Classe IPC 2 VS Classe 3: Les Différentes Règles de conception

En tant que fabricant de circuits imprimés, les concepteurs nous interrogent souvent sur la différence entre la Classe IPC 2 et la Classe 3. La classe 1 existe bien que nous produisions rarement des planches qui entrent dans cette classification. La plupart du temps, même si l’utilisation finale du produit ne nécessite que la classe 1, nous en ferons la classe 2 juste pour assurer une meilleure performance. Cet article vous aidera à comprendre les différentes règles de conception des cartes de circuits imprimés IPC de classe 2 et de classe 3.

Il existe quatre classifications de la CIB. La classe 1 est attribuée aux cartes general electric avec une durée de vie limitée et une fonction « simple », telles que celles que vous pouvez trouver dans les télécommandes. La classe 2 concerne les produits électroniques de service dédiés. Cela signifie que vous vous attendez à ce que la carte ait une durée de vie prolongée afin de pouvoir la placer dans un téléviseur, un ordinateur ou un climatiseur. Les PCB de classe 3 ont des tolérances plus strictes que les cartes de classe 1 et de classe 2. John Perry, Directeur des Normes et de la technologie des cartes imprimées chez IPC, a expliqué:

 » La classe 3 comprend les produits pour lesquels la haute performance continue ou la performance à la demande est critique, les temps d’arrêt du produit ne peuvent pas être tolérés, l’environnement d’utilisation finale peut être exceptionnellement dur et le produit doit fonctionner en cas de besoin. »

Ces circuits imprimés sont très fiables. Ils sont utilisés pour réaliser de hautes performances dans le domaine militaire ou médical, par exemple. La classe IPC-6012DS 3A comprend l’avionique spatiale et militaire. C’est la classe la plus élevée pour les cartes de circuits imprimés.

Classe 1 – Produits électroniques généraux

Les cartes de classe 1 sont attribuées aux cartes électroniques générales avec une durée de vie limitée et une fonction simple. Cette classe comprend la plupart des produits quotidiens typiques. Les cartes de classe 1 permettent divers défauts cosmétiques tant que cela n’affecte pas le fonctionnement de la carte. La fiabilité du produit n’est pas un facteur critique dans ces types de cartes. Par exemple, ils peuvent être trouvés dans les télécommandes de télévision, les lumières LED, les jouets pour enfants, etc. Ce sont les panneaux les moins chers à fabriquer dans l’industrie, mais ils ont une espérance de vie limitée.

Classe 2 – Service dédié Les cartes électroniques de classe 2

ont une fiabilité supérieure et une durée de vie prolongée. Ils suivent des normes plus strictes que la classe 1 mais permettent certaines imperfections cosmétiques.

Ici, un service ininterrompu est préférable, mais pas critique. Les produits de classe 2 ne sont pas exposés à des conditions environnementales extrêmes. La carte devrait fonctionner en continu, mais son fonctionnement n’est pas extrêmement critique. Ces types de cartes sont implémentés dans vos ordinateurs portables, smartphones, tablettes, équipements de communication, etc.

Classe 3 – Produits électroniques haute performance

Les cartes de classe 3 doivent fournir des performances continues ou des performances à la demande. Il ne peut y avoir aucun temps d’arrêt de l’équipement et l’environnement d’utilisation finale peut être exceptionnellement difficile. Des niveaux élevés d’inspection et de test sont effectués sur ces cartes avec des normes strictes. Cela rend les cartes de classe 3 très fiables. Cette catégorie comprend les systèmes critiques tels que les systèmes de survie, les équipements militaires, les systèmes de surveillance électronique, les circuits imprimés automobiles, etc.

CIB 6012 Classe 3 / A

La CIB-6012 classe 3 /A est relativement une nouvelle classe qui comprend l’avionique spatiale et militaire. C’est la classe la plus élevée pour les circuits imprimés. Les cartes de classe 3 / A nécessitent des critères de fabrication très stricts car les cartes doivent rester opérationnelles dans des conditions critiques telles que l’espace extérieur, etc. Ces planches sont coûteuses à fabriquer par rapport aux autres classes car elles doivent être proches de la perfection. On les trouve dans l’aérospatiale, les systèmes aéroportés militaires et les systèmes de missiles.

La principale différence entre toutes ces classes est le degré d’inspection. Les classes définissent les défauts admissibles lors de la fabrication des cartes.

