Einführung in das IPC-Richtlinienwerk

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Bibliothek des Wissens
Band 3
Einführung in das
IPC-Richtlinienwerk
IPC-Richtlinien für das
Design und die Fertigung von
Leiterplatten und Baugruppen
Autoren:
Michael Ihnenfeld, Dr. Hartmut Poschmann
Herausgeber:
FED e.V.
Alte Jakobstraße 85/86
10179 Berlin
FED-Schriftenreihe: Bibliothek des Wissens
Band 3
Einführung in das IPC-Richtlinienwerk IPC-Richtlinien für das Design und die Fertigung von Leiterplatten und Baugruppen
2. Auflage 2012
Titel- und Umschlaggestaltung: rabe-art; Berlin
Satz und Layout: Christina Griegel
Druck: Sprintout; Berlin
Text, Abbildungen und technische Angaben wurden sorgfältig erarbeitet und überprüft und
spiegeln die Ansicht und Meinung der jeweiligen Autoren wider. Trotzdem sind Fehler nicht
völlig auszuschließen. Der Herausgeber weist darauf hin, dass Er für die Fehlerfreiheit keine
Gewährleistung und für eventuelle Folgen aus Fehlern keine Haftung übernimmt.
Die Schriftenreihe Bibliothek des Wissens ist urheberrechtlich geschützt. Reproduktionen, gleich welcher Art, sind nur mit schriftlicher Zustimmung des FED e.V. gestattet.
2
Inhaltsübersicht
1
Einleitung
Die Normensituation in Deutschland
5
5
2
Grundbemerkungen zu IPC-Richtlinien
7
3
Angebotspalette, Grundstruktur, Kennzeichnung bei IPC-Dokumenten 8
4
Weiterentwicklung der Richtlinienarbeit beim IPC
16
5
Praktischer Einsatz im Unternehmen
19
6
6.1
6.2
6.3
6.3.1
6.3.2
6.4
19
20
22
23
23
24
6.12
6.13
6.14
Beispiele für bekannte und neue IPC-Richtlinien nach Einsatzgebieten
Design von Leiterplatten
Leistungsspezifikationen für Leiterplatten
Leistungsspezifikationen für Laminate
Laminate für starre Leiterplatten
Leistungsspezifikationen für Laminate für flexible Leiterplatten
Spezifikationen für Oberfächenbeschichtungen (chemisch,
galvanisch, Metallfolien)
Leistungsspezifikationen für Embedded Passives
Datentransfer (CAM) und Produktdatenerstellung
Bauteilmontage
Grundsatzfragen des Lötens. Montage von Flip Chips und BGA
Grundsatzfragen zum Löten - einschließlich Bleifrei
Bauteilauswahl, -Lagerung, -Handling
Flip Chip, BGA, Nacktchip-artige Bauteile
Qualitätssicherung für Leiterplatten und Baugruppen, Abnahmekriterien
Kennzeichnung generell, Bleifrei-Kennzeichnung
Nacharbeit, Reparatur und Modifikation von Leiterplatten oder
Baugruppen
Statistische Prozesskontrolle
Prozessoptimierung für Lötprozesse
Prozess-Simulation
7
Das Verhältnis zwischen IPC-Richtlinien und MIL-Normen
35
8
8.1
Inhaltliche Kurzbeschreibung wichtiger Richtlinien
IPC-2221 – Generic Standard on PWB Design
(Basisrichtlinie für das Leiterplattendesign, Nachfolger IPC-D-275)
36
6.5
6.6
6.7
6.8
6.8.1
6.8.2
6.8.3
6.9
6.10
6.11
24
25
25
27
27
27
28
28
29
31
32
32
33
33
36
3
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
IPC-7351 – Generic Requirements for Surface Mount Design and
Land Pattern Standard (Generelle Anforderungen einen
SMD-Anschlussflächen und Design-Standard)
IPC-6011 – Generic Performance Specification for Printed Boards
(Allgemeine Leistungsspezifikation für Leiterplatten)
IPC-6012 – Qualification and Performance Specification for Rigid
Printed Boards
(Qualifikation und Leistungsspezifikation für starre Leiterplatten
IPC-A-600 – Acceptability of Printed Boards (Abnahme von
Leiterplatten)
IPC J-STD-001 – Requirements for Soldered Electrical and
Electronic Assemblies
(Anforderungen an gelötete elektronische Baugruppen)
IPC-A-610 – Acceptability of Electronic Assemblies
(Abnahme von elektronischen Baugruppen)
37
38
39
40
41
42
9
IPC-Richtlinien in deutscher Übersetzung für Design und Fertigung
43
10
Abgelöste ältere IPC-Richtlinien
45
11
Direkte Informationsmöglichkeiten zu IPC-Richtlinien beim IPC
46
12
Vertrieb und Beratung zu IPC-Richtlinien in Deutschland, Österreich,
Schweiz
48
Anlagen
Anlage 1: Beispiele für die Flankierung bzw. Ablösung von MIL-Normen durch
IPC-Richtlinien
Anlage 2: Abgelöste ältere IPC-Normen
Anlage 3: Erste Schritte auf dem IPC-Way, oder der Beginn der Anwendung der
IPC-Standards in der Fertigungskette*
Anlage 4: Beispiele für den Richtlinienaustausch IPC-IEC
Anlage 5: Normen-Entwicklungs-Zyklus IPC-IEC
Anlage 6: IPC-Richtlinien in den verschiedenen Arbeitsbereichen (Produktentstehung
Anlage 7: IPC Specification Tree
Anlage 8: IPC Richtlinien für das Elektronik Design
Anlage 9: IPC Richtlinien für die Leiterplattenfertigung
Anlage 10: IPC Richtlinien für die Baugruppenfertigung
Die Revisionsbuchstaben bei den Nummern der IPC-Richtlinien wurden zur Vereinfachung weggelassen
4
Einleitung
Normen und Richtlinien haben in unserer Zeit, in welcher der technische Fortschritt in der Elektronik immer schneller wird, nichts von ihrer Bedeutung verloren.
Das Gegenteil ist der Fall. Je differenzierter und vielschichtiger die Bauelementeund technologische Basis für die Elektronikfertigung werden und je differenzierter
die konstruktiven Lösungen für Baugruppen und Geräte aussehen können, desto
dringender benötigt die Fachwelt aktuelle Regeln und hilfreiche Leitlinien. Denn
es geht um die sinnvolle effektive Kombination und Nutzung aller vorhandenen
Möglichkeiten. Mögen Normen oder Richtlinien vielen Zeitgenossen auch oftmals
"spröde" und trocken erscheinen – die Hilfe und gleichzeitig Wissensvermittlung
durch gute und aktuelle Normen und Richtlinien wird oft unterschätzt.
1 Die Normensituation in Deutschland
Seit den sechziger und siebziger Jahren hat sich die Normensituation in Deutschland grundlegend verändert. Die deutsche Elektronikindustrie übernimmt heute
die Mehrzahl der Normen für Design und Fertigung von Leiterplatten sowie Baugruppen aus dem Ausland. Die Normeninhalte kommen meist von der IEC (International Electrotechnical Commission – weltweites Normengremium mit Sitz in
Genf, www.iec.ch) und stammen überwiegend aus dem angloamerikanischen
Bereich. Die Dokumente werden von deutscher Seite meist fachlich kaum oder
unwesentlich geprüft und als Rohübersetzung mit allen Übersetzungsmängeln so
in die deutsche Industrie entlassen. Das ist aber immer noch besser als gar keine
aktuellen Normen mehr zu haben, besonders unter dem Blickwinkel der Globalisierung der Wirtschaft. Normendefizite können sich entscheidend auf die Wettbewerbsfähigkeit eines einzelnen Unternehmens auswirken. Diese Tatsache spürt
man immer mehr, gerade wenn es um die Globalisierung geht.
Gute weltweit eingesetzte Normen und Richtlinien erleichtern erheblich die Verständigung zwischen den Firmen in unterschiedlichen Ländern und Erdteilen. Sie
sind ein Kostensenkungsfaktor, da Missverständnisse in Entwicklung und Fertigung eher ausgeschlossen werden als ohne gemeinsame Grundlagen.
Der amerikanische Fachverband IPC tritt zunehmend als Einreicher von Normen
bei der IEC auf. Die Dokumente heißen wie auch beim IPC in Englisch „Standards“. Bei der IEC erfahren die Dokumente Veränderungen: Umfangreiche Dokumente werden in mehrere Teildokumente „zerlegt“, an die nationalen Normengremien (Deutschland: DKE) zur Diskussion weitergegeben, diese Ergebnisse mit Veränderungsvorschlägen wiederum zurück an die IEC geleitet. Im Ergebnis dessen unterscheiden sich die nun IEC-Standards genannten Dokumente
5
manchmal inhaltlich beträchtlich von den ursprünglichen IPC-Dokumenten. Nur
ein Eingeweihter kann bestimmte IEC-Standards oft noch dem ursprünglichen
IPC-Dokument zuordnen.
In Bezug auf Deutschland ändert sich auch der Begriff: Bei IPC und IEC heißen
die Originaldokumente - wie vorn bereits erwähnt - „Standards“, in Deutschland
sagt man dann zu den DIN IEC- oder DIN EN-Dokumenten gewohnheitsmäßig
„Norm“. Der FED bezeichnet die IPC-Dokumente aber als „Richtlinien“, was sie
letztlich ja auch sind. Eine „Norm“ hat in der ursprünglichen Bedeutung des Wortes wesentlich restriktiveren Charakter als Standards oder Richtlinien der Elektronikindustrie. Z. B. sind die Netzspannung 220V und die Anschlussgestaltung der
Steckdosen in Deutschland eine „echte“ Norm, damit das gesellschaftliche Leben
reibungslos funktionieren kann. Abweichungen sind in der Regel unzulässig. Egal
wie man es sieht – die spezifischen Dokumente wie Standards und Richtlinien der
Elektronikindustrie stellen in der Regel letztlich nur hilfreiche Empfehlungen dar,
die aber viel gesellschaftliches Fachwissen und viele Erfahrungen für die praktische Arbeit enthalten.
Der IPC hat seit etwa 1998 ein relativ hohes Arbeitstempo bei der Erstellung neuer Richtlinien zu verzeichnen. Bis diese vom IPC kommenden und dann von der
IEC als IEC-Standards übernommenen Dokumente bei den deutschen Fachleuten eintreffen, hat das IPC dieselben Richtlinien u. U. bereits wieder überarbeitet
und an den neueren fachlichen Kenntnisstand angepasst.
Fazit: Wer zu vielen Sachgebieten aktuellere Unterlagen als DIN IEC- oder DIN
EN-Normen oder generell Richtlinien zu neuen aktuellen Technikgebieten der
Elektronik haben will, sollte sich am besten gleich direkt an den Richtlinien des
IPC orientieren.
Eine Übersicht zu IPC-Richtlinien, die als IEC-Standards herausgegeben wurden,
gibt Anlage 4. Allerdings weisen die IEC-Standards dann oft - wie vorn schon
erwähnt - eine andere Struktur (Aufgliederung, Anzahl der Teildokumente usw.)
auf als die Ursprungsdokumente des IPC. Anlage 5 zeigt den Weg der Erarbeitung von IPC- und IEC-Richtlinien.
6
2 Grundbemerkungen zu IPC-Richtlinien
Der IPC wurde 1957 als Fachverband der US-amerikanischen Elektronikindustrie
gegründet. Die Abkürzung IPC stand ursprünglich für „Institute for Printed Circuits“. Entsprechend des komplexer gewordenen Arbeitsgebietes wurde er später
umbenannt in „Interconnecting and Packaging Electronic Circuits“. Die letzte
Namensänderung ergab dann die Bezeichnung „Association Connecting Electronics Industries“. Die inzwischen weltweit bekannte Abkürzung „IPC“ wurde beibehalten.
Weitere
Informationen
dazu
findet
man
unter
www.ipc.org/ContentPage.aspx?pageid=IPCs-Name. Der IPC ist weltweit die
einzige Institution, die eine breite Palette von Dokumenten durchgehend für den
gesamten Prozess
Design – Leiterplattenherstellung – Baugruppenproduktion
aus einer Hand anbietet. Der IPC erarbeitet diese Dokumente verstärkt mit anderen amerikanischen Fachverbänden und Vereinigungen (z.B. EIA, Sematech,
JEDEC) sowie zunehmend auch mit japanischen Verbänden (z.B. JPCA). Der
JPCA (japanischer Leiterplattenherstellerverband) bezieht wiederum weitere asiatische Fachverbände in seine Arbeit ein (Anlage 5).
Ein kurzer Blick in den aktuellen Dokumentenkatalog des IPC - herunterladbar
unter www.fed.de (Rubrik Downloads) oder www.ipc.org bzw. www.ipc.org/pdfs/
pubscatFull.pdf - reicht, um festzustellen, dass sein Richtlinienangebot auf dem
oben genannten Fachgebiet wesentlich breiter und ausgewogener ist als das in
Deutschland oder bei der IEC anzutreffende. Der IPC ist zunehmend bemüht, den
Übergang zu neuen Baugruppentechniken in der Praxis möglichst frühzeitig mit
entsprechenden Richtlinien und ergänzenden, die Richtlinien untersetzenden
Handbüchern (HDBK - Handbook) zu unterstützen. Wichtige Dokumente sollen
gemäß einem Beschluss des IPC von 1996 regelmäßig an den aktuellen Technikstand angepasst werden, bei den wichtigsten im Abstand von ca. zwei bis drei
Jahren. Bei einer Reihe von Richtlinien und Handbüchern ist dieses inzwischen
der Fall (z. B. IPC-A-610, J-STD-020).
Es ist festzustellen, dass das internationale Interesse an IPC-Dokumenten in
Europa, Asien, Australien und Süd- sowie Mittelamerika in gleichem Maße zunimmt, wie sich Internationalisierung und Globalisierung der Wirtschaft weltweit
entwickeln. Auch in Afrika, insbesondere in den nordarabischen Ländern (Israel,
Tunesien...) und Südafrika, entwickelt sich die Elektronikindustrie stetig weiter und
setzt zunehmend auf IPC-Richtlinien.
Der IPC hat Anfang 2002 eine Strategie für die zukünftige Richtlinienarbeit herausgebracht, in der klar die Globalisierung der IPC-Richtlinien als ein Hauptziel
herausgestellt wird. IPC-Richtlinien sollen zukünftig die globalen Standards sein.
Um dieses zu erreichen, wurden ab 2002 erstmals offizielle Vertretungsbüros des
7
IPC in anderen Erdteilen eingerichtet, so in China (Shanghai), Australien, Europa.
Danach sollen weitere Niederlassungen an anderen Wirtschaftsbrennpunkten
folgen. In der Vergangenheit stammte mancher MIL-Standard für Entwicklung und
Fertigung von Leiterplatten sowie Baugruppen im Prinzip aus dem IPC. Inzwischen hat ein umgekehrter Prozess eingesetzt: MIL-Standards werden zunehmend zurückgezogen und faktisch durch IPC-Richtlinien ersetzt. Ein Beispiel
hierfür ist der MIL-Standard MIL-S-13949 (Basismaterialien für starre Leiterplatten). Dieser wurde vom DoD (Department for Defense) offiziell durch die Richtlinie
IPC-4101 ersetzt.
