kriterien für die vier IPC-Klassen richten sich nach der Anwendung des Produkts. Daher kann Klasse 3 auch das Kriterium für Avionik-, Militär-, Industrie- und medizinische Anwendungen sein.

Es macht Sinn, dass viele Boards der Klasse 3 für die Luft- und Raumfahrt bestimmt sind. Die Produkte, die in den Weltraum gebracht werden, müssen sehr zuverlässig sein, um einen kritischen Ausfall zu verhindern. Und die zusätzliche Inspektion ist für den Gewerbe- und Verbrauchermarkt einfach zu teuer.

Wenn Sie eine Leiterplatte der Klasse 3 benötigen, bedeutet dies, dass das Produkt nach den vollständigen IPC-Kriterien gebaut werden muss. Dies bedeutet, dass die Konstruktions- und Fertigungsteams die Laminatauswahl, die Beschichtungsdicke, die Anforderungen an den Ringring, die Herstellungsprozesse, die Materialqualifikationen, die Einrichtungen, die Inspektionskriterien usw. berücksichtigen müssen. um die Platine herzustellen, die alle Anforderungen der Klasse 3 erfüllt.

Für mehr design informationen, überprüfen sie mit unsere DESIGN SERVICE team.

In einem anderen Artikel werden wir die Klasse 3 für Flex gemäß IPC-6013 diskutieren, dem Dokument über die Qualifikation und Leistungsspezifikation für flexible Leiterplatten.

In der Zwischenzeit können Sie unseren Artikel über IPC-2581 lesen, um Gerber-Dateien und IPC-6012 oder IPC-A-600 zurückzuziehen, welchen Standard sollten Sie verwenden?