Quelles sont les différences entre la classe 2 et la classe 3 pour l’assemblage?

Umut Tosun, Responsable de la technologie d’application chez Zestron America, a expliqué: « Les principales différences entre la classe 2 et la classe 3 se trouvent dans le placement des composants pour les composants montés en surface, les exigences de propreté basées sur les contaminants résiduels sur les assemblages, les épaisseurs de placage telles que définies dans le trou traversant de placage et sur la surface des PCB. »

Lors de l’assemblage, les composants montés en surface peuvent être légèrement placés hors du tampon. C’est ce que nous appelons un défaut visuel car il n’affecte généralement pas les performances électriques et mécaniques. Cela n’a donc pas d’importance pour les cartes de circuits imprimés de classe 2. Cependant, la classe 3 n’accepte aucune imperfection et ce type de faux pas d’assemblage entraînera l’échec de l’inspection de la carte de circuit imprimé.

La quantité de remplissage du canon requise pour les fils traversants est de 50% pour la classe 2 et de 75% pour la classe 3. Comme il peut être délicat d’introduire la pâte dans de petits trous traversants plaqués (PTH), le conseil de Sierra est de concevoir votre PTH 15 mils sur le diamètre du plomb. De cette façon, vous aurez 7,5 mils de chaque côté, ce qui facilitera le remplissage du fût par la pâte.

Facteurs	Classe 2	Classe 3
Les composants à montage en surface	peuvent être légèrement placés hors du tampon. (Considéré comme un défaut visuel, n’affecte pas les performances électriques et mécaniques)	Les imperfections ne sont pas acceptables, y compris les défauts visuels. Ce type d’imperfection provoquera l’échec de l’inspection de la carte de circuit imprimé
Quantité de remplissage du canon	Fils traversants 50%	Fils traversants 75%

Quelles sont les différences entre la classe 2 et la classe 3 pour la fabrication de PCB?

Rupture de bague annulaire et de forage

Une autre classe de sujet 2 et la classe 3 diffèrent sur les éruptions de forage. La classe 2 permet des évasions de la bague annulaire alors que la classe 3 n’accepte aucune bague annulaire levée ou fracturée. Les cartes de classe 3 doivent être très fiables et lorsqu’il y a une cassure, il est trop difficile de savoir combien est vraiment cassée et combien cela affecte vraiment la connexion avec le pad. Pour la classe 2, une rupture de 90 degrés du trou par rapport au sol est autorisée à condition que l’espacement latéral minimal soit maintenu.

La jonction conducteur ne peut pas être réduite de plus de 20% de la largeur minimale du conducteur spécifiée sur le dessin technique. La jonction du conducteur ne doit jamais être inférieure à 2 mils ou à la largeur minimale de la ligne, la plus petite des deux étant retenue. Pour la classe 3, la bague annulaire interne minimale ne peut être inférieure à 1 mil. La bague annulaire externe ne peut pas être inférieure à 2 mils. Il est mesuré de l’intérieur du canon PTH jusqu’au bord du coussin de terre et peut avoir une réduction de 20% de la bague annulaire minimale dans des zones isolées en raison de défauts, tels que des fosses, des entailles, des trous d’épingle ou des bosses.

Il y aura une différence entre l’anneau annulaire conçu et l’anneau annulaire fabriqué / réel. Cela est dû au déplacement des matériaux pendant le processus de fabrication de la carte de circuit imprimé. Pour répondre aux exigences de classe 3, Sierra utilise des machines Pluritec pour découvrir le changement de matériau, un logiciel pour redimensionner les emplacements de forage et un forage de vision pour placer les forets avec précision.

Critères d’acceptation de la bague annulaire IPC

Caractéristique	Classe 1	Classe 3	Classe 3
Trou traversant plaqué	180 is la rupture de l’anneau annulaire du terrain est acceptable à condition que l’espacement latéral minimal soit maintenu. La jonction terre/conducteur ne doit pas être réduite de plus de 30% de la largeur minimale du conducteur.	909 la rupture de l’anneau annulaire du terrain est acceptable à condition que l’espacement latéral minimal soit maintenu. La jonction terre/conducteur ne doit pas être réduite de plus de 20% de la largeur minimale du conducteur. La jonction du conducteur ne doit pas être inférieure à 0,05 mm ou à la largeur minimale de la ligne, la plus petite des deux étant retenue.	La bague annulaire minimale ne doit pas être inférieure à 0,05 mm. La bague annulaire externe minimale peut présenter une réduction de 20% de la bague annulaire minimale.