Mit wachsendem globalem Einsatz der IPC-Richtlinien ist natürlich auch ein zunehmendes Angebot der Richtlinien in anderen Sprachen als Englisch verbunden.
Der FED ist dabei mit seinen deutschen Übersetzungen der wichtigsten Richtlinien im internationalen Maßstab ein Vorreiter. IPC-A-610 „Abnahmekriterien für
elektronische Baugruppen“ ist das Paradebeispiel des IPC für Internationalität.
EMS (Electronic Manufacturing Services – Baugruppendienstleister) in vielen
Ländern setzen bereits nationale Ausgaben ein, die vom Grundaufbau und von
der Seitenzahl her identisch untereinander sind und somit Seite für Seite parallel
eingesetzt werden können. Sprachbeispiele: Chinesisch, Koreanisch, Indisch
(Hindi), Deutsch, Dänisch, Finnisch, Französisch, Italienisch, Japanisch, Vietnamesisch, Polnisch, Rumänisch, Russisch, Schwedisch, Spanisch, Ungarisch.
3 Angebotspalette, Grundstruktur, Kennzeichnung
bei IPC-Dokumenten
Angebotspalette
Der Haupt-Publikationskatalog des IPC enthält Hinweise auf etwa 300 IPCDokumente, davon abzüglich der Technischen Reports (TR), Marktstudien
(EMTF) usw. über 200 Richtlinien. Zu diesem Katalog hinzu, kommen zahlreiche
Trainingsunterlagen auf Papier-, CD- und DVD-Basis, die in einem gesonderten
IPC-Dokument enthalten sind. Insgesamt bietet der IPC damit an:
8
Art/Gebiet
Inhaltsbeispiele
MultimediaTrainingsunterlagen
Visuelle Trainingsmaterialien (Visual Training) als Poster,
Video, CD, DVD für Leiterplatten- und Baugruppenfertigung, bleifreies Löten, Reparatur/Nacharbeit, Kabelbaumfertigung u.a.
Richtlinien (Standards) und
untersetzende Handbücher
(Handbooks, Guidelines)
Design, Laminate, Einkauf von Hilfsmaterialien (Lote,
Flussmittel, Lötstopplacke, Schutzlacke, Vergussmaterialien, Kennzeichnungen...)
Leiterplatten- und Baugruppenfertigung, QS/Test, Reparatur/Nacharbeit, Zuverlässigkeitsaspekte, Testcoupons,
Materialdeklarationen
Lieferanten- und Maschinenqualifizierung (Selektionshilfen auf Basis von Benchmarking)
Management, Einkaufs-, Markt- Marktforschungsberichte (Market Research Reports
und Absatzunterstützung
Roadmaps für die Entwicklung der Elektronikindustrie
Auditierung/Zertifizierung
EMS-Managertraining
Certified Interconnect Designer (CID, CID+)
Training für Leiterplatten. Baugruppen- und KabelbaumHersteller nach IPC-A-600, J-STD-001, IPC-A-610,
IPC/WHMA-A-620
Handbücher (Manuals)
Technische Berichte (Technical Reports) zu
Bleifrei, Halogenfrei
Testmuster (Test Vehicles)
Artwork auf fertiger Leiterplatte, als Datensatz
oder Filmvorlage
Seminare/Kurse
Design, Baugruppenfertigung, Qualitätssicherung
Das Richtlinienangebot deckt alle wesentlichen Arbeitsbereiche vom Design bis
zum Einkauf der Hilfsmaterialien, Fertigung und Test von Leiterplatten und Baugruppen einschließlich Reparatur/Nacharbeit ab:
•
Design von Leiterplatten- und Hybridbaugruppen unterschiedlicher Konstruktionen, u.a. Standard-LP, HDI-LP, MCM, COB, MID, diskrete Mikroverdrahtung, PCMCIA, TAB,
9
•
Fertigung von Leiterplatten einschließlich Laminate, Hilfsmaterialien,
Qualitätssicherung, Datenübertragung, Datenformate, CAM und der notwendigen Spezifikationen,
•
Baugruppenfertigung einschließlich Qualitätssicherung, Materialspezifikationen und -tests, Nacharbeit, Reparatur, Zuverlässigkeitsprüfung
•
Vorlagenerstellung, Vorlagenmuster, Testpattern, Musterleiterplatten.
Eine Reihe weiterer Materialien vermittelt zusätzliche Informationen:
•
Technische Handbücher in Form von thematischen Normensammlungen
zu Design, Test, LP-Materialien, SMT-Bestückung, flexiblen Schaltungen
usw.
•
technische Reports zum Stand progressiver Verfahrensschritte und
Techniken
•
Video-Trainingsmaterialien zu Design, LP-Fertigung, Vorlagenerstellung,
Bestückung, Test (auch CD-ROMs für interaktives Multimediatraining)
•
Trainingskits, Trainingsposter (z.B. für Bestückung).
Viele Dokumente werden inzwischen parallel in Papier- und elektronischer Form,
z. B. als CD-ROM und/oder DVD oder auch als Download-Möglichkeit via Internet
angeboten.
10
Grundstruktur und genereller Einsatz des Richtlinienwerkes
Grundziel des IPC bei der Erarbeitung der Richtlinien war und ist es auch weiterhin, ein Richtlinienwerk zu schaffen, welches in sich geschlossen ist sowohl für
die jeweiligen einzelnen Entstehungsschritte der Elektronik (d.h. jeweils für Design, Vorlagenerstellung, Leiterplattenfertigung, Baugruppenherstellung, Test
usw.) als auch für den gesamten linearen Entstehungsprozess von Elektronikprodukten. Das bedeutet, dass die einzelnen Kernrichtlinien für Laminatauswahl,
Design, Leiterplatten- und Baugruppenfertigung, Nacharbeit/Reparatur aufeinander aufbauen und so nach Möglichkeit auch anzuwenden sind.
Grundlage dafür ist die IPC-Einteilung der fertigen Elektronikprodukte in 3 Klassen.
Auszug aus der Richtlinie IPC-A-610E "Abnahmekriterien für elektronische
Baugruppen" (Vorwort, Pkt.1.2):
"Die visuellen Vorgaben in diesem Dokument (IPC-A-610E) reflektieren die Forderungen vorhandener IPC-Dokumente sowie weiterer anwendbarer Spezifikationen. Wenn der Anwender diese vorliegende Richtlinie seiner Qualitätskontrolle in
der Baugruppenfertigung zugrunde legen will, sollte die Baugruppe bzw. das
Produkt den Anforderungen anderer IPC-Dokumente wie IPC-7351, der IPC2220-Serie, der IPC-6010-Serie und der IPC-A-600 entsprechen. Wenn die Baugruppe nicht diesen oder vergleichbaren Anforderungen entspricht, müssen die
Akzeptanzkriterien zwischen Kunden und Lieferanten vereinbart werden.“
Das bedeutet im Klartext: Wenn die Konstruktion und das Layout nicht mit den
Designanforderungen der IPC-2220-Serie oder IPC-7351 übereinstimmen, können auf sie auch nicht die Abnahmekriterien der IPC-A-610 und IPC-A-600 angewendet werden.
Den vollen Nutzeffekt aus der Anwendung von IPC-Richtlinien erhält man am
ehesten, wenn man sie systematisch anwendet. Der Anwender muss dieses
selbst entscheiden. Jedoch sagt der IPC auch ganz deutlich, dass die IPCRichtlinien lediglich gemeinschaftliche Erfahrungswerte der Industrie darstellen
und dass man sie anwenden kann, aber nicht muss. Meint man, für einen bestimmten Einsatzzweck besser geeignete Richtlinien/Vorgaben zu haben, kann
man dieses mit dem Partner absprechen und schriftlich festlegen.
Da die konkrete Situation in jedem Produkt und in jedem Unternehmen (Maschinen, Materialien usw.) unterschiedlich ist, kann das Unternehmen selbst entscheiden, ob und wie es die Empfehlungen der IPC-Richtlinien an seine konkreten
Belange anpasst, seine eigenen Vorgaben ergänzend hinzufügt und damit eigentlich schon den Schritt in Richtung einer Werksrichtlinie vollzieht. Da aber die
weltweit zunehmend eingesetzten IPC-Richtlinien in immer mehr Ländern als
einheitliche Ausgangsbasis für die Elektronikindustrie dienen, ist durch ihren Einsatz natürlich global ein leichteres Miteinander bzw. Abstimmen möglich.
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Viele Firmen wenden die visuellen Abnahmekriterien von IPC-A-600 (Leiterplatten), IPC-A-610 (Baugruppen) und IPC/WHMA-A-620 (Kabel, Stecker, Kabelbäume) in ihrer Fertigung bzw. Qualitätssicherung an, ohne die weiteren vorangegangenen oder nachfolgenden Schritte der Elektronikerstellung (Laminatauswahl,
Design, Reparatur/Nacharbeit, Test) auf Basis der dafür zuständigen und gültigen
IPC-Richtlinien durchzuführen. Das kann die Effektivität des Einsatzes dieser drei
QS-Richtlinien in der Fertigung wesentlich mindern und zu Verteuerungen in der
Fertigung führen.
Einige wichtige Richtlinien des IPC, aufgegliedert nach den Entstehungsschritten
von Elektronik, zeigt Tabelle 1. Dabei sind die fett gekennzeichneten Dokumente
in jeder Spalte gleichzeitig die wichtigsten Basisdokumente für die weiteren in der
jeweiligen Spalte (z. B. zum Design) zitierten Richtlinien. Zum Teil leiten die „fetten“ Dokumente thematische Richtlinienfamilien ein, sind also übergeordnet.
Erinnert man sich an das oben gesagte über den Zusammenhang zwischen den
einzelnen Entstehungsstufen von Elektronik (Design, Leiterplatten-, Baugruppenfertigung usw.), kann man in der Tabelle durchaus einen zweidimensionalen Zusammenhang der IPC-Richtlinien erkennen: horizontal im Fertigungsfluss, vertikal
nach Produkt- oder Technologiearten. So systematisch ist in etlichen Fällen auch
die Richtlinienerstellung des IPC angelegt: nach Möglichkeit alle Richtlinien aufeinander abzustimmen. Dieses ehrgeizige Vorhaben kann jedoch aufgrund des
großen Entwicklungstempos der Elektronik nicht immer eingehalten werden, da
bei der Revision einer wichtigen zentralen Richtlinie auch gleichzeitig die verwandten oder tangierenden oder untersetzenden Richtlinien aktualisiert oder
angepasst werden müssten.
12
Tabelle 1: Zweidimensionaler Zusammenhang der IPC-Richtlinien (Stand: 1.12.2011)
Design
BaugruppenFertigung
Laminate für LP
LP-Fertigung
IPC-2220-Serie mit
IPC-2221
(Basis für generelle
Anforderungen)
IPC-4100/4200-Serie
IPC-4101
(Basis für starre LP)
Laminat und Prepreg
IPC-6010-Serie mit
IPC-6011
(Basis für generelle Leistungsanforderungen)
IPC-2222 (starre LP)
IPC-4110
(Phenolharz)
IPC-4121
(Multilayer Core)
IPC-6012
J-STD-002
(Leistungsanforder- (Lötbarkeitstests für
ungen für starre LP) Bauteile)
IPC-2223 (flex. LP)
IPC-4202 (Flex Diele.)
IPC-6013
J-STD-003
(Leistungsanforder- (Lötbarkeitstests für
ungen für flexible LP Leiterplatten)
IPC-2224 (PC Cards)
J-STD-004
(Anforderungen an
Flussmittel)
IPC-2225 (MCM)
IPC-2226 (HDI-LP)
IPC/JPCA-4104
(HDI)
IPC-2251
(High-Speed)
IPC-4103
(High Speed)
IPC-2252
(RF/Microwave)
J-STD-Serie, z. B.
J-STD-001 (Basisrichtlinie Löten)
IPC-6015 (MCM)
J-STD-005
(Anforderungen an
Lotpasten)
IPC-6016 (HDI-LP)
J-STD-020
(FeuchtigkeitsReflowlötenKlassif.-Test für
SMT-Bauteile)
IPC-6018
(Microwave)
IPC-A-600
(visuelle Leiterplatten - Abnahmekriterien)
IPC-A-610
(visuelle Baugruppen - Abnahmekriterien)
Die Revisionsbuchstaben bei den Nummern der IPC-Richtlinien wurden zur Vereinfachung weggelassen
13
Kennzeichnung von IPC-Dokumenten
Ein erster Blick in die Preisliste am Ende „IPC Publication Catalog“ erweckt den
Eindruck, dass die Nummerierung der Dokumente recht uneinheitlich ist. Dem ist
nicht ganz so. Es ist nützlich zu wissen, dass im Grundsatz drei unterschiedliche
Nummerierungsarten angewendet werden, die zeitlich nacheinander im Abstand
vieler Jahre entstanden sind und nun seit Mitte der 90er Jahre (dem Zeitpunkt der
Einführung des dritten, neueren Systems) zeitlich parallel für die jeweiligen Dokumente existieren und fortgeführt werden.
► Variante 1 (Beispiel IPC-D-275, jetzt nicht mehr gültig)
Die meisten Dokumente des IPC wurden in der Anfangszeit des IPC, also in den
Jahren nach seiner Gründung 1957, dreiteilig in dieser Reihenfolge gekennzeichnet:
IPC als Herausgeberzeichen
Buchstaben (Sachgebiet, z. B. D = Design, A = Assembly, M = Manual, TR =
Technical Report, HDBK – Handbook...)
aufsteigende Zahlen, seit Herausgabe von Richtlinien beginnend mit der
„1“
Beispiel: IPC-D-275 (D = Design, laufende Dokumentennummer in der Reihenfolge der Entstehung beim IPC = 275).
Weitere Beispiele: IPC-D-279, IPC-TR-489, IPC-A-600, IPC-A-610, IPC-HDBK001.
Im Falle der gemeinsamen Herausgabe einer Richtlinie mit einem anderen Fachverband wird der andere Fachverband vorn hinzugefügt:
Beispiel: IPC/WHMA-A-620 (WHMA = US-Fachverband der Kabelbaumhersteller).
Das Prinzip, dass der Buchstabe das Einsatzgebiet der Richtlinie kennzeichnet,
wurde jedoch nicht konsequent eingehalten: Das Dokument IPC-A-44 ist beispielsweise ein „Mass Lamination Artwork“, hat also trotz des Buchstabens „A“
nichts direkt mit Assembly zu tun, sondern eben mit „Artwork bzw. Vorlagen“. Erst
im Zusammenhang mit dem Titel des Dokumentes ist das Anwendungsgebiet klar.
Zu Artworks gibt es eine ganze Palette von Dokumenten.
Beispiele: IPC-A-22-D-Kit, IPC-A-25-D-Kit, IPC-A-47-G-Kit
Der (eventuell vorhandene) Ergänzungsbuchstabe hinter der Zahl zeigt an, um
welche überarbeitete Ausgabe des Dokumentes (Revision) es sich handelt. Die
Revisionsbuchstaben werden in alphabetischer Reihenfolge verändert.
14
Beispiel: IPC-7351B ist das überarbeitete Dokument IPC-7351A.
Der Kunde kann so in Verbindung mit der aktuellen Richtlinienliste oder mit dem
aktuellen Richtlinienkatalog anhand des letzten Buchstabens feststellen, ob er
über ein noch aktuelles Dokument verfügt.
