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IPC标准的开发:业务挑战和内部观点
  2021-03-23      27

作者:Graham NaisbittGEN3 SYSTEMS

技术开发、小型化和高密度封装的快速发展带来了新的机遇,但随之而来的挑战涉及可追溯性和质量控制,这两者都严重依赖控制标准。

IPC是发展此类文件的最佳论坛之一。IPC的总部在美国,自上世纪80年代里根政府废除“MIL”标准以来,它一直深受美国航空航天和国防部门的需求的影响。但是,对IPC的主要的批评是制定标准的速度,它要花五年的时间制定一个标准,这是个问题。对于大批量产品中使用的实际技术,这种时间滞后是有问题的。此外,军事和高可靠性行业采纳新技术的时间都比较迟,这进一步推迟开始针对现有产品的标准制定工作。另一个可能是更重要的问题,即开发工作是由志愿者完成的,尽管他们是代表他们各自的雇主来参与这项工作。

随着新技术越来越多,对标准的标准化工作,例如ISO 9201,规定了某些必须满足的规则来确保供应链的“公平”。有些人对“假阳性/阴性”和“永远不要相信销售人员”之类的话耳熟能详,因此,减少不信任产品的理由不是件容易的事情。不过,IPC在制定一个标准时,会有5-30个任务小组,这些小组都有机会审查行业的各种需求,提出下一阶段的工作计划。

考虑到这一点,下面的大部分内容基于我们从世界各地的电子行业了解到的评论,其中许多作者不是IPC成员。这是一场招募会员的行动,我可以毫无顾忌地说,这也是一次寻找志愿者来帮助建立未来的标准的行动。

IPC 5-32b SIRECM任务小组:结构性开发计划

背景

目前的IPC SIR 2.6.3.7测试是针对各种典型应用,这些应用中的PCB的最小特征是间隔超过200微米,电压范围大约在10-100 V之内。经委员会一致同意,测试持续时间不少于72小时。这个持续时间本来打算恢复到168小时,但现在有证据表明,在运行的PCB中,助焊剂残渣可能休眠超过500小时,因此必须进行3周或4周的测试。

在医疗产业和航天产业中,目前有两种不同的技术开发体系:(1)电动汽车使用的高电压(~ 1000伏)电子器件和(2)低压细距器件(~ 2伏和<100微米特征尺寸)。现有的测试2.6.3.7对这些技术不适用。例如,在高电压测试标准ISO PAS 19295:2016(E)中,电气元件或电路要求的最大工作电压在交流30伏(rms)到1000伏(rms)之间或直流60伏到1500伏之间。

从J-STD-001的Rev G中删除ROSE测试促使建立新的测试。人们希望量化底部终端元件(BTC)下面的清洗效果,使用一种经过改进的SIR测试和一种新的测试工具,这样可以充分利用低成本的测试工具并使用在BTC下面SIR模式来评估清洗效果。

从目前针对腐蚀问题的HDPUG项目出发,将有一种方法可以通过阻焊膜来观察点状腐蚀和裂隙腐蚀。本文提出一种经过改进的SIR技术,可以使用新的测试工具来评估阻焊膜的完整性。

目标

目标是开发出覆盖低电压测试和非常高电压的新的SIR标准,通过Gauge R&R研究验证开发出来的测试方法,所有这些工作都是在IPC赞助下进行。这些工作将以2.6.3.7中的测试方法为基础,但会针对这两个技术领域对这个方法作适当的调整。2.6.3.7也将对目前使用的2007版本进行更新,纳入新的IPC B53测试电路,这个电路包含200微米SIR间距电路。这个新标准还观察测试持续时间,其中至少要包括一个时间不少于500小时、甚至可能超过1000小时的测试选项。

对于测试工具的开发、各种仿制的元件和测试方案,对清洗效果的SIR评估,以及阻焊膜的腐蚀也将遵循类似的路径。IPC的SIR委员会的5-32b小组将领导文件的开发,组织Gauge R&R验证的循环试验。

资金

这些标准将通过志愿工作写入目前的5-32b内。生产样品的资金可以由IPC资助,然后由合作者进行比对工作,这一工作的费用由合作者承担。

方法

为此,我们必须对测试电路的走线和间距达成共识。我们目前的问题是电压25 伏/毫米,走线间距200微米(B53)和500微米(B24)的电路。对于低电压应用,预计的测试电压是2伏和约50微米的走线间距,这将导致40伏/毫米。在高电压测试时,预期的场强是500伏/毫米,因此,在进行1000伏测试时,走线的特征间距将是1毫米。

已经证明,电化学过程不一定和特征尺寸或SIR电路中的走线间距及施加的电压呈比例关系。因此,必须仔细考虑采用的测试,并且测试条件必须对用例是合适的。否则,生成的数据可能毫无价值。因此,需要各种新的测试样品,来自更广泛行业的输入对确定需求至关重要。

我们知道新材料系统在腐蚀开始之前有一段很长的潜伏期;根据记录,腐蚀时间可以长达500个小时。在大于1000伏电压下测试可能会在相对比较长的距离产生故障模式,因此可能需要更长的测试时间,也许需要超过1000小时的持续测试时间。可能需要考虑关于清洗效果SIR评估和阻焊膜的腐蚀问题的建议。

验证

当委员会就测试方法达成一致时,需要对测试方法和选择的测试工具进行验证。之前IPC和IEC就联合组织了一次相互比对,报告比对的结果并作为IEC TR 61189-5-506发布。这个报告比较导体间距500微米、318微米和200微米的SIR电路的响应情况。这次比对使用的测试样品是IPC B53 Rev A规定的样品。这些测试结果现在是更新后的2.6.3.7的一个重要部分。这里描述的开发工作计划和即将开发的标准与测试工具的做法相似。

目前展开的工作是IPC B53的修订版B(Rev B),制定IPC B53的修订版B的目的是把它作为IPC B24、B25和B25A可能的替代者。有计划对B53做进一步改进至B55,这包含了新增的一对间距50微米的电路。这两种新电路板如图1和图2所示。

image.png

图1:IPC B53 Rev B。

image.png

图2:建议的IPC B55。

这个计划的要求尽快开始这项工作,制定必要的标准草案和测试工具。

我们认为,必须有更多的行业了解这项工作,帮助开发SIR/ECM标准的下一个修订版,这些标准包括:

• IPC-TM-650方法2.6.3.7

• IPC 9201表面绝缘电阻手册

• IPC 9202:评估电化学性能的材料与工艺特性/鉴定测试协议

• IPC 9203:IPC-9202和IPC-B -52标准测试工具用户指南,

用于描述工艺特性的新的测试方法和其他测试方法的工具箱,可以有助于评估和解决测试故障。

编辑手记:本文最初在《PCB007杂志》202010月刊上发表。

作者简介:Graham Naisbitt 是Gen3系统公司的主席和首席执行官,同时他还担任IPC 5-32b SIR/ECM的主席、IPC 5-30清洗与涂层委员会的副主席和5-32e CAF的副主席。此外,他还是《印刷电路组装指南...工艺验证》的作者。请访问I-007eBooks.com下载这本书和其他免费教学书籍。

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