Quelles sont les règles de conception des bagues annulaires?

Pour obtenir l’acceptation pour la classe 2 et la classe 3, suivez les tableaux ci-dessous publiés par Altium. La première donne les exigences de la bague annulaire pour les trous borgnes, enterrés et traversants forés mécaniquement sur ½ oz de cuivre:

Foret IPC Classe 2 & Diamètre de la plaquette pour 1/2 oz de cuivre

Perceuse	Plaquette	Anti-Plaquette	Épaisseur du circuit imprimé	Rapport d’aspect
0.006″	0.016″	0.026″	Jusqu’à 0.039″	6.5:1
0.008″	0.018″	0.028″	Jusqu’à 0.062″	7.75:1
0.010″	0.020″	0.030″	Jusqu’à 0.100″	10:01
0.012″	0.022″	0.032″	Jusqu’à 0.120″	10:01
0.0135″	0.024″	0.034″	Jusqu’à 0,135  »	10:01

Foret IPC Classe 3 & Diamètre du tampon pour Cuivre de 1/2 oz

Perceuse	Plaquette	Anti-Plaquette	Épaisseur du circuit imprimé	Rapport d’aspect
0.008″	0.023″	0.033″	Jusqu’à 0.062″	7.75:1
0.010″	0.025″	0.035″	Jusqu’à 0.100″	10:01
0.012″	0.027″	0.037″	Jusqu’à 0.120″	10:01
0.0135″	0.028″	0.038″	Jusqu’à 0.135″	10:01

Et ces tables sont pour différentes épaisseurs de cuivre:

Perceuse & Diamètre du tampon	8 couches ou moins	>8 Calques
Classe IPC 2	Diamètre De La Plaquette Au-Dessus De La Perceuse	Diamètre De La Plaquette Au-Dessus De La Perceuse
1/4 oz Cuivre	0.010″	0.010″
3/8 oz Cuivre	0.010″	0.010″
1/2 oz Cuivre	0.010″	0.010″
1 oz Cuivre	0.012″	0.012″
2 oz Cuivre	0.014″	0.014″
3 oz Cuivre	0.016″	0.016″
4 oz Cuivre	0.018″	0.018″

Perceuse & Diamètre du tampon	8 couches ou moins	>8 Couches	Perceuse & Diamètre du tampon	8 couches ou moins	>8 Calques
Classe IPC 2	Diamètre De La Plaquette Au-Dessus De La Perceuse	Diamètre De La Plaquette Au-Dessus De La Perceuse	Classe IPC 3A	Diamètre De La Plaquette Au-Dessus De La Perceuse	Diamètre De La Plaquette Au-Dessus De La Perceuse
1/4 oz Cuivre	0.013″	0.015″
3/8 oz Cuivre	0.013″	0.015″
1/2 oz Cuivre	0.013″	0.015″	1/2 oz Cuivre	0.013″	0.015″
1 oz Cuivre	0.015″	0.017″	1 oz Cuivre	0.015″	0.017″
2 oz Cuivre	0.016″	0.018″	2 oz Cuivre	0.016″	0.018″
3 oz Cuivre	0.019″	0.021″
4 oz Cuivre	0.022″	0.024″

Exigence diélectrique de PCB

Le diélectrique minimum pour la classe 2 et la classe 3 est de 3,5 mils.

Exigence de placage par trou traversant de PCB

Les exigences de classe 3 sont également plus astringentes pour les vides dans le cuivre. Sur Circuitnet, Paul Reid, coordinateur de programme chez PWB Interconnect Solutions, a déclaré: « Un vide de cuivre est l’endroit où le placage de cuivre dans le canon du trou manque, exposant le matériau diélectrique du trou foré. La classe 2 permet un vide dans 5% des trous. Les classes 3 et 3/A ne permettent aucun vide. »L’épaisseur de placage requise pour la classe 2 est de 0,8 mil contre 1 mil pour la classe 3.

Ce ne sont que quelques exigences qui diffèrent entre la classe 2 et la classe 3. Comme d’habitude, le meilleur conseil que nous puissions vous donner est de communiquer avec votre fabricant de PCB. Ils vous guideront et vous aideront à bien faire les choses la première fois. Vous devez également demander une section transversale de votre planche pour vous assurer que votre boutique répond à vos exigences de classe 2 ou de classe 3. Pour une explication plus détaillée, lisez notre article sur 6 problèmes DFM.

