Ce que les concepteurs doivent savoir sur le respect des exigences minimales de l'anneau annulaire
Cet article présente, du point de vue d’un fabricant, les meilleures pratiques pour réussir la première révision en conformité avec les exigences IPC-6012 et les directives de conception IPC-2221.

Contexte
Cet article vise à aider les concepteurs de circuits imprimés (PCB) à comprendre :

La différence entre le diamètre de perçage réel et la taille du trou fini spécifiée dans le dessin de fabrication.

L’impact de cette différence sur l’anneau annulaire requis pour fabriquer une carte conforme aux normes.

De plus, il abordera les bonnes pratiques pour documenter les vias et les trous métallisés des composants, en :

Indiquant clairement les exigences finales.

Permettant au fabricant de PCB une flexibilité maximale afin d’optimiser le rendement et la conformité.

Commençons par les bases : « Qu'est-ce qu'une bague annulaire ? » La définition d'une bague annulaire diffère selon qu'il s'agit de couches externes ou internes. Pour les couches externes, la bague annulaire minimale correspond à la distance minimale entre l'intérieur d'un trou métallisé fini et la distance la plus courte sur la surface de la couche externe.

Maintenant que nous avons examiné les différences observables entre les bagues annulaires extérieures et intérieures, examinons le tableau 3-9 de la révision E de l'IPC-6012.

La bague annulaire minimale autorisée pour la couche externe de classe 3 est de 0,001969 po mesurée à partir du diamètre intérieur du trou plaqué fini jusqu'au bord le plus court de la plage plaquée.

La bague annulaire minimale autorisée pour la couche interne de classe 3 est de 0,000975 po et est mesurée à partir du diamètre du foret jusqu'à la distance la plus courte jusqu'au bord du terrain.

La classe 2 autorise une rupture à 90 degrés à condition qu'il y ait une déchirure, un filetage ou un trou de serrure à la jonction du conducteur de terre. Voici une illustration expliquant ce qui est autorisé et ce qui est requis.

Avec l'augmentation des densités, de nombreuses conceptions de classe 3 ne peuvent atteindre un diamètre annulaire minimal de 0,000975 pouce, ni accepter des dérivations à 90 degrés pour une fiabilité élevée. Une solution intéressante consiste à autoriser la tangence, à condition d'ajouter des gouttes à l'interface méplat/conducteur.

Plusieurs de mes clients appellent affectueusement Tangency « classe 3 légère ». À l’heure actuelle, cette condition n’est pas classée pour les trous métallisés mécaniques dans les normes IPC-6012 ou IPC-A-600. Si vous choisissez cette option dans votre conception, vous devrez faire une note spécifique pour cette tolérance. Cette condition est connue sous le nom de condition AABUS (conformément à l’accord entre l’utilisateur et le fournisseur).

La deuxième partie de cet article vise à aider les concepteurs à déterminer la taille de la bague annulaire nécessaire. Cette valeur dépend de la complexité de la conception. Je recommande aux concepteurs de consulter la section 9.1.1, la section 9.1.2 et le tableau 9-1 de la norme IPC-2221.

En tant que concepteur, si un fabricant vous a déjà appelé et vous a informé que la conception ne comporte pas suffisamment de bague annulaire pour être conforme, cette section vous aidera à comprendre pourquoi le fabricant exige une bague annulaire adéquate alors qu'il semble qu'il y en ait suffisamment actuellement dans la conception.
L'enregistrement d'un foret et des zones de toutes les couches n'est pas un processus parfait. Voici une description simple des tolérances de traitement et de leur origine.

• Le matériau époxy tissé que nous achetons varie d'un lot à l'autre. Cette variation est généralement d'environ +/- 0,0002 po par pouce. Si vous reportez cette valeur à la surface de travail d'un panneau de production, vous constaterez une variation de 0,0025 po de chaque côté du panneau.
• L'enregistrement d'avant en arrière d'un système moderne d'imagerie directe laser est généralement de 0,001".
• La précision du poinçonnage post-gravure d'un noyau gravé est de 0,001" au mieux.
• Le laminage et l'outillage ajoutent 0,001 po de tolérance supplémentaire.
• Le tableau 9-1 de l'IPC-2221 fournit des conseils pour augmenter la bague annulaire de 0,001 po si le nombre de couches est supérieur à 8.
• La position zéro de la perceuse et la précision de la course du foret peuvent ajouter 0,001 po de plage de tolérance accrue.
• Les forets peuvent se déplacer. La couche supérieure percée est précise, mais tout déplacement du foret aura un impact sur les couches inférieures de l'empilement.
• Les constructions à sous-laminage multiples ajouteront une tolérance supplémentaire de 0,002 po lorsque plusieurs structures à sous-laminage sont laminées dans l'assemblage final.

Veuillez noter que les valeurs suivantes sont basées sur le diamètre réel du foret et NON sur la taille du trou FINI.

En examinant les valeurs de processus cumulées, nous divisons la tolérance par deux. Cette valeur peut être divisée par deux puisque nous répartissons l'erreur entre les panneaux de production. Ainsi, si nous additionnons toutes les valeurs pour un cycle de laminage unique à nombre de couches élevé, la tolérance de processus peut atteindre 0,0045 po pour la tangence. Si le travail comporte plusieurs cycles de laminage, la tolérance de tangence serait de 0,006 po pour le perçage final.

