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«Einführung in das IPC-Richtlinienwerk IPC-Richtlinien für das Design und die Fertigung von Leiterplatten und Baugruppen Autoren: Michael Ihnenfeld, ...»

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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.

Inhaltsübersicht Einleitung 5 1 Die Normensituation in Deutschland 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 Beispiele für bekannte und neue IPC-Richtlinien nach Einsatzgebieten 19

6.1 Design von Leiterplatten 20

6.2 Leistungsspezifikationen für Leiterplatten 22

6.3 Leistungsspezifikationen für Laminate 23 6.3.1 Laminate für starre Leiterplatten 23 6.3.2 Leistungsspezifikationen für Laminate für flexible Leiterplatten 24

6.4 Spezifikationen für Oberfächenbeschichtungen (chemisch, galvanisch, Metallfolien) 24

6.5 Leistungsspezifikationen für Embedded Passives 25

6.6 Datentransfer (CAM) und Produktdatenerstellung 25

6.7 Bauteilmontage 27

6.8 Grundsatzfragen des Lötens. Montage von Flip Chips und BGA 27 6.8.1 Grundsatzfragen zum Löten - einschließlich Bleifrei

–  –  –

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 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 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.

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 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:

–  –  –

Richtlinien (Standards) und Design, Laminate, Einkauf von Hilfsmaterialien (Lote, untersetzende Handbücher Flussmittel, Lötstopplacke, Schutzlacke, VergussHandbooks, Guidelines) materialien, Kennzeichnungen...)

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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, • 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.



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