► Variante 2 (Beispiel IPC J-STD-001D bzw. IPC/JEDEC J-STD-033B.1)
Diese Variante des Kennzeichnungssystems wurde bei der Herausgabe von
Richtlinien eingesetzt, die gemeinsam mit anderen Fachverbänden der USA erstellt wurden. Mit „J-STD-xxx = Joint Standard - gemeinsame Richtlinie) und den
vorangesetzten Kürzeln des IPC bzw. der insgesamt herausgebenden Verbände
soll auf die gemeinsame Richtlinie hingewiesen werden. Das Anwendungsgebiet
ist nicht mehr zu erkennen, da der mittlere Buchstabe der Nummer entfällt. Insider
wissen jedoch, dass sich alle Richtlinien mit J-STD-xxx auf die Baugruppenfertigung beziehen.
Beispiele: IPC J-STD-001E, IPC/JEDEC J-STD-020D, IPC/EIA J-STD-032.
► Variante 3 (Beispiel IPC-2221A)
Seit 1995 ist die Nummerierung nach Variante 1 und 2 durch eine dritte Variante
ergänzt worden, einen dezimalen zweiteiligen Aufbau der Dokumentennummer
(Beispiel: IPC-2220-Serie) mit hierarchischer Nummerngliederung für untersetzende Dokumente. Diese Veränderung der Kennnummer geht mit einer teilweisen
inhaltlichen Revision der Vorläuferdokumente einher, die dann mit der neuen
Nummer herausgegeben werden.
Beispiel: IPC-D-275 alt, IPC-2220-Richtlinienfamilie neu.
Die dezimale Untergliederung geht auf einen Vorschlag des FED an den IPC aus
dem Jahre 1995 zurück, in dem der FED sein damaliges dezimales DatenbankKlassifizierungssystem vorstellte. Mit der zweidimensionalen dezimalen Untergliederung der Dokumente (x-Richtung nach Entstehungsschritten der Elektronik
und y-Richtung für die Dokumentenunterteilung zu jedem Schritt) lassen sich
zusammenhängende Dokumentenfamilien bilden, die sich beliebig erweitern
lassen (siehe Tabelle 1).
15
Beispiel: Design-Richtlinien-Familie IPC-2220
IPC
als Herausgeberzeichen
IPC-2220
Allgemeine Obernummer für die Familie
IPC-2221
Basisrichtlinie mit grundlegenden Festlegungen zum Design
(Generic Standard)
IPC-2222
Design starrer Leiterplatten (Sectional Standard)
IPC-2223
Design flexibler und starr-flexibler Leiterplatten (Sectional
Standard)
IPC-2224
Design von Leiterplatten für PC-Karten (Sectional Standard)
usw.
Leider wurde der FED-Vorschlag vom IPC nur teilweise umgesetzt. Ein Blick in
den IPC-Katalog und auch in Tabelle 1 zeigt, dass alte und neue Nummerierungsarten im Richtlinienangebot gleichermaßen vertreten sind, was der Dokumententransparenz nicht unbedingt förderlich ist.
4 Weiterentwicklung der Richtlinienarbeit beim IPC
Die gegenwärtigen Aktivitäten des IPC auf dem Richtliniensektor lassen sich
durch vier wesentliche Arbeitsrichtungen kennzeichnen:
•
•
•
•
Weitere Verbesserung der Aktualität und Qualität der Dokumente
Anhebung des offiziellen Status der Richtlinien in den USA selbst und
weltweit
inhaltliche und strukturelle Neuordnung der Richtlinien entsprechend den
wachsenden Anforderungen an sie seitens der Nutzer (d.h. weitere thematische Differenzierung)
Verstärkung der gemeinsamen Erarbeitung von Richtlinien mit anderen
Fachverbänden in den USA, China und Japan. Andere Länder wie
Deutschland (FED) arbeiten zu ausgewählten Themen mit. Chinesische
Fachverbände sollen in den nächsten Jahren laut IPC durch Hilfe seitens
des amerikanischen Fachverbandes soweit befähigt werden, dass sie
sich zunehmend an der Erarbeitung neuer Richtlinien beteiligen können.
Die Mitarbeit Deutschlands und generell Europas in den Standard Committees des IPC entspricht noch nicht deren Möglichkeiten und ist weiter
ausbaubar.
Die vier genannten Ziele werden durch eine Reihe wichtiger Maßnahmen realisiert, die der IPC seit 1995 eingeleitet hat. Einige von ihnen werden nachfolgend
kurz vorgestellt, da das Wissen um diese Maßnahmen und ihre Folgen wichtig für
16
die Bereitschaft der Unternehmen weltweit sind, IPC-Dokumente zukünftig noch
verstärkt einzusetzen.
IPC-Richtlinien mit dem ANSI-Gütesiegel
Die Erarbeitung von Standards im Techniksektor erfolgt in den USA vor allem
durch Fachverbände, wobei die Qualität der Standards recht unterschiedlich ist.
Um eine gewisse Mindestqualität der Standards zu erreichen, können die Verbände ihre Standardisierungsarbeit vom staatlichen American National Standards Institute (ANSI), dem Dachorgan der Normung in den USA, zertifizieren
lassen. Das hatte Mitte der 90er Jahre auch der IPC beschlossen. Neue IPCStandards entstehen seit 1997 auf Grundlage der von ANSI vorgegebenen Erarbeitungsmethodik. Nach Fertigstellung beim IPC durchlaufen sie einen zusätzlichen Genehmigungsschritt bei ANSI und dürfen nach Freigabe den Aufdruck
„Approved by ANSI“ als Gütesiegel tragen. Das bedeutet, dass dann alle wichtigen Dokumente auf der Grundlage und unter Einhaltung der vom ANSI vorgeschriebenen Erarbeitungsprozeduren entstehen. Damit erfahren die IPCDokumente eine erhebliche fachliche und wirtschaftliche Aufwertung nicht nur in
den USA, sondern auch in der gesamten Welt.
Der IPC unternimmt den Schritt der ANSI-Zertifizierung auch deshalb, weil er wohl
zu der Ansicht kam, dass IPC-Dokumente international noch breiter und einfacher
akzeptiert werden, wenn die wichtigsten Dokumente den "ANSI-Stempel" tragen.
Ein weiterer Nutzen der staatlichen Zertifizierung ist, dass die Dokumente, wenn
sie die ANSI-Anerkennung erlangen wollen, in einem bestimmten Mindestmaß
inhaltlich mit den Vorstellungen anderer fachlich benachbarter Fach- bzw. Branchenvereinigungen abgestimmt sein müssen. Beispiele: EIA, Sematech, JEDEC,
SMTA. Stellenweise gehört auch das US-Verteidigungsministerium DoD (Department of Defense) dazu.
Inhaltliche und strukturelle Neuordnung der Richtlinien
In Anpassung an die wachsenden Erwartungen der amerikanischen Elektronikindustrie hat der IPC entsprechende Beschlüsse zur strukturellen Neuordnung
seiner Standards gefasst und die schrittweise inhaltliche Überarbeitung sowie
Neuordnung einer ganzen Reihe von Dokumenten innerhalb der Jahre 1996 bis
2000 begonnen und verwirklicht. Diese Arbeit wird bis heute fortgesetzt.
Damit war gleichzeitig, wie vorn bereits beschrieben, eine teilweise Veränderung
der inhaltlichen Aufteilung und Nummerierung der Dokumente verbunden. Der
IPC verfolgt mit dieser neuen Strategie das Ziel, den Anwendern neben übergreifenden Basisdokumenten (Generic Documents) auch nahtlos untersetzende
Richtlinien (Sectional Specifications) zu spezifischen Materialfragen und Leiterplatten- bzw. Baugruppentypen anzubieten (siehe Tabelle 1). Dadurch wächst die
Übersicht über den fachlichen Zusammenhang der Dokumente einer Serie. Durch
17
die Darstellung der Spezifika der einzelnen Sachgebiete in getrennten, untersetzenden Dokumenten ist es auch einfacher geworden, die Richtlinien einzeln inhaltlich dem immer schneller werdenden technischen Fortschritt anzupassen.
Zudem entlastet der nun besser mögliche Einzelbezug dieser Dokumente die
Kunden finanziell.
Wenn aber kein Zwang zur inhaltlichen Neustrukturierung (inhaltlichen Auffächerung) eines bereits vorhandenen Dokumentes erkennbar war oder ist, behält das
überarbeitete (neue) Dokument oft auch nach der Revision die alte GrundNummer. Beispiel: IPC-A-610C ist seit Anfang 2000 der Nachfolger von IPC-A610B, IPC-A-610D seit 2005 der Nachfolger von IPC-A-610C und IPC-A-610E
seit 2010 der Nachfolger von IPC-A-610D. Die Nummer blieb trotz wesentlicher
inhaltlicher Erweiterung immer erhalten. Bei der Ablösung der Designrichtlinie
IPC-D-275 durch die neue Designrichtlinien-Familie IPC-2220 war dies völlig
anders. Hier erfolgte eine Neuordnung und Aufteilung in mehrere Dokumente, um
den unterschiedlichen Technologien gerecht zu werden.
Die Erarbeitungsstufen von IPC-Dokumenten
Die Überarbeitung (Revision) oder Neuerarbeitung von IPC-Richtlinien läuft über
vier Stufen:
1. Stufe:
Fertigstellung Working Draft (1. Arbeitsentwurf für die Diskussion innerhalb der
Richtlinien-Projektgruppe mit anschließender Einarbeitung der Diskussionsergebnisse.)
2. Stufe:
Proposed Standard for Ballot (Fertigstellung und Herausgabe eines Entwurfes,
der nun in die Abstimmungsrunde geht, d.h. ob er schon den angestrebten inhaltlichen Grundanforderungen der geplanten Richtlinie entspricht.)
3. Stufe:
Final Draft for Industry Review (Endabstimmung des Entwurfes in der Praxisbreite
mit der Industrie.)
4 Stufe:
Published Standard (Veröffentlichung
Industrieabstimmung.)
bzw.
Freigabe
nach
erfolgreicher
5. Stufe:
Abstimmung mit ANSI und evtl. noch weiteren Verbänden (sofern nicht schon
erfolgt im Rahmen eines gemeinschaftlich geplanten Standards, z.B. J-STD).
In der Regel benötigt man bei der Revision einer Richtlinie ca. 1-2 Jahre bis zur
Freigabe, wobei die konkrete Dauer natürlich von mehreren Faktoren abhängt:
Dringlichkeit des Themas, Klarheit in den Fakten, Forderungen, Vorgaben, Eini18
gung mit Partnern, aber auch wirtschaftliche Faktoren der Wirtschaft und des IPC
(z. B. Kostenaufwand für die Sitzungen der Standards Committees).
5 Praktischer Einsatz im Unternehmen
Viele Firmen stehen angesichts der Vielzahl der IPC-Richtlinien und der zunehmenden Anzahl der gemeinschaftlichen Richtlinien des IPC mit anderen Verbänden vor der Frage, wie man möglichst „schmerzlos“ mit der Anwendung der Richtlinien beginnt. Muss es gleich eine möglichst große Anzahl sein – oder wenn
nicht, mit welchen fängt man an? Der breite Einsatz von IPC-A-610 „Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen“ weltweit erübrigt teilweise bereits diese
Frage. Viele Firmen haben mit IPC-A-610 diesen Schritt bereits vollzogen. Natürlich kann man mit einem kleinen Kreis von Unterlagen entsprechend seinem konkreten Arbeitsgebiet bzw. Firmenprofil den Einstieg fortsetzen. Es sei jedoch auf
die Meinung des IPC in Punkt 4 dieser Schrift bezüglich der vollen Effektivität der
IPC-Richtlinien verwiesen. In Anlage 3 wird die Kurzfassung eines in der Fachzeitschrift PLUS veröffentlichten Berichtes über den Einstieg in die IPC-Richtlinien
wieder gegeben, der bis heute nichts von seiner Gültigkeit eingebüßt hat. Der
Einstieg wird inzwischen noch dadurch wesentlich vereinfacht, dass der FED die
wichtigsten IPC-Unterlagen bereits in deutscher Übersetzung anbietet und
dadurch das manchen Fachleuten „lästige“ Fachenglisch als Gegenargument in
den Hintergrund tritt (siehe Pkt. 9).
6 Beispiele für bekannte und neue IPC-Richtlinien nach
Einsatzgebieten
Es wir hier nicht angestrebt, wie im „Richtlinienbaum“ (IPC Specification Tree) des
IPC in Anlage 7 einen umfassenden Gesamtüberblick zu geben, sondern lediglich
einen inhaltlichen Eindruck über den Richtlinienumfang. Das erfolgt anhand der
nachfolgenden Sammlung wichtiger Richtlinientitel, die tabellarisch nach Einsatzgebieten geordnet sind. Zur Abrundung der Übersicht werden ein paar oft genutzte Richtlinien kurz inhaltlich vorgestellt.
Ergänzend werden zur Vervollständigung der Übersicht einige Richtlinien eingeschlossen, die noch in Arbeit sind. Es handelt sich dabei teils um die Revision
bereits vorhandener Ausgaben, teils aber auch um völlig neue Richtlinien. Die
Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Anlage 6 enthält als Untersetzung zu Punkt 5 eine vom FED erstellte Übersicht zu
den wichtigsten Richtlinien, die ein bestimmtes Arbeitsgebiet betreffen.
19
6.1 Design von Leiterplatten
Die Serie IPC-2220 ist eine Mischung überarbeiteter vorhandener und ganz neuer
Grundlagendokumente. Sie befasst sich mit dem allgemeinen Design von Leiterplatten und hat 1998 auch die bekannte Richtlinie IPC-D-275 abgelöst. Sie enthält
sowohl Grund- als auch Fachbereichsrichtlinien.
Sie wird hierarchisch in nachfolgende Schriften aufgeteilt (Tabelle 2). Als sehr
wichtiges Grundsatzdokument wurde in Tabelle 2 auch der neue Land Pattern
Standard IPC-7351B ergänzend aufgenommen. IPC-7351B löst die Richtlinie
IPC-SM-782A ab, welche über viele Jahre nicht unumstritten bezüglich der Anschlussstellenvorschläge eingesetzt wurde.
Tabelle 2: Richtlinien für das Design der verschiedenen LP-Arten
Stand: 1.12.2011
Titel
Nummer
Abgelöste
IPC-Richtlinie
Standard for Determining Current Carrying Capacity
in Printed Board Design
IPC-2152
Generic Standard on Printed Board Design
IPC-2221A
IPC-D-275
Sectional Standard on Rigid PWB Design
IPC-2222A
IPC-D-275
Sectional Standard for Flexible Printed Boards
IPC-2223C
IPC-D-249
Sectional Standard for Design of PCB for
PC-Cards
IPC-2224
Sectional Design Standard for Organic Multichip
Modules (MCM-L) and MCM-L-Assemblies
IPC-2225
Sectional Design Standard for High-Density
Interconnect (HDI) Printed Boards
IPC-2226
Generic Requirements for Surface Mount Design and IPC-7351B
Land Pattern Standard
Stencil Design Guidelines
IPC-7525B
Design and Assembly Process for Bottom Termination Components (QFN, DFN, LGA…….)
IPC-7093
Design and Assembly Flip Chip/Die Size Components
IPC-7094
Design and Assembly BGA
IPC-7095B
20
IPC-SM-782A
Die IPC-2221A befindet sich in der Revision zur IPC-2221B (Final Draft).