Section de PCB pour vérifier l’exigence de spécification

Les inspections visuelles et radiographiques ne sont pas toujours suffisantes pour assurer l’intégrité d’une carte. Pour vous assurer que votre fabricant de circuits imprimés répond à vos exigences, demandez une analyse de section transversale. Cette technique destructrice est le meilleur moyen de vérifier la structure interne de votre PCB, principalement à l’aide d’un microscope. Le test permet de vérifier divers aspects, tels que les fissures, les vides dans les joints de soudure, le remplissage des trous traversants, etc.

Voici une section transversale d’une carte de circuit imprimé de classe 2:

Et ceci est une section transversale d’une carte de classe 3A:

Chez Sierra, nous réalisons des sections transversales en cours de fabrication pour chaque carte de circuit imprimé que nous fabriquons à chaque étape du processus de construction. Nous vérifions le diélectrique, la gravure au plasma, l’épaisseur du masque de soudure, le cuivre, le placage, etc. Et si nous ne répondons pas aux exigences du client, nous rejetons la carte et en construisons une autre. Si vous avez besoin d’un rapport, vous pouvez demander une coupe transversale finale. Nous vous enverrons un document avec tout ce que nous avons testé et les résultats. Le rapport d’analyse de la micro-section ressemble à ceci:

Critères d’inspection et d’acceptation

Après l’utilisation finale du produit, le degré d’inspection est ce que vous devez prendre en compte lors du choix de la classification dans laquelle votre PCB doit entrer. Gardez à l’esprit que l’inspection est l’un des facteurs qui augmentent le coût lorsqu’un assemblage passe de la classe 2 à la classe 3.

Quand on y pense, le PCBA (Assemblage de cartes de circuits imprimés) n’est pas une tâche simple. La carte doit fonctionner correctement une fois assemblée avec tous ses composants, matériaux et la soudure pour les maintenir ensemble. Selon la classe dans laquelle votre planche tombe, les exigences que vous devrez respecter pour l’inspection différeront. C’est à ce moment que certains documents de la CIB sont utiles pour définir le niveau de critères d’acceptation pour chaque classe de produits.

Documentation

Sur Circuitnet, Leo Lambert, Vice-président de l’EPTAC, a dressé une liste des documents les plus importants, à savoir « la série IPC 2220 pour la conception et la fabrication de cartes de circuits imprimés, les documents de la série IPC 6010 pour les performances et la qualité des cartes, IPC-A 600 pour les exigences d’acceptabilité des cartes, J-STD-001 pour les exigences de soudure et IPC-A-610 pour les exigences d’acceptabilité. »

Il existe une idée fausse qui relie les cartes de classe 3 uniquement au domaine de l’aérospatiale. C’est souvent vrai, mais la classe 3 n’est pas exclusive à l’aérospatiale ou à toute autre industrie. Les critères pour les quatre classes de CIB sont basés sur l’application du produit. Par conséquent, la classe 3 peut également être le critère pour les applications avioniques, militaires, industrielles et médicales.

Il est logique que beaucoup de cartes de classe 3 soient destinées à l’aérospatiale. Les produits lancés dans l’espace doivent être très fiables pour éviter toute défaillance qui pourrait être critique. Et l’inspection supplémentaire est tout simplement trop coûteuse pour le marché commercial et de consommation.

Lorsque vous avez besoin d’une carte de circuit imprimé de classe 3, cela implique que le produit doit être construit selon les critères complets de la CIB. Cela signifie que les équipes de conception et de fabrication doivent prendre en compte la sélection du stratifié, l’épaisseur du placage, les exigences de la bague annulaire, les processus de fabrication, les qualifications des matériaux, l’aménagement des installations, les critères d’inspection, etc. afin de produire la planche qui répond à toutes les exigences de la classe 3.

Pour plus d’informations sur la conception, consultez notre équipe de SERVICE DE CONCEPTION.

Dans un autre article, nous discuterons de la classe 3 pour flex selon IPC-6013, le document sur la qualification et la spécification de performance des PCB flexibles.

Pendant ce temps, vous pouvez lire notre article sur IPC-2581 configuré pour supprimer les fichiers Gerber et IPC-6012 ou IPC-A-600, quelle norme devriez-vous utiliser?