Die IPC-7095B befindet sich in der Revision zur IPC-7095C (Proposed Standard
for Ballot).
•
•
Mit IPC-2316 ist ein spezieller Design Guide für Embedded Passive Devices
(vergrabene passive Bauteile) in Leiterplatten im März 2007 herausgekommen.
Die Richtlinie IPC-4761 „Design Guide for Protection of Printed Board Via
Structures” erschien 2006.
HDI-Leiterplatten mit Microvias
Für das Design von High Density-Leiterplatten mit Microvias und die dazugehörige Materialauswahl sind die Dokumente IPC/JPCA-2315, IPC/JPCA-4104 und
IPC/JPCA-6801 als gemeinsame Ausgabe des IPC und des japanischen Leiterplatten-Fachverbandes JPCA erschienen (Tabelle 3).
Tabelle 3: Richtlinien für HDI
Titel
Nummer
Design Guide for High Density Interconnect Structures/Microvias
IPC/JPCA-2315
Specification for High Density Interconnect (HDI) and Microvia
Materials
IPC/JPCA-4104
Design Guide for Protection of Printed Board Via Structures
IPC-4761
Qualification and Performance Specification for High Density
Interconnect (HDI) Layers or Boards
IPC-6016
Terms and Definitions, Test Methods, and Design Examples for
Build-Up/High Density Interconnect (HDI) Printed Wiring Boards
IPC/JPCA-6801
Auch die J-STD-Serie (= Joint Standard...) enthält teilweise Hinweise, die beim
Design hochdichter Leiterplatten bzw. Baugruppen zu berücksichtigen sind.
IPC-7095 "Design and Assembly Process Implementation for BGAs" enthält
ebenso Hinweise auf Design und Einsatz von HDI-Leiterplatten im Zusammenhang mit Design und Fertigung von BGA.
Die im Gliederungspunkt "Laminate" zitierte IPC-4121 unterstützt bei der Auswahl
der Kernkonstruktion von Multilayer-Leiterplatten.
21
High Frequency/RF/High Speed Design
Tabelle 4: Richtlinien für RF/Microwave/High-Speed-Design
Titel
Nummer
Design Guide for High Speed Controlled Impedance Circuits
IPC-2141A
Design Guide for the Packaging of High Speed Electronic Circuits
IPC-2251
Design Guide for RF/Microwave Circuit Boards
IPC-2252
IPC-4103 gibt Hilfe bei der Laminatauswahl für High Speed.
Schablonendesign
Zwei Richtlinien geben Anleitung zum Design, zur Anwendung und Reinigung von
Schablonen für den Lotpasten- und Kleberauftrag:
IPC-7525 – Stencil Design Guide
IPC-7526 – Stencil and Misprinted Board Cleaning Handbook
6.2 Leistungsspezifikationen für Leiterplatten
Die Serie IPC-6010 beinhaltet die Qualifikation und Leistungsspezifikation von
Leiterplatten. Sie ist wie folgt hierarchisch strukturiert (Tabelle 5):
Tabelle 5: Richtlinien für Leiterplattenspezifikationen
Titel
Nummer
Abgelöste
IPC-Richtlinie
Generic Performance Specification for Printed Boards
IPC-6011
Qualification and Performance Specification for Rigid
Printed Boards
IPC-6012
IPC-RB-276
Qualification and Performance Specification for Flexible
Printed Boards
IPC-6013
IPC-RF-245
IPC-FC-250A
Qualification and Performance Specification for Organic
Multichip Module (MCM-L) Mounting/Interconnecting Structures
IPC-6015
Qualification and Performance Specification for High
Density Interconnect (HDI) Layers or Boards
IPC-6016
Qualification and Performance Specification for
Embedded Passive Printed Boards
IPC-6017
Microwave End Product Board Inspection and Test
IPC-6018
22
IPC-HF-318A
Ergänzend zu den Leistungsspezifikationen der Serie IPC-6010, wurde die IPC-A600 (siehe 8.5) für die Festlegung der visuellen Abnahmekriterien von unbestückten Leiterplatten entwickelt. Sie kann als Schwesterdokument zur IPC-A-610
(Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen) angesehen werden.
6.3 Leistungsspezifikationen für Laminate
6.3.1 Laminate für starre Leiterplatten
Die Serie IPC-4100 (Tabelle 6) und weitere Richtlinien befassen sich mit Laminaten und Prepregs für starre Leiterplatten und Multilayer-Boards. IPC/JPCA-4104
befasst sich speziell mit den Anforderungen an Laminate für HDI-Leiterplatten und
stützt sich dabei teilweise auf die übrigen genannten Dokumente. Die Richtlinie
entstand zusammen mit dem japanischen Fachverband JPCA. Die Serie IPC4200 (Tabelle 7) legt die Anforderungen an Laminate für flexible Leiterplatten fest.
Tabelle 6: Leistungsspezifikationen für Laminate für starre Leiterplatten
Titel
Nummer
Abgelöste
IPC-Richtlinie
Specification for Base Materials for Rigid and Multilayer
Printed Boards (mit den konkreten Parameterangaben)
IPC-4101
IPC-L-108B
IPC-L-109B
IPC-L-112A
IPC-L-115B
MIL-S-13949
Specification for Plastic Substrates, Clad or Unclad,
for High Speed/High Frequency Interconnection
IPC-4103
IPC-L-125A
MIL-S-13949
Specification for High Density Interconnect (HDI)
and Microvia Materials
IPC/JPCA4104
Specification and Characterization Methods for Nonwoven IPC-4110
Cellulose Based Paper for Printed Boards
Guidelines for Selecting Core Constructions for Multilayer
Printed Wiring Boards
IPC-4121
Specification and Characterization Methods for Nonwoven IPC-4130
“E” Glass Mat
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IPC-4101"Laminate/Prepreg-Material für starre und Multilayer-Leiterplatten" ersetzt eine ganze Reihe alter Dokumente für Basismaterialien: IPC-L-108B, IPC-L109B. IPC-L-112A, IPC-L-115B. Die Richtlinie enthält auch Referenzverweise zu
NEMA-Richtlinien. Da die IPC-4101 in ihrem Konzept so angelegt ist, dass sie
sowohl kommerzielle als auch militärische Aspekte der Laminatanwendung berücksichtigt, wurde MIL-S-13949 schon im Oktober 1997 offiziell vom amerikanischen Verteidigungsministerium zugunsten IPC-4101 zurückgezogen. Die aktuelle
Revision 4101C enthält unter anderem Laminate/Prepregs für bleifreies Löten mit
erhöhten Temperaturen und halogenarme Materialien.
6.3.2 Leistungsspezifikationen für Laminate für flexible Leiterplatten
Der amerikanische Fachverband IPC hat im Mai 2002 drei neue Richtlinien aus
der Serie IPC-4200 zu Materialien für die Herstellung von flexiblen Leiterplatten
herausgebracht:
Tabelle 7: Leistungsspezifikation für Materialien für flexible Leiterplatten
Titel
Nummer
Abgelöste
IPC-Richtlinie
Flexible Base Dielectrics for Use in Flexible Printed Circuitry
IPC-4202
IPC-FC-231A
bis C
Adhesive Coated Dielectric Films for Use as Cover
Sheets for Flexible Printed Circuitry and flexible Adhesive
Bonding Films
IPC-4203
IPC-FC-232A
bis C und
IPC-FC-233
Flexible Metal-Clad Dielectrics for Use in Fabrication of
Flexible Printed Circuitry
IPC-4204
IPC-FC-241A
bis C
Alle drei Richtlinien gelten nur im Verbund.
6.4 Spezifikationen für Oberfächenbeschichtungen (chemisch, galvanisch,
Metallfolien)
Oberflächenbeschichtungen bilden die Grundlage für eine qualitativ gute und
zuverlässige Verbindung zwischen der Leiterplatte und den Bauelementen. Aus
diesem Grund entwickelte der IPC Spezifikationen für die Qualifikation und Leistungsspezifikation von wichtigen metallischen Oberflächen, die chemisch oder
galvanisch appliziert werden, oder als Metallfolien Verwendung finden.
24
Tabelle 8: Richtlinien für Oberflächenbeschichtungen
Titel
Nummer
Specification for Electroless Nickel/Immersion Gold (ENIG)
Plating for Printed Circuit Boards
IPC-4552
Specification for Immersion Silver Plating for Printed Circuit Boards
IPC-4553
Specification for Immersion Tin Plating for Printed Circuit Boards
IPC-4554
Metal Foil for Printed wiring Applications
IPC-4562
Resin Coated Copper Foil for Printed Boards Guideline
IPC-4563
Die IPC-4562 ersetzt die IPC-MF-150F.
Die IPC-4563 ersetzt die IPC-CF-148A.
6.5 Leistungsspezifikationen für Embedded Passives
Der IPC veröffentlichte auch Spezifikationen zum Thema „Leiterplatten mit vergrabenen passiven Bauteilen“.
Tabelle 9: Richtlinien für Embedded Passives in Leiterplatten
Titel
Nummer
Status
Specification for Embedded Passive Device Capacitor Materials
for Rigid and Multilayer Printed Boards
IPC-4821
F
Design Guide for Embedded Passive Devices
IPC-2316
F
Specification for Embedded Passive Device Resistor Materials
for Rigid and Multilayer Printed Boards
IPC-4811
F
Qualification and Performance Specification for Embedded
Passive Printed Boards
IPC-6017
F
6.6 Datentransfer (CAM) und Produktdatenerstellung
Es wurden auch diejenigen Richtlinien überarbeitet und völlig neu gestaltet, die die
Produktionsdatenerstellung sowie den Datentransfer (CAM) zum Inhalt haben und
jetzt zur neuen Serie IPC-2510 (Titel: GenCAM) gehören. Ziel dieser Serie ist es
auch, die vielen Leiterplattenherstellern bekannte IPC-D-350 abzulösen. Die sieben
Teildokumente IPC-2511B (Ausgabe Januar 2002) und IPC-2512A bis IPC-2518A
25
(Ausgabe November 2000) umfassen die Produktionsdatenerstellung von der Vorlage über die Leiterplattenherstellung bis hin zu Bestückung und Test der fertigen
Baugruppe. Die Richtlinien sind für alle Firmen bestimmt, die ihren Datentransfer
zwischen Designern, LP- und Baugruppenherstellern verbessern wollen. Die GenCAM 1.5-Version ist auch in die GenCAM-CD des IPC eingeflossen. Intensiv wird ja
beim IPC seit 1997 daran gearbeitet, einen Nachfolger für das Gerberformat zu
finden, der die wachsenden Anforderungen der Elektronikindustrie vom Design bis
zur Baugruppenfertigung besser und effektiver unter ein Dach bekommt. Das XMLFormat soll mit mehreren Richtlinien in der Anwendung forciert werden (Tabelle 10).
IPC-D-356B „Bare Substrate Electrical Test Data Format“ enthält Vorgaben für den
Aufbau der zu übermittelnden Testdaten für Leiterplatten.
Tabelle 10: IPC-Richtlinien für den Datenaustausch (Beispiele)
Titel
Nummer
Definition for Web-based Exchange of XML Data
IPC-2501
Standard Recipe File Format (SRFF) Specification
IPC-2531
Generic Requirements for Electronics Manufacturing Shop Floor
Equipment Communication (CAMX)
IPC-2541
Sectional Requirements for Shop Floor Equipment Communication
Massages (CAMX) for Printed Board Assembly
IPC-2546 +
Amendm. 1+2
Sectional Requirements for Shop Floor Equipment Inspection and Test
Equipment Communication
IPC-2547
Generic Requirements for Implementation of Product Manufacturing
Description Data & Transfer XML Schema Methodology
IPC-2511B
Generic Requirements for Printed Board Assembly Products Manufacturing Description Data and Transfer Methodology
IPC-2581
Die Serie IPC-2580, zu der auch IPC-2581 in Tab. 10 gehört, ist im Mai 2007
durch IPC-2582 bis IPC-2584 und IPC-2588 (Anforderungen an die Einführung
der Datenbeschreibung für Design, Leiterplatten, Bauteile...) erweitert worden.
Die IPC-2581 befindet sich in der Revision zur IPC-2581A (Status: Proposed
Standard for Ballot).
26
6.7 Bauteilmontage
Realisiert wurden die IPC-7093 “Design and Assembly Process Implementation
for Bottom Termination SMT Components” (März 2011), die IPC-7094 „Design and
Assembly Process Implementation for Flip Chip and Die size Components“ (Januar 2009) und die IPC-7095B "Design and Assembly Process Implementation for
BGAs" (März 2008). Thema: Design, Fertigung und Reparatur von BGA und
FBGA (siehe auch 6.1 und 6.8). In diesen Richtlinien fasste der IPC erstmals die
Bereiche Design und Baugruppenfertigung (inkl. Bestücken, Löten und Inspektion) zusammen.
6.8 Grundsatzfragen des Lötens. Montage von Flip Chips und BGA
6.8.1 Grundsatzfragen zum Löten – einschließlich bleifrei
Bekannteste Grundsatzdokumente für das Löten sind gegenwärtig J-STD-001, JSTD-002, J-STD-003 und J-STD-004 (J-STD = Joint Standard als Gemeinschaftsdokumente von IPC und EIA, der Electronic Industries Association). Sie
beinhalten Grundsatzforderungen für die Herstellung qualitätsgerechter Lötverbindungen (Tabelle 11). Die Richtlinie J-STD-005A befindet sich im Status „Proposed Standard for Ballot“
Die im Januar 2009 veröffentlichte Richtlinie J-STD-006B beinhaltet mit dem
Amendment 1 an bleifreie Lote angepasste Angaben für erlaubte Mengen von
Silber (Ag), Blei (Pb) und Antimon (Sb).
Tabelle 11: Basisrichtlinien
Stand: Dezember 2011
für
das
Nummer
Löten
und
Lötzubehör
(Auswahl)
Titel
J-STD-001E
Abnahmebedingungen für gelötete elektrische und elektronische Baugruppen (als Löt-Basisrichtlinie)
J-STD-002C
Lötbarkeitstest für Bauelementeanschlüsse, Anschlussstifte
und Drähte
J-STD-003B
Lötbarkeitstest für Leiterplatten
J-STD-004B
Anforderungen an Flussmittel
Amendment 1
J-STD-005
Anforderungen an Lotpasten
J-STD-006B
Amendment 1
Anforderungen an Lotlegierungen für Lötmittel in fester und pastöser
Form, mit und ohne Flussmittel
27
J-STD-001D ist als „Basisrichtlinie Löten“ das Paralleldokument für den Einsatz
von IPC-A-610D. Beide enthalten bereits in der Ausgabe von 2005 erste Hinweise
und Empfehlungen für bleifreie Lote. Beide Richtlinien sind im Herbst 2005 auch
durch vertiefende Handbücher (Handbooks – IPC-HDBK-001 und IPC-HDBK-610)
mit vielen weiteren Hintergrundinformationen zu den beiden Richtlinien ergänzt
worden.
Die Revisionen J-STD-001E und IPC-A-610E wurden 2010 veröffentlicht.
Im Januar 2006 wurde ergänzend zu J-STD-005 das Handbuch „IPC-HDBK-005
Guide to Solder Paste Assessment“ herausgebracht, welches zusätzliche Hilfe bei
der Pastenauswahl gibt.
6.8.2 Bauteilauswahl, -Lagerung, -Handling
Die Richtlinien IPC/JEDEC J-STD-020D, IPC/JEDEC J-STD-033B.1 und
IPC/JEDEC J-STD-075 nehmen einen wichtigen Platz bei der Zulassung und
beim Handling von Bauteilen ein (Tabelle 12).
Tabelle 12: Richtlinien für Bauteilauswahl und –Handling
Nummer
Titel
IPC/JEDEC
J-STD-020D
Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Non-hermetic Solid State
Surface Mount Devices
IPC/JEDEC
J-STD-033B.1
Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow
Sensitiv Surface Mount Devices
IPC/JEDEC
J.STD-075
Classification of Non-IC Electronic Components for Assembly Processes
J-STD-033B.1 beschreibt die Prozedur der Vorbereitung und Handhabung der
Bauteile für zuverlässige Zwischenlagerung unter definierten trockenen Bedingungen über mindestens 12 Monate.
J-STD-033C befindet sich im Status „Proposed Standard for Ballot“
6.8.3 Flip Chip, BGA und ungehäuste Mikrochips
Von großem Interesse als Ausgangsbasis für die Entwicklung und Fertigung von
hochdichten Baugruppen, darunter auch von 3D-Aufbauten in SIP- und SOPTechnik (SiP = System in Package, SoP = System on Package), sind die folgenden Richtlinien (Tabelle 13):
28
Tabelle 13: Richtlinien für Flip Chip- und BGA-Techniken
Nummer
Titel
IPC/JEDEC J-STD-012
Einführung der Flip Chip- und Chip Scale-Technologie
IPC/EIA
J-STD-013
Einführung von BGA- und anderen hochdichten Techniken
Die Verarbeitung von Flip Chips und BGA zu modernen hochdichten Baugruppen
soll durch den Ausbau der Serie J-STD-XXX unterstützt werden. Ursprünglich
entstand diese Serie dadurch, dass seit 1991 zeitgemäße Nachfolger für die in
Deutschland bereits seit den achtziger Jahren bekannte Richtlinienreihe IPC-S8xx (z.B. IPC-S-801 bis 805, IPC-S-815 usw.) entwickelt wurden.
Die J-STD-Serie ist inzwischen bis J-STD-35 geplant. Die Richtlinien der nachfolgenden Tabelle entstanden bzw. entstehen ebenfalls in Zusammenarbeit mit den
Halbleiter- bzw. Bauelementeverbänden der USA und Japans.
Es wurden bisher folgende Unterlagen erarbeitet (Tabelle 14):
Tabelle 14: Richtlinien für Flip Chip- und BGA-Konstruktionen
Nummer
Titel
J-STD-026
Standard für das Halbleiterdesign für Flip Chip-Anwendungen
J-STD-027
Standard für die mechanische Ausführung von Flip Chip- oder Chip ScaleKonfigurationen
IPC/EIA
J-STD-028
Leistungsanforderungen für Flip Chip/Chip Scale Bumps
J-STD-030
Auswahl und Anwendung von Unterfüll-Material für Flip Chip und anderes
Mikropackaging
IPC/EIA
J-STD-032
Leistungsfähigkeit von Ball Grid Array Bumps und Columns
IPC/JEDEC
J-STD-035
Akustische Mikroskopie für nichthermetisch verkapselte Elektronikbauteile
6.9 Qualitätssicherung für Leiterplatten und Baugruppen, Abnahmekriterien
Die Qualitätssicherung spielt im Rahmen der Bestrebungen zur Kostensenkung
und der wachsenden Kompliziertheit von Leiterplatten und Baugruppen eine wichtige Rolle. Kerndokumente für die Abnahme fertiger Produkte sind IPC-A-600,
IPC-A-610 und IPC/WHMA-A-620. Die Handbücher IPC-HDBK-610, IPC-HDBK001 und IPC-HDBK-620 enthalten ergänzende Informationen.
29
Die Richtlinienserie IPC-9700 befasst sich mit Test- und Prüfmethoden verschiedener Art für Leiterplatten und Baugruppen, bei letzteren auch mit Lötstellen.
Tabelle 15: Qualitätsabnahme und Qualitätsprüfung (Auswahl)
Nummer
Titel
J-STD-026
Standard für das Halbleiterdesign für Flip Chip-Anwendungen
J-STD-027
Standard für die mechanische Ausführung von Flip Chip- oder Chip ScaleKonfigurationen
IPC/EIA
J-STD-028
Leistungsanforderungen für Flip Chip/Chip Scale Bumps
J-STD-030
Auswahl und Anwendung von Unterfüll-Material für Flip Chip
und anderes Mikropackaging
IPC/EIA
J-STD-032
Leistungsfähigkeit von Ball Grid Array Bumps und Columns
IPC/JEDEC
J-STD-035
Akustische Mikroskopie für nichthermetisch verkapselte Elektronikbauteile
IPC-7912A
Calculation of DPMO and Manufacturing Indices for Printed Wiring Assemblies (Benchmarking)
IPC-9261A
In-Process DPMO and Estimated Yield for PWAs
(Assembly-Process)
IPC-9701A
Performance Test Methods and Qualification Requirements for Surface
Mount Solder Attachments
IPC/JEDEC9702
Monotonic Bend Characterization of Board-Level Interconnects
IPC/JEDEC9704
IPC/JEDEC Printed Wiring Board Strain Gage Test Guideline
IPC-9850
Surface Mount Placement Characterization
IPC/JEDEC9703
Mechanical Shock Test Methods and Qualification Requirements for Surface Mount Solder Attachments
IPC-SM-785
Guidelines for Accelerated Reliability Testing of Surface Mount Attachments
IPC-A-600H ist das Paralleldokument zu IPC-A-610E für die Leiterplattenabnahmekriterien. IPC-A-610E und IPC/WHMA-A-620A berücksichtigen auch Aspekte
des bleifreien Lötens. IPC/WHMA-A-620A ist ebenso wie IPC-A-610E und IPCA-600H ein „buntes Bilderbuch“ mit vielen Abnahmekriterien für die Leistungsklassen 1, 2 und 3. Sie eignen sich aufgrund ihrer Anschaulichkeit sehr gut für die
Arbeit im Unternehmen, insbesondere in der Qualitätssicherung und der Eingangs- und Ausgangsprüfung der Produkte.
30
Die IPC/WHMA-A-620AS „Space Applications Electronic Hardware Addendum“
befindet in der Entwicklung beim IPC. Hier werden zusätzliche Anforderungen an
die Qualität von Luft- und Raumfahrtelektronik formuliert (Status 12/2011: Working
Draft.
Das Testmanual IPC-TM-650 ist das umfangreichste bekannte Standardwerk für
die visuelle Prüfung und mechanische, chemische, physikalische und umwelttechnische Testmethoden für Leiterplatten und elektronische Baugruppen. Es enthält
konzentriert alle in den verschiedenen IPC-Richtlinien angeführten Test- und Prüfprozeduren in Form von Arbeitsblättern, die in bestimmten Zeitabständen an den
Technikfortschritt angepasst werden. Das Testmanual gibt es auf CD-ROM und
auch als Ringordner. Seit etwa 2004 ist man beim IPC davon abgegangen, in den
Anhang der jeweiligen IPC-Richtlinien als Ergänzung die ausführlichen dazugehörigen Test- und Prüfmethoden aufzunehmen. Seit dieser Zeit werden im Richtlinientext nur noch Verweise auf die dazugehörigen Arbeitsblätter des Testmanuals
zitiert. Um die Arbeitsblätter nutzen zu können, müssen sich Interessenten IPC-TM650 beschaffen. Diese Vorgehensweise des IPC hat den Vorteil der leichteren Aktualisierbarkeit der Arbeitsblätter des Testmanuals, da die Arbeitsblätter nicht noch
ergänzend in den jeweiligen IPC-Richtlinien „verstreut“ sind. Die einzelnen Arbeitsblätter können kostenlos von der IPC-Internetseite herunter geladen werden.
6.10 Kennzeichnung generell, Bleifrei-Kennzeichnung
Der IPC stellt Richtlinien für Kennzeichnungen auf Leiterplatten und Baugruppen
aus ganz unterschiedlichen Gesichtspunkten bereit:
Tabelle 16: Kennzeichnungsrichtlinien
Nummer
Titel
J-STD-609
Marking and Labeling of Components, PCBs and PCBAs
(Assemblies) to Identify Lead (Pb), PB-Free and Other
Attributes and Devices
IPC-4781
Qualification and Performance of Legend and Marking Inks for Printed
Circuit Boards
31
6.11 Nacharbeit, Änderung und Reparatur von Leiterplatten und
Baugruppen
Bis 1998 galt IPC-R-700C als Standardwerk für Nacharbeit, Änderung und Reparatur von Leiterplatten und Baugruppen. Hier kam es zur Dokumentenaufsplittung
und -ablösung durch die Serie IPC-7700.
Die Serie IPC-7700 besteht gegenwärtig aus zwei Richtlinien (Tabelle 17):
Tabelle 17: Richtlinien für Nacharbeit, Änderung und Reparatur von Baugruppen
Nummer
Titel
IPC-7711B
Nacharbeit von elektronischen Baugruppen
IPC-7721B
Änderung und Reparatur von elektronischen Baugruppen
Es werden Verfahren für Nacharbeit, Änderung und Reparatur von Leiterplatten
und Baugruppen beschrieben. Beide Dokumente werden vom IPC generell nur
als ein gemeinsames Dokument angeboten.
6.12 Statistische Prozesskontrolle
Die Richtlinienserie IPC-9190 befasst sich mit der statistischen Prozesskontrolle.
Sie umfasst gegenwärtig folgende Richtlinien:
Tabelle 18: Richtlinien für statistische Prozesskontrolle
Nummer
Titel
IPC-9191
General Guidelines for Implementation of Statistical Process
Control (SPC)
IPC-9194
Implementation of Statistical Process Control (SPC) Applied to Printed
Board Assembly Manufacture Guideline
IPC-9199
Statistical Process Control (SPC) Quality Rating
32
6.13 Prozessoptimierung für Lötprozesse
Tabelle 19: Richtlinien für die Optimierung der Löttemperaturen
Nummer
Titel
IPC-7530
Guidelines for Temperature Profiling for Mass Soldering /Reflow & Wave)
Processes
IPC-TR-585
Time, Temperature and Humidity Stress of Final Board Finish
Solderability
6.14 Prozess-Simulation
Nachfolgende Richtlinien der Serie IPC-9500 werden ergänzend zu J-STD-020D
für die Bauteilklassifizierung und Prozess-Simulation eingesetzt.
Tabelle 20: Richtlinien für die Simulation und Qualitätssicherung von Bestückungsprozessen
Nummer
Titel
IPC-9501
PWB Assembly Process Simulation for Evaluation of Electronic Components
IPC-9502
PWB Assembly Soldering Process Guidelines for Electronic Components
IPC-9503
Moisture Sensitivity Classification for Non-IC Components
IPC-9504
Assembly Process Simulation for Evaluation of Non-IC
Components (Preconditioning Non-IC-Components)
33
Tabelle 21: Richtlinien bzw. Schulungsunterlagen für Zertifizierung und Benchmarking
Nummer
IPC-PWBCRT-SG
Titel
PCB Designer Certification Study Guide
(Certified Interconnect Designer, CID)
IPCPCB Advanced Designer Certification Study Guide
PWBADV-SG (Certified Interconnect Designer, CID+)
IPC-QL-653A
Certification of Facilities that Inspect/Test Printed Boards,
Components and Materials
IPC-1710A
OEM Standard for Printed Board Manufacturers Qualification Profile
(MQP)
IPC-1720A
Assembly Qualification Profile
IPC-1730A
Laminator Qualification Profile
IPC-1731
Strategic Raw Materials Supplier Qualification Profile
IPC-7912A
Calculation of DPMO and Manufacturing Indices for Printed Wiring Assemblies
(Benchmarking)
IPC-9151B
Printed Board Process, Capability, Quality and Relative
Reliability (PCQR) Benchmark Test Standard and Database
IPC-9850.
Surface Mount Placement Equipment Characterization
IPC-1710A, IPC-1720A und IPC-1730A gibt es kostenlos auf den IPCInternetseiten (www.ipc.org)
Aus Übersichtsgründen wurden hier auch die Studienunterlagen für die Zertifizierungsprüfung der Leiterplattendesigner (CID und CID+) aufgenommen. Entsprechende Schulungen und Prüfungen werden vom FED angeboten
(siehe www.fed.de, Rubrik Seminare/Kurse).
34
7 Das Verhältnis zwischen IPC-Richtlinien und
MIL-Normen
Die sogenannten MIL-Standards sind ein weiteres interessantes Thema, das auch
für deutsche Unternehmen von großem Interesse ist, das Verhältnis der IPC- zu
MIL-Normen. Es ist festzustellen, dass in den USA schrittweise ein offizieller Prozess der Ablösung bzw. Flankierung von MIL-Standards durch IPC-Richtlinien vor
sich geht. Anlage 1 gibt dazu Beispiele. Eine Gesamtübersicht ist nicht verfügbar.
Bereits 1996 war gemäß IPC im Internet eine Mitteilung des DoD (Department of
Defense) zu finden, in der das amerikanische Verteidigungsministerium mitteilte,
dass es eine Reihe von MIL-Spezifikationen der Elektronikindustrie zugunsten
von IPC-Richtlinien aus dem Verkehr gezogen hat (Tabelle 22). Das betraf u.a.
folgende Dokumente:
Tabelle 22: Abgelöste MIL-Normen gemäß DoD-Mitteilung
Nummer
Titel
MIL-F-14256
Flux, Soldering, Liquid Paste Flux, Solder Paste and Solder-Paste-Flux
MIL-STD-195
Marking of Connections for Electric Assemblies
MIL-STD-2000
Standard Requirements for Soldered Electrical and Electronic
Assemblies
QPL-S-571-107
Federal Qualified Products List
QQ-S-571
Solder, Electronic
Es ist zu erwarten, dass sich der Prozess des Ersatzes veralteter MIL-Normen
durch die aktuelleren IPC-Richtlinien fortsetzt. Anwender von MIL-Normen sollten
sich regelmäßig über den aktuellen Stand informieren. Das wird dadurch bekräftigt, dass viele wichtige IPC-Richtlinien nach ihrer Fertigstellung beim IPC eine
Überprüfung und Zulassung beim DoD durchlaufen, bevor sie dann vom ANSI
zertifiziert werden.
In einem Beitrag der Zeitschrift "Circuit Assembly" 1/97 schrieb Mike Buetow vom
IPC, dass die "Koexistenz" von zwei inhaltlich etwa ähnlichen Normensystemen
und die Ablösung der MIL-Normen nicht ohne Komplikationen und gewisse
"Schmerzen" vor sich gehen. Das ist auch von manchem deutschen Unternehmen nachvollziehbar, da MIL-Normen über Jahrzehnte als eine "Institution" angesehen wurden, d.h. als Normen, die ihren festen vorderen Platz in der internationalen Elektronikindustrie haben.
35
8 Inhaltliche Kurzbeschreibung wichtiger Richtlinien
Im Folgenden werden einige wichtige vorn zitierte Richtlinien inhaltlich kurz vorgestellt. Eine größere Anzahl wird in deutscher Übersetzung angeboten (siehe
Punkt 9). Die Bezugspreise der Unterlagen sind in der FED-Geschäftsstelle oder
im FED-Shop (www.fed.de) zu erfragen.
8.1 IPC-2221A – Generic Standard on PWB Design
(Basisrichtlinie für das Leiterplattendesign, Nachfolger IPC-D-275)
IPC-2221A (und auch IPC-2222) befasst sich als Nachfolger der IPC-D-275 mit
grundlegenden Designfragen, die für starre Leiterplatten und Baugruppen aller
Typen und Klassen zu beachten sind. Sie ist in deutscher Übersetzung wie auch
IPC-2222B (Design starrer Leiterplatten) und IPC-2223B (Design flexibler Leiterplatten) erhältlich.
Schwerpunkte der Richtlinie:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Allgemeine Anforderungen an das Design (Schaltplan, Stückliste,
Testbarkeit),
Basismaterial (Auswahl, Laminatarten, Beschichtungen, vergrabene
Bauelemente, Metallkerne...),
mechanische Eigenschaften (fertigungstechnische Gesichtspunkte, Leiterplattenaufbau, Wölbung, Verwindung, Verbund-Leiterplatten, Rastersysteme, Referenzmarken...),
elektrische Anforderungen (Leistungsverteilung, Materialanforderungen,
elektrische Abstände bei Innen- und Außenlagen, Mikrostreifenleiter...),
Wärmemanagement (Kühlmechanismen, Wärmeübertragung, thermische Anpassung...),
Bauelemente und Bestückung (Abstände, SMT, Durchstecktechnik,
Bauelementeplatzierung und -zentrierung, Befestigung, Versteifungen,
Lötösen, Fine Pitch, Flip Chip, Drahtbonden, CSP, BGA...),
Bohrungen/Verbindungen (Restring, Bohrungspositionen, Bohrbild,
Toleranzen, Sacklöcher, Blind Via...),
Anforderungen an die Schaltungseigenschaften (Leiterbahndimensionierung, Fertigungstoleranzen, Landeflächengestaltung, Testpunkte...),
Dokumentationsunterlagen,
Qualitätssicherung.
Umfang: 124 Seiten A4
Anmerkung: Aktuelle Revisionen (IPC-2221B) sind in Vorbereitung, bzw. wurden
gerade veröffentlicht (IPC-2223C).
36
8.2 IPC-7351B – Generic Requirements for Surface Mount Design and Land
Pattern Standard (Generelle Anforderungen an das SMDAnschlussflächen-Design)
Weltweit besteht der Wunsch nach effektiver, messbarer und durchgehender
Rationalisierung der Arbeitsprozesse vom Design elektronischer Baugruppen bis
hin zu ihrer Fertigung. Im Februar 2005 wurde deshalb IPC-7351 als völlig neu
gestalteter Nachfolger von IPC-SM-782A herausgegeben. Mit der Fertigstellung
und internationalen Abstimmung von IPC-7351 haben die US-amerikanischen
Fachverbände IPC, JEDEC und EIA große Anstrengungen unternommen, dem
Idealziel einer „One World CAD Library“ für effektives Elektronikdesign und rationelle Elektronikfertigung einen großen Schritt näher zu kommen. Sie wurden
dabei von weiteren Fachverbänden Japans und der USA sowie der IEC unterstützt.
In IPC-7351B werden auf rund 100 Seiten neue Herangänge an die
•
•
•
•
fertigungs- und einsatzgerechte Gestaltung der SMD-Anschlussflächen,
einheitliche Null-Lage der SMD-Bauelemente,
Errechnung der passenden Pattern-Abmessungen in drei
einsatzbezogenen Größen (min., mittel, max.),
Konturen und Toleranzen der Pattern
angeboten. Ziel ist die bestmögliche Erfüllung der Vorgaben der neuen Basisrichtlinie Löten J-STD-001E (April 2010 erschienen) bezüglich der Qualität der Lötstellengeometrie, der Benetzung usw. Bestandteil der Richtlinie ist auch eine CDROM mit dem „Land Pattern Calculator“, mit dem die Pattern gesichtet werden.
Die IPC-7351B gibt Hinweise zur Gestaltung der Anschlussflächen der SMTBauteile aus der Sicht bleifreier Reflow-Lötverfahren. Ebenso ist die Palette der
berücksichtigten Bauteile erweitert worden, z. B. Chip Array Packages, Small
Outline No Lead Packages (SON), „Pull Back“ QFN (Quad Flat No-Lead Components) und andere.
Nachfolgende Design-Gesichtspunkte wurden bei der Erarbeitung von IPC-7351
berücksichtigt:
1
Design for Assembling: Fertigungs-/Prüffreundlichkeit der Baugruppe
DfA
2
Design for Manufacturability: Fertigungsfreundlichkeit der unbestückten Leiterplatte und aller übrigen Teile/Fertigungsgänge außer Pkt. 1
DfM
3
Design for Testability: Test-und Prüffreundlichkeit
DfT
4
Design for Reliability: Zuverlässigkeit als Entwicklungsziel
DfR
5
Design for Environment: Umweltverträglichkeit/Einsatzumgebung
DfE
6
Neben 1.-4. auch Herstellkostenminimum als Entwicklungsziel
37
8.3 IPC-6011 – Generic Performance Specification for Printed Boards
(Allgemeine Leistungsspezifikation für Leiterplatten)
IPC-6011 enthält auf 11 Seiten A4 Informationen und Hinweise über den grundlegenden Inhalt von Spezifikationen für Leiterplatten. Die Richtlinie ist das Dachdokument
der Serie IPC-6010 und gilt für alle Typen von Leiterplatten: starre, flexible, starrflexible, HDI, Hochfrequenz usw. Die Richtlinie ermöglicht es, die Beziehungen zwischen Leiterplatteneinkäufer und Leiterplattenhersteller zu stabilisieren und zu rationalisieren
und so die Bereitstellung der Leiterplatten in gleichbleibender akzeptabler Abnahmequalität zu sichern. Sie gibt auch Designern viele Hinweise für ihre Arbeit.
Durch das Vorliegen von IPC-6011 in Deutsch erhalten insbesondere auch diejenigen Mitarbeiter in Einkauf und Auftragsabwicklung ein wesentliches Arbeitsinstrument in die Hand, die der amerikanischen Fachsprache nicht ausreichend
mächtig sind. Das Vorliegen der Dokumente in beiden Sprachen erleichtert ebenfalls die Abwicklung internationaler Aufträge.
Das Dokument gliedert sich in 6 Kapitel:
•
Anwendungsbereich,
•
anwendbare Dokumente,
•
Anforderungen an Leiterplatten,
•
Qualitätssicherungsmaßnahmen,
•
Vorbereitungen zur Auslieferung,
•
Hinweise,
•
Anhang A: Leiterplattenherstellung – Matrix möglicher Ursachen und
Wirkungen für Fehler.
Umfang: 15 Seiten A4.
38
8.4 IPC-6012C – Qualification and Performance Specification for Rigid
Printed Boards
(Qualifikation und Leistungsspezifikation für starre Leiterplatten)
IPC-6012C enthält auf 56 Seiten A4 die spezifischen Anforderungen an starre
Leiterplatten. Die Richtlinie ist im September 2010 erschienen und untersetzt das
ebenfalls
ins
Deutsche
übertragene
„Dachdokument“
IPC-6011.
Die IPC-6012C wird zusammen mit IPC-A-600H eingesetzt.
Die Richtlinie gliedert sich in 5 Kapitel:
•
•
•
•
•
Anwendungsbereich, Klassifikation u.a.,
anwendbare Dokumente,
Qualitätssicherungsmaßnahmen,
Hinweise.
Eine Extra-Anlage enthält in einer Tabelle die spezifischen Anforderungen an
Leiterplatten für Luft-, Raumfahrt und Militärelektronik, die über Klasse 3 hinausgehen (als Klasse 3/A aufgenommen).
In Anlage A sind in einer Tabelle die Leistungsanforderungen an Leiterplatten unterteilt nach den Klassen 1, 2, 3 - zusammengefasst.
IPC-6012C unterscheidet wie auch die anderen genannten Richtlinien zwischen
äußeren und inneren Qualitätsmerkmalen. Das Dokument gilt für
•
•
•
starre
Einund
Mehrlagen-Leiterplatten
mit
und
ohne
Durchkontaktierungen,
HDI-Leiterplatten nach IPC-6016 sowie
Leiterplatten mit einbetteten passiven Bauelementen (Embedded
Components) bzw. Metalleinlagen oder externen Kühlvorrichtungen.
Inhaltliche Änderungen in IPC-6012C gegenüber IPC-6012B beziehen sich z. B.
auf Oberflächenbeschichtungen, Oberflächen- und Loch-Kupfermetallisierung für
Microvias, Blind Vias, Burried Vias, Ausbrüche, BGA-Anschlusspattern, Simulation
der Wärmebelastung für bleifreie/bleihaltige Lötverfahren (Reflow und Welle),
Metallisierung von gefüllten Löchern
39
8.5 IPC-A-600H – Acceptability of Printed Boards (Abnahme von Leiterplatten)
Diese Richtlinie enthält eine Zusammenstellung von Abnahmekriterien für die
visuelle Qualitätskontrolle von Leiterplatten. Die Beurteilung der Qualität der Leiterplatten erfolgt - wie bei IPC-Richtlinien üblich - anhand ihrer Zuordnung zu drei
Qualitätsklassen 1, 2, 3. Ein ähnlich vielseitiges und anschauliches Dokument gibt
es in der deutschen Normen- und Fachliteratur nicht.
IPC-A-600H bietet eine große Anzahl Aufnahmen von Leiterplattenausschnitten,
zeichnerischen Prinzipdarstellungen, mikroskopischen Aufnahmen und Schliffdarstellungen, ergänzt durch textliche Erläuterungen und Parametertabellen.
Durch die gute Gestaltung des Dokumentes mit über 50% Anteil der bildlichen Darstellungen ist die Richtlinie durchgängig vom Designer bis zum Baugruppenproduzenten
für Qualitätseinschätzungen und Weiterbildung nutzbar. Darüber hinaus kann IPC-A600H aufgrund des hohen Bildanteils sehr gut für die Ausbildung von Studenten und
für die Schulung des gesamten Fertigungspersonals eingesetzt werden.
IPC-A-600H baut synchron auf den Leistungsanforderungen an Leiterplatten in
IPC-6011 sowie in den Richtlinien IPC-6012C und IPC-6013B auf.
Aus dem Inhalt:
•
•
•
Äußere Beurteilungsmerkmale wie Kanten, Basismaterial-Oberfläche,
Delamination, Blasenbildung, Einschlüsse, Zinn-Blei-Beschichtungen,
Metallisierte und Nicht-metallisierte Bohrungen, Randstecker-Kontakte,
Markierungen, Lötstoppmasken, Abmessungskennwerte für Leiterzugbreiten- und -abstände, Ebenheit, Äußere Restringe;
innere Beurteilungsmerkmale wie Delamination, Blasenbildung, Harzaustritte, Fehlstellen/Voids, Unterätzung, Rückätzung, Harzverschmierungen/Smearing, allgemeine Kennwerte des Leiterbildes, Integrität von
Laminat und Durchmetallisierungen, Kennwerte der verschiedenen Arten
von durchkontaktierten Bohrungen;
Beurteilungsbesonderheiten der einzelnen Leiterplattentypen wie flexible
und starr-flexible Leiterplatten sowie Leiterplatten mit Metallkern, Metallisierung gefüllter Löcher, Blind Vias, Buried Vias.
Testarten und Testhinweise wie elektrische Integrität, Lötbarkeit und Reinheit.
Umfang: 150 Seiten A4.
40
8.6 IPC J-STD-001E – Requirements for Soldered Electrical and Electronic
Assemblies (Anforderungen an gelötete elektronische Baugruppen)
Der IPC hat im April 2010 parallel zur IPC-A-610E auch die Richtlinie IPC-J-STD001E neu in Englisch herausgebracht. Die in Vielfarben-Druck mit vielen farbigen
Fotos, Prinzipdarstellungen und Tabellen hergestellte J-STD-001E beschreibt auf
über 50 Seiten A4 die praktischen Anforderungen an die Lötung elektronischer
Baugruppen, während IPC-A-610E eine umfangreiche bildliche und textliche
Zusammenstellung von Sichtprüfungs-Qualitäts-Abnahmekriterien darstellt, die im
Prozess bzw. nach der Fertigung zur Anwendung kommen.
Ziel ist die Realisierung stabiler hochqualitativer Fertigungsprozesse. J-STD-001E ist der
weltweit anerkannte Standard für Lötprozesse und Vorgabe der Baugruppenqualität. In
J-STD-001E legt man ebenso wie bei IPC-A-610E die beim IPC üblichen Produkteinsatzklassen 1, 2, 3 für die Einschätzung der Qualität zugrunde. Die aktuellen Revisionen
berücksichtigen auch die Aspekte des bleifreien Lötens.
Die wesentlichen Änderungen in der neuen Revision E behandeln: PTH-Füllkriterien für
Klasse 1 und 2, neue SMT-Anschlusskriterien, erweiterte Niet- und Klebekriterien für die
Verbindung von PTH und SMT-Komponenten auf Leiterplatten, erweiterte Area Arrays,
erweiterte Wärmemanagementkriterien, Platzierungs- und Lötkriterien für jeden Anschlusstyp. Ausführliche Informationen zu Änderungen und Ergänzungen in der IPC-JSTD-001E gegenüber der Revision D können im sogenannten „redline document“
nachvollzogen werden. Dieses kann kostenlos herunter geladen werden unter:
www.ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/J-STD-001E-redline-April-2010.pdf
Aus dem Inhalt:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Grundlegendes,
anzuwendende weitere Dokumente (EIA, IPC, ASTM, ESDA...),
Anforderungen an Materialien, Bauelemente, Ausrüstungen,
Basisanforderungen an das Löten und die Bestückung,
Drähte und Lötstützpunkte (Terminals),
Durchsteckmontage und Anschlussflächen,
SMD-Montage,
Anforderungen an den Reinigungsprozess,
Beschichtungen und Verguss,
Einschätzung der Produktqualität
Nacharbeit und Reparatur
41
IPC-J-STD-001E ist vom DoD (Department of Defense) der USA bestätigt, d.h.
die Richtlinie ist für den militärischen Bereich einsetzbar.
8.7 IPC-A-610E – Acceptability of Electronic Assemblies
(Abnahme von elektronischen Baugruppen)
Im April 2010 hat der amerikanische Fachverband IPC die IPC-A-610E „Acceptability
of Electronics Assemblies“ herausgegeben. Die E-Version löst die D-Version von
Februar 2005 ab. Die Richtlinie ist der weltweit am meisten eingesetzte Standard für
die visuelle Beurteilung der Qualität elektronischer Baugruppen. Die D-Version wurde
in 15 verschiedene Sprachen übersetzt und die Revision E bereits in 12 Sprachen..
Die sehr anschauliche „Bilderbuch-Richtlinie“ im Vielfarbendruck (Bildanteil ca. 70%)
ist mit über 400 Seiten noch etwas umfangreicher als die D-Version. Sie wurde vorteilhaft neu strukturiert, inhaltlich überarbeitet und erweitert. Beispielsweise wird anhand zahlreicher Bilder das visuelle Aussehen bleifreier mit dem Erscheinungsbild
bleihaltiger Lötstellen verglichen. Die wesentlichen Änderungen in der neuen Revision E behandeln: Flexible und Starrflexible Leiterplatten, Board-In-Board-Technologie,
Package-On-Package, Nutzentrennung, Aktualisierung im Array Packaging, sowie
Rissbildung und Abhebungen
Aus dem Inhalt:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Vorwort, Begriffe/Definitionen, Inspektionsmethoden,
anzuwendende weitere Dokumente und Richtlinien,
Baugruppenhandling aus EOS/ESD-Sicht,
Hardware (Montage mechanischer Teile, Steckverbinder, Anschlussstifte,
Drähte...),
Lötstellen (Abnahmekriterien, Lötstellenanomalien, bleifreie Lötstellen),
Elektrische Anschlussstellen auf der Leiterplatte (Stifte, Kantenclips,
Anschlussdrähte...),
Durchsteck-Technologie (Bauteilmontage, Wärmeableitung, Bauteilsicherung...),
Oberflächenmontage (passive Chips, MELF, J- und L-Anschlüsse, QFP,
PQFN, BGA...),
Bauteil-Beschädigungen,
Bearbeitung von Leiterplatten und Baugruppen (Laminatfehler,
Kennzeichnungen, Sauberkeit, Beschichtungen...),
Abnahme diskreter Verbindungen (Wickeltechnik, Drahtbrücken...),
Hochspannung (Anschlusspunkte, Isolation...).
IPC-A-610E ist vom DoD (Department of Defense) der USA bestätigt, d.h. sie ist
für den militärischen Bereich einsetzbar.
Umfang: Über 400 Seiten A4
42
Ausführliche Informationen zu Änderungen und Ergänzungen in der IPC-A-610E
gegenüber der Revision D können im sogenannten „redline document“ nachvollzogen werden. Dieses kann kostenlos herunter geladen werden unter:
www.ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/IPC-A-610E-redline-April-2010.pdf
9 IPC-Richtlinien in deutscher Übersetzung für Design
und Fertigung, Stand: Dezember 2011
Laminate
IPC-4101C
Spezifikation für Basismaterialien für
starre Leiterplatten und Multilayerleiterplatten
Design
IPC-2152
Designrichtlinie für die Bestimmung der
Stromtragfähigheit von Leiterplatten
IPC-2221A
Allgemeine Richtlinie für das Design von
Leiterplatten
IPC-2222A
Fachbereichsrichtlinie für das Design
starrer Leiterplatten
IPC-2223B
Fachbereichsrichtlinie für das Design
flexibler Leiterplatten
IPC-7525A
Designrichtlinie für Schablonendesign
IPC-7351B
SMD-Anschlussflächen-Designrichtlinie
(Land Pattern Design Standard)
Leiterplattenfertigung
IPC-1601
Handhabung und Lagerung von Leiterplatten
IPC-6011
Allgemeine Leistungsspezifikation
Leiterplatten
IPC-6012C
Qualifikation und Leistungsspezifikation
für
43
für starre Leiterplatten
IPC-6013B
Qualifikation und Leistungsspezifikation
für Flex/Starrflex-Leiterplatten
IPC-A-600H
Abnahmekriterien für Leiterplatten
IPC-4552
Spezifikation für chemisch Nickel/Gold
(ENIG) für Oberflächen von Leiterplatten
IPC-4554
Spezifikation
für
chemisch
Oberflächen von Leiterplatten
Zinn-
Baugruppenfertigung
IPC-J-STD-001E
Anforderungen an gelötete elektrische
und elektronische Baugruppen
IPC-J-STD-20D
Klassifizierung nicht-hermetischer feuchtigkeitsempfindlicher SMT-Bauteile für
den Reflowprozess
IPC-J-STD-033B.1
Handhabung, Verpackung, Versand und
Einsatz feuchtigkeits-/reflow- empfindlicher
Bauelemente für Oberflächenmontage
IPC-J-STD-075
Klassifizierung
von
Nicht-ICElektronikbauelementen für Bestückungsprozesse
IPC-A-610E
Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen
IPC/WHMA-A-620A
Anforderungen und Abnahmebedingungen für Kabel- und KabelbaumBaugruppen
IPC-7711/21B
Nacharbeit , Änderung und Reparatur
von elektronischen Baugruppen
IPC-T-50G
Begriffe,
Definitionen,
DeutschEnglisches/Englisch-Deutsches
Fachwortverzeichnis
44
10 Abgelöste ältere IPC-Richtlinien
Eine Reihe von Firmen und Institutionen setzt nach Erfahrung des FED teilweise
noch IPC-Unterlagen ein, die nicht mehr aktuell sind. Ein Teil dieser Unterlagen ist
entweder schon seit einigen Jahren ersatzlos außer Dienst, ein anderer Teil ist
durch neue Ausgaben mit anderer Nummer ersetzt worden. Anlage 2 zeigt das
anschaulich. Sie gibt eine Übersicht zum Stand Mai 2011. In einigen Positionen
ist, im Falle früher oft genutzter, aber ersatzlos gestrichener Dokumente, in der
Anlage der alte Dokumententitel aufgeführt worden, um mehr Transparenz zu
erhalten. Wenn Unklarheit über eine Richtlinie herrscht, sollte die FEDGeschäftsstelle in Berlin konsultiert werden.
45
11 Direkte Informationsmöglichkeiten zu IPC-Richtlinien
beim IPC
Die Anzahl der Firmen und Institutionen in den deutschsprachigen Ländern, die
IPC-Richtlinien einsetzen, wird immer größer. Ebenso wächst die Kundenzahl, die
den IPC-Dokumenten- und Auskunftsservice des FED in Anspruch nehmen. Eine
Übersicht zum IPC-Richtlinien-Angebot samt Kurzbeschreibungen erhält man in
erster Linie aus dem aktuellen IPC-Katalog. Dieser ist kostenlos von den Internetseiten des IPC (www.ipc.org) bzw. des FED (www.fed.de, Rubrik Downloads)
herunter ladbar. Der FED informiert auch in seinen Internetseiten in den Rubriken
"News" sowie „Normen/Richtlinien“ ständig über neue IPC-Dokumente oder Veränderungen (ausführliches in Punkt 12).
Der amerikanische Fachverband IPC bietet Interessenten die Möglichkeit, bereits
vor dem Kauf seiner Richtlinien festzustellen, ob das Dokument inhaltlich „das
Richtige“ ist und mit welchen anderen Normen/Richtlinien des IPC oder anderer
Herausgeber (EIA, JEDEC, MIL...) es harmoniert bzw. diese voraussetzt. Sie
können die ersten 3 bis 5 Seiten des Dokumentes samt Titelblatt, Inhaltsverzeichnis und der ersten 1-2 Textseiten selbst ausdrucken.
Dazu müssen Sie folgendes tun:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
46
www.ipc.org im Internet aufrufen.
IPC-Internetshop bzw. IPC Online Store wählen (auf der Oberfläche rechts).
Suchfenster Search Products anklicken.
in der erscheinenden Maske die Suchdaten eingeben, z.B. bei Keyword die
Nummer der IPC-Richtlinie (Beispiel: IPC-6012C). Dabei unbedingt auf die
genaue Schreibweise achten, z. B. Bindestriche.
Alternativ kann man unter Product ID die Nummer der gesuchten Richtlinie
eingeben und zwar rein numerisch ohne Buchstaben und Sonderzeichen
(Bindestriche), z.B. 6012.
Nach Erscheinen der Seite mit der Angebotsaufzählung zum gesuchten
Dokument das betreffende Produkt anklicken.
Nach Erscheinen der detaillierten Angaben zu IPC-6012C Preview the Table
of Contents pdf.file
auswählen. Außerdem können evtl. vorhandene
kostenlose Amendments (Ergänzungen) herunter geladen werden.
Sie erhalten die ersten Seiten des gewünschten Dokuments inklusive
Inhaltsverzeichnis und können die Seiten ausdrucken oder abspeichern.
Einsichtnahme in IPC-Richtlinien, die in Erarbeitung oder Revision sind
Zu vielen in Erarbeitung bzw. Revision befindlichen IPC-Richtlinien stellt der IPC die
unterschiedlichen Entwurfsstufen (Working Draft, Proposal...) zur Einsichtnahme und
auch zum Abspeichern bzw. Ausdruck zur Verfügung. Sie können die Arbeiten direkt
verfolgen und evtl. schon in der betrieblichen Tätigkeit berücksichtigen.
Der Weg dorthin:
1) Im Internet www.ipc.org aufrufen.
2) Rubrik Standards (obere Menüleiste, Rubrik Wissen bzw. Knowledge) anklicken.
3) Standards aufrufen.
4) IPC Status der Normierungen bzw. IPC Status of Standardization anklicken.
5) In der Standards-Übersichtstabelle lassen sich die Seiten der Bearbeitungsgruppen (Committees) der markierten (noch nicht fertigen) Richtlinien aufrufen
und auswählen. Man kann aber direkt die jeweilige Richtlinie anklicken.
6) Es erscheint die Mitteilungsseite des zuständigen Committees. Auf dieser Seite können die Meetingprotokolle, die Entwürfe (Drafts) und Kommentare zu
den Entwürfen aufgerufen und eingesehen werden.
7) Nach Aufrufen der Drafts erscheint eine zeitlich geordnete Auflistung aller
bisher erstellten Entwürfe des Dokuments, so dass anhand der jeweiligen Arbeitsfassungen der Arbeitsfortschritt von Entwurfsfassung zu Entwurfsfassung
verfolgt werden kann. Das wird dadurch erleichtert, dass Veränderungen und
noch zu klärende Fragen farblich gekennzeichnet sind. Falls Probleme beim
Aufrufen auftreten – der Anweisung dort folgen. Beispielsweise gibt es
manchmal Probleme beim Aufrufen/Anzeigen der Entwürfe, wenn man als
Browser Firefox von Mozilla verwendet. Laut der Meldung des IPC soll die
Anzeige möglich sein, wenn man im Browser den Pop-Up-Blocker deaktiviert.
Das funktioniert beim Firefox-Browser leider nicht. Problemlos ist die Anzeige
mit dem Microsoft Internet-Explorer möglich. Wenn es noch andere Browser
ohne Anzeigeprobleme gibt, bittet der FED um Information an
[email protected] zur Veröffentlichung.
Mit diesen kurzen Hinweisen möchte der FED alle diejenigen, die es noch nicht probiert haben, ermutigen, einfache Erstauskünfte zu IPC-Dokumenten direkt im Internet
einzuholen. Auch dem Fachverband Elektronik-Design bringt dieser Service Entlastung, war er doch in der Vergangenheit im Rahmen seines Komplettservice für IPCUnterlagen oft damit befasst, den Interessenten in den deutschsprachigen Ländern
Europas gewünschte Inhaltsverzeichnisse zur besseren Information zu kopieren und
zuzuschicken. Jetzt können die Interessenten dieses teilweise selbst direkt zu jeder
Tageszeit über die IPC-Internetseiten erledigen und die jeweils aktuellen Informationen des IPC nutzen. Im Zweifelsfall bitte in der FED-Geschäftsstelle nachfragen. Hier
ist man natürlich gern bereit, Sie zu unterstützen.
47
12 Vertrieb und Beratung zu IPC-Richtlinien in
Deutschland, Österreich, Schweiz
Der Fachverband Elektronik-Design e.V. ist autorisierter Vertragspartner des IPC für
den Vertrieb der Richtlinien, Technischen Berichte und Schulungsmaterialien in den
deutschsprachigen Ländern Europas; ebenso zertifiziertes Schulungscenter des
IPC. Dadurch erhält der FED neueste Informationen und Unterlagen vom IPC aus
erster Hand. Der FED informiert als einzige Institution in Europa im Rahmen eines
umfangreichen Komplettservice Interessenten direkt und aktuell zu inhaltlichen
Fragen der IPC-Standards und liefert IPC-Dokumente schnell und zu IPC-üblichen
Preisen. Seit 2001 bietet der FED einen speziellen Informations- und Bestellservice
zu IPC-Richtlinien auf seinen Internetseiten an (Adresse: http://www.fed.de, Dokumenten-Shop), der rund um die Uhr erreichbar ist und regelmäßig ergänzt wird.
Der Komplett-Service des FED zu IPC-Dokumenten:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kostenlose fachkompetente telefonische Sofortberatung in deutscher Sprache,
Sofortlieferung vieler Richtlinien in kontrollierter Qualität,
Frühinformation zu neuen Dokumenten noch in deren Entstehungsphase im
Normen-Informationsdienst im Internet unter www.fed.de und in der Fachzeitschrift "PLUS" (Produktion von Leiterplatten und Systemen) des LeuzeVerlages in Bad Saulgau, Rubrik „FED-Informationen“,
bei Bedarf kostenlose Zusendung von Kopien von Inhaltsverzeichnissen oder
Musterblättern zur besseren Information und Entscheidungsfindung,
Einsichtnahme in IPC-Dokumente bei vielen FED-Veranstaltungen und Messen
IPC-zertifizierte Schulungen nach IPC-Designrichtlinien mit Prüfung zum CID und
CID+,, sowie CIS/CIT nach IPC-A-600, IPC-A-610, IPC-A-620, IPC-J-STD-001
Vermittlung von Erfahrungsträgern zum praktischen Einsatz der Richtlinien,
Original-IPC-Dokumentenpreise (günstiger als bei kommerziellen Normenanbietern, Weitergabe des IPC-Mitglieder-Rabattes des FED an die FED-Mitglieder)
Unterlagenkauf und -bezahlung beim FED unkompliziert in Euro ohne umständliche und teure Auslandszahlung in die USA.
Weitere Informationen:
Fachverband Elektronik-Design, Leiterplatten- und Elektronikfertigung e.V.
Alte Jakobstraße 85/86
10179 Berlin
Tel.:(030)8349059, Fax:(030)8341831
E-Mail: [email protected], Website: www.fed.de
48
Anlage 1
Beispiele für die Flankierung bzw. Ablösung von
MIL-Normen durch IPC-Richtlinien
(Stand Dezember 2011, soweit beim FED bekannt)
Arbeitsabschnitt
Design
Gegenstand
MIL- Spezifikation
IPC- Spezifikation
Rigid PWBs
MIL-STD-275E
IPC-2221A & IPC-2222A
SMT Land Patterns
NONE
IPC-7351B
Flex Circuits
MIL-STD-2118
IPC-2221A & IPC-2223B
Rigid-Flex PWBs
MIL-STD-2118
IPC-2221A & IPC-2223B
Multichip Module Laminate NONE
IPC-2221A & IPC-2225
Base Material for Rigid/ML MIL-S-13949H
PCBs
IPC-4101C
Documentation
MIL-STD-130
MIL-STD-275E
IPC-D-325A
Reliability Design Guidelines for SMT Assemblies
NONE
IPC-D-279
Permanent Solder Mask
NONE
IPC-SM-840E
MIL-PRF-55220E
MIL-PRF-55110E
IPC-6011 & IPC-6012C
Flex Circuit/Rigid-Flex
PWBs
MIL-PRF-50884C
IPC-6011 & IPC-6013B
Multichip Module
NONE
IPC-6011 & IPC-6015
MIL-C-28809B
IPC-CM-770E
PWB Assembly/Soldering
Design/Acceptance
MIL-STD-2000A
J-STD-001E
IPC-A-610E
Solder Materials
QQ-S-571F
MIL-F-14256F
J-STD-004B
Solder Materials
MIL-F-14256F
QQ-S-571
J-STD-005/006B
MIL-D-3464
J-STD-020D
Conformal Coating
(Material Qualification)
MIL-I-46058
IPC-CC-830B
Conformal Coating
(Assemblies)
MIL-STD-2000A
J-STD-001E
Leiterplatten- Rigid PWB
fertigung
Bestückung Rigid Board Assembly
Flex/Rigid-Flex
Bauelemente Handling
Beschichtungen
Basis: DoD (Department of Defense)-Informationen
49
Anlage 2
Abgelöste ältere IPC-Normen
(Stand: Mai 2011)
Nummer
Ersatzlos gestrichen bzw. ersetzt durch
IPC-A-30
Flexible 1 & 2 Sided Test Pattern
IPC-A-32
Flexible Multilayer Test Pattern
IPC-A-35
Additive Circuitry Test Pattern
IPC-A-37
Multilayer Stitch Pattern
IPC-SC-60
Ersetzt durch IPC-CH-65B
IPC-SA-61
IPC-AC-62
IPC-CS-70
Guidelines for Chemical Handling Safety in Printed Boards and Manufacturing
IPC-CM-78
Guidelines for Surface Mount & Inter Chip Carriers
IPC-MP-83
IPC Policy on Metrication
IPC-PC-90
Ersetzt durch IPC-9191
IPC-QS-95
General Requirements for Implementation of ISO 9000 Quality Systems
IPC-M-106
Ersetzt durch IPC-M-102
IPC-L-108
Ersetzt durch IPC-4101B
IPC-L-109
IPC-L-110
IPC-CC-110
IPC-L-112
IPC-L-115
IPC-L-120
Inspection Process for Chemical Process Suit of Copper-Clad Epoxy Glass
IPC-L-125
IPC-L-130
IPC-DD-135
Qualification Testing for Deposited Organic Interlayer Dielectric Materials
for Multichip Modules
IPC-EG-140
IPC-CF-148
IPC-MF-150
IPC-FC-203
Flat Cable, Round Conductor, Ground Plane
IPC-FC-210
Flat Conductor Undercarpet Power Cable (Typ FCC)
IPC-FC-213
Flat Undercarpet Telephone Cables
50
IPC-FC-217
General Document for Connectors, Electric Header/Receptacle, Insulation Displacement for Use with Round Conductor Flat Cable
IPC-FC-218B
General Specification for Connectors, Electrical Flat Cable Typ
IPC-C-219
Environmentally Sealed Flat Cable Connectors for Use in Aerospace
IPC-FC-220
Specification for Flat Cable, Flat Conductor, Unshielded
IPC-L-221A
Specification for Flat-Copper Conductors for Flat Cables
IPC-FC-222
Flat Cable Round Conductor, Unshielded
IPC-FC-225
Flat Cabel Design Guide
IPC-FC-231
Ersetzt durch IPC-4202 (Flexible Base Dielectric Films...)
IPC-FC-232
Ersetzt durch IPC-4203 (Adhesive Coated Dielectric Films...)
IPC-FC-233
Ersetzt durch IPC-4203 (Adhesive Coated Dielectric Films...)
IPC-FC-240
IPC-FC-241
Ersetzt durch IPC-4204 (Flexible Metal Clad Dielectrics...)
IPC-RF-245
IPC-D-249
IPC-FC-250A
IPC-D-275
Ersetzt durch IPC-2220-Serie mit IPC-2221 bis IPC-2225
IPC-RB-276
Qualification and Performance Specification for Rigid Printed Boards
Ersetzt durch IPC-6011 und IPC-6012B
IPC-D-300G
IPC-D-316
Ersetzt durch IPC-2251 (High Speed Design) und IPC-2252
(RF/Microwave Design)
IPC-D-319
Ersetzt durch IPC-D-275 (die wiederum schon ersetzt wurde - s. oben)
IPC-SC-320
IPC-MC-324
IPC-AM-361
IPC-TR-474
An Overview of Discrete Wiring Techniques
IPC-TC-500
IPC-TR-576
Additive Process Evaluation
IPC-AI-640
User's Guidelines for Automated Inspection of Unpopulated Thick Film
Hybrid Substrates
IPC-AI-641
User's Guidelines for Automated Solder Joint Inspection
IPC-AI-642
User's Guidelines for Automated Inspection of Artwork, Interlayers, and
Unpopulated PWB's
51
IPC-ET-652
IPC-R-700
Ersetzt durch IPC-7711B und IPC-7721B
IPC-SM-782A
Ersetzt durch IPC-7351A
IPC-SM-786A
Ersetzt durch J-STD-020D und J-STD-033B.1
IPC-S-801
Ersetzt durch J-STD-003B
IPC-S-803
IPC-S-804
IPC-S-805
Ersetzt durch J-STD-002C
IPC-S-815
Ersetzt durch J-STD-001
IPC-S-818
IPC-S-819
Ersetzt durch J-STD-005
IPC-H-855
Hybrid Microcircuit Design Guide
IPC-ML-910
IPC-D-940
IPC-ML-950C
IPC-ML-975
Ersetzt durch IPC-D-325A
IPC-ML-990
IPC-1066
Ersetzt durch IPC-J-STD-609
IPC-9503
Ersetzt durch IPC-J-STD-075
52
Anlage 3
Erste Schritte auf dem IPC-Way, oder der Beginn der
Anwendung der IPC-Standards in der Fertigungskette
Wer sich als Baugruppenhersteller gelegentlich mit der systematischen Optimierung der
Zusammenarbeit mit den Leiterplatten-Zulieferern und Unterbaugruppen-Lieferanten
beschäftigt, wird kaum darum herumkommen, die IPC-Richtlinien als die gegenwärtig
bestmögliche verfügbare Grundlage für die technische Spezifikation zu erachten.
Es hat sich ja herumgesprochen, dass IPC-Richtlinien umfassend, kohärent und
klar die Design-, Herstellungs- und Verarbeitungsaspekte von Leiterplatten beschreiben. Jedoch scheint die Bereitschaft vieler Baugruppen-, aber auch Leiterplatten-Hersteller gering zu sein, sich tatsächlich vertieft mit dieser Materie auseinanderzusetzen. Alle scheinen sich zu fragen: lohnt sich das? Wieso also überhaupt den ganzen Aufwand betreiben und diese Dokumente durchackern und
implementieren? Der eigentliche Nutzen scheint häufig nicht genügend klar. Damit
ist natürlich nicht die Richtlinie IPC-A-610 gemeint, die als populärer Bildband
wohl schon „drin“ ist.
Gute Ausgangsbasis – Lötrichtlinie J-STD-001
J-STD-001 dürfte aus verschiedenen Gründen besonders prädestiniert sein, um
von ihr ausgehend den IPC-Richtlinienbaum in ein Unternehmen (insbesondere
auch Beschaffungsanforderungen für Zulieferanten) einzuführen. Nicht zuletzt
auch, weil von dieser "Prozessrichtlinie" klar auf die entsprechenden IPCRichtlinien für Design und LP-Herstellung referenziert werden kann (Requirement
Flowdown).
Bei Beachtung der IPC-Richtlinien lassen sich viele Probleme vermeiden oder
zumindest verringern. Eine vertiefte Analyse würde dieses den meisten Unternehmen klar vor Augen führen. Leider führt eben gerade die Unkenntnis der IPCRichtlinien dazu, dass diese Schlussfolgerung nicht gemacht werden kann, weil ja
ironischerweise eben unbekannt ist, wo der tangierte, entsprechende Passus in
den IPC-Richtlinien sich denn befunden hätte!
Eigene Praxiserfahrungen zeigen, dass die Kosten/Nutzen-Rechnung des "IPCWay's" aufgeht: Im Bestreben, die an sich gute Qualitäts-Lage im Unternehmen kontinuierlich weiter zu verbessern, werden periodisch Verteilung und Ursachen von Abweichungen analysiert. Aufgrund solcher Q-Betrachtungen zeigt es sich regelmäßig,
dass sich aus der Anzahl sämtlicher registrierter Fehler/Mängel einige wenige Vorgänge extrahieren lassen, die den größten Teil aller Probleme - in Form von Q-Kosten
gemessen - ausmachen (das ist an sich kaum erstaunlich, Pareto lässt grüßen).
53
Diese Vorgänge hätten aber tatsächlich zum Teil vermieden werden können,
wenn (vor allem in der Lieferantenkette) das in den IPC-Richtlinien enthaltene
Know-how bekannt gewesen wäre (darauf, dass die IPC-Dokumente - insbesondere gegenüber anderen Normenreihen - genügend operabel sind, wurde schon
an anderer Stelle hingewiesen).
Es genügt nun ja bekanntlich keineswegs, die tangierten IPC-Anforderungen zur
Kenntnis zu nehmen und umzusetzen. Wenn nämlich einzelne Vorgänge als
bedeutend registriert worden sind, werden gewiss Korrekturmaßnahmen eingeleitet und umgesetzt, die ein erneutes Auftreten ausschließen. Dieses allgemein
übliche Vorgehen ist natürlich nur als reaktiv und keineswegs präventiv zu bezeichnen, weil damit lediglich das erneute Auftreten des alten Fehler vermieden
wird und die Gelegenheit nicht genutzt wird, ähnliche, potenzielle Vorgänge vor
deren Erstauftreten ebenfalls zu verhüten. Dieses kleine Qualitäts-ABC an dieser
Stelle ist wichtig, weil es ja darum geht, hier das Potenzial zur Prävention zu sehen.
Grundausstattung mit IPC-Richtlinien
Da nachweislich ein Großteil solcher Vorgänge in den IPC-Dokumenten beschrieben ist, besteht die beste Prävention in einer flächigen Betrachtung der IPCRichtlinien. Das bedeutet: wenn die Richtlinien tatsächlich ein breites Feld von
möglichen Fehlern abdecken, die sich mit einer nachgewiesenen Wahrscheinlichkeit einstellen, dann ist folglich die Beachtung der Dokumente die beste Prävention.
Zur flächigen Betrachtung dient der IPC-Richtlinienbaum (IPC Specification Tree,
Anlage 7, jeweils aktuell herunter ladbar auf der IPC-Internetseite unter:
http://www.ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/SpecTree.pdf)
Selbstverständlich basiert die Auswahl der „wichtigsten“ Standards auf verschiedenen Annahmen bezüglich Verarbeitungsstufe (Laminat, Leiterplatte, Baugruppe) und Substrattechnologie (starr, flex, ...). So wird ein Leiterplatten-Hersteller
andere Standards fokussieren als ein Baugruppenhersteller, Anwender von starren Leiterplatten andere als ein Anwender von flexiblen Leiterplatten etc.
54
Nachfolgend eine Auswahl einiger wichtiger IPC-Richtlinien, die als Grundausstattung empfohlen werden können:
Design und Material
IPC-2152 (Strombelastbarkeit von Leiterplatten)
IPC-2221 (Allgemein)
IPC-2222 (Starre Leiterplatten)
IPC-2223 (Flexible und Starrflexible Leiterplatten)
IPC-4101 (Starres Laminat und Prepreg)
IPC-4202, IPC-4203, IPC-4204 (Flexible Laminate, Kleber-, Verbund- und Deckfolien)
IPC-7093 (Design und Bestückung von QFN, QFP usw.)
IPC-7095 (Design und Bestückung von Ball Grid Array, BGA)
IPC-7351 (Land Pattern Design)
IPC-7525 (SMD-Schablonendesign)
Leiterplattenfertigung
IPC-6011 (Allgemein)
IPC-6012 (Starre Leiterplatten)
IPC-6013 (Flexible und Starrflexible Leiterplatten)
IPC-6016 (HDI-Leiterplatten mit Microvias)
IPC-A-600 (Abnahmekriterien Leiterplatten)
IPC-4552 (Chemisch Nickel-Gold-Oberfläche)
IPC-4554 (Chemisch Zinn-Oberfläche)
IPC-1601 (Verpackung, Trocknung, Lagerung von Leiterplatten)
Baugruppenfertigung
IPC-A-610 (Abnahmekriterien Baugruppen)
IPC/WHMA-A-620 (Abnahmekriterien Kabel/Kabelbaum-Baugruppen)
IPC-J-STD-001 (Gelötete Baugruppen)
IPC-J-STD-020( MSL-Level für SMD-Halbleiter)
IPC-J-STD-033 (Handhabung, Verpackung, Versand, Einsatz von SMD-Bauelementen)
IPC-J-STD-075 (Klassifizierung Nicht-IC-Bauelemente)
Nacharbeit, Änderung und Reparatur von Leiterplatten und Baugruppen
IPC-7711/IPC-7721 (Nacharbeit, Änderung und Reparatur von elektronischen Baugruppen)
Anmerkung: Die Buchstaben am Ende der Nummer, die die momentan konkret
geltende Ausgabe kennzeichnen, wurden hier zur Vereinfachung weggelassen.
55
Anlage 4
Beispiele für den Richtlinienaustausch IPC-IEC
IPC *
Thema
IEC
IPC-D-350
Printed Board Descriptio
IEC 61182-1
IPC- SM-840
Solder Mask
IEC 249-3-3
IPC-D-356
Bare Board Electrical Test
IEC 61182-7
IPC-T-50
Terms and Definitions
IEC 60194
IPC-TM-650
Test Methods Manual
IEC 61189-1,-2, -3, -5
IPC- 2141
Impedance Control
IEC 61188-1-2
IPC-7351
Land Pattern Requirements
IEC 61188-5-1
IPC-6011
IPC-6012
Rigid Printed Boards
IEC 61326-4
IPC-A-610
Acceptability of Solder Joints
IEC 61192-1 to -4
J-STD-001
Soldering Requirements
IEC 61191-1 to -4
J-STD-004
Flux Requirements
IEC 61190-1-1
J-STD-005
Solder Paste Requirements
IEC 61190-1-2
J-STD-006
Solid Solder Materials
IEC 61190-1-3
J-STD-012
Flip Chip and Chip Scale
IEC-PAS
J-STD-013
BGA and High Pin Count Tech
IEC-PAS
* Die Buchstaben am Ende der Nummer, die die momentan konkret geltende
Ausgabe kennzeichnen, wurden hier zur Vereinfachung weggelassen.
56
Anlage 5
Normen-Entwicklungs-Zyklus IPC-IEC
57
Anlage 6
Wichtige Richtlinien in den verschiedenen Arbeitsbereichen
58
Anlage 7
59
Die Anlagen 8 bis 10 zeigen in Schemazeichnungen Abläufe und Prozesse der Produktentstehungskette vom Design mit CAD und CAM (Anlage 8), über die Leiterplattenherstellung (Anlage 9) bis zur Fertigung von
elektronischen Baugruppen (Anlage 10). Die jeweils passenden IPCRichtlinien werden benannt, um dem Anwender in der Praxis eine Hilfestellung für die Zuordnung der jeweiligen Richtlinien zu geben. Da die
genauen Prozessabläufe, abhängig von Produkt, Technologie und Hersteller unterschiedlich sind, werden die Prozesse nur schematisch dargestellt und sind nicht direkt übertragbar.
60
Eigene Notizen:
61

Einführung in das IPC-Richtlinienwerk

Transcription

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