Si vous envisagez une classe 3, la valeur de la bague annulaire augmentera de 0,001 pouce supplémentaire. Pour un cycle de laminage unique, nous demandons généralement une bague annulaire de 0,006 pouce. Pour plusieurs cycles de laminage, nous autorisons une bague annulaire de 0,006 pouce pour le premier cycle de sous-laminage, mais nous demandons une bague annulaire de 0,007 pouce pour les cycles de laminage suivants.

Le dernier élément que les concepteurs doivent prendre en compte est la largeur de perçage réelle du foret par le fabricant. Pour répondre à cette question, il serait utile que le concepteur dispose de deux règles. Une pour les vias plaqués dans lesquelles la taille du trou fini n'a pas d'importance, et deux tailles de trous de composants qui ont généralement une avance dans le trou plaqué fini. Les trous de composants doivent indiquer la taille du trou fini et la tolérance autorisée.

Les vias doivent être indiqués comme tels et la taille du trou fini peut être inférieure à la taille de perçage spécifiée. La plupart des conceptions indiquent la taille de via qui correspond à la taille réelle du foret que le fabricant doit utiliser. L'utilisation de la taille réelle du foret permettra d'obtenir la bague annulaire correcte et une distance de sécurité « sûre » entre un foret et un autre filet. Pour indiquer clairement qu'un foret particulier est un via, le concepteur doit utiliser la tolérance suivante dans le tableau de perçage. Cet exemple utilise une taille de via de 0,010".

Foret X .010” +.002”/- diamètre de foret.

Cette instruction indique clairement au fabricant que le concepteur suppose que la conception a été configurée et vérifiée avec un foret de 0,010 po. Un fabricant peut examiner cette exigence et déterminer quel foret fournira les meilleurs rendements tant que le trou fini est de 0,012 po ou moins. Dans certains cas, un fabricant percera plus grand s'il y a beaucoup d'anneaux annulaires, ou il peut choisir de percer plus petit pour s'assurer que la pièce finie aura des anneaux annulaires conformes.

Trous de composants. Ces valeurs peuvent varier d'un fabricant à l'autre. Pour les trous de composants, le fabricant doit compenser la taille du foret pour le placage et les variations de taille du trou une fois tous les processus de fabrication terminés. Voici des valeurs typiques à prendre en compte lors des vérifications DRC en CAO.

Finitions d'immersion ENIG, ENEPIG ou Silver, la taille du foret est de 0,004" plus grande que la taille du trou fini.
La soudure à air chaud (HASL) permet de terminer le perçage avec une taille de trou de 0,006 po supérieure à celle du trou fini. Le refroidissement de la soudure à air chaud est irrégulier et le trou fini est obstrué.

La plaque de refusion en étain-plomb peut être percée de 0,007 po de plus que le trou fini. Lors du processus de refusion, cela peut obstruer le trou plus que HASL.

Si une épaisseur de placage de trou plus élevée est requise, il sera nécessaire d'augmenter le diamètre du foret de fabrication pour répondre à l'exigence de placage supplémentaire.

Résumé:

J'espère que ces informations vous seront utiles pour vous aider à réaliser vos futures conceptions sans problèmes qui seraient autrement détectés chez le fabricant. Mon objectif avec ces articles est d'aider les concepteurs à obtenir des conceptions sans erreur qui passent de votre système de CAO à nos systèmes de FAO sans découverte de DRC.

Pour mémoire, cet article s'appuie sur la gestion du département d'ingénierie d'un fabricant pendant plus de 20 ans et près de 40 000 conceptions différentes. Summit Interconnect fabrique des produits de R&D de pointe avec des forets de 0,004 pouce de diamètre dans des zones de 0,0097 pouce et des produits de classe 3 pour l'aéronautique et l'espace.

Voilà, c'est tout. Vos questions et/ou suggestions sont les bienvenues.

Restez en bonne santé et en sécurité, tout le monde !
Gerry Partida

Les circuits imprimés modernes contiennent une multitude de composants critiques, mais rien n'est plus essentiel que la surface elle-même.

La surface d'un PCB moderne remplit deux fonctions principales :

Offrir une surface soudable pour fixer solidement les composants électroniques.

Protéger les circuits en cuivre exposés grâce à un revêtement adapté.

Dans le processus de fabrication et d’assemblage des PCB, la finition de surface joue un rôle clé dans la durabilité et la longévité de la carte finale.
Cette couche protectrice se situe entre les composants et la carte nue.

Voyons de plus près les types de finitions les plus courants utilisées dans les assemblages de circuits imprimés.
Voici cinq types de finitions de surface à considérer pour votre projet.

Égalisation par soudure à l’air chaud (HASL)

Le HASL (Hot Air Solder Leveling) est l’une des finitions de surface les plus courantes et les plus éprouvées pour une large gamme de projets PCB.

Cette méthode est populaire car elle est abondamment disponible et économique sur le long terme.
Elle fonctionne aussi bien pour les cartes à composants traversants que pour les cartes avec de gros composants SMT.

Le revêtement protecteur se forme après :

Immersion du PCB dans de la soudure fondue.

Égalisation de la surface avec un couteau à air chaud.

Cependant, le HASL n’est pas idéal pour :

Les composants montés en surface (SMT) de petite taille

Les circuits fins et précis (en raison des irrégularités d’épaisseur)

Si la présence de plomb pose problème, il existe une alternative HASL sans plomb, qui offre une excellente durée de conservation et respecte la réglementation RoHS.

Argent ou Étain en immersion

Les revêtements en immersion sont plus adaptés aux cartes contenant de petits composants.

L’argent en immersion (IAg) est un revêtement non électrolytique qui se forme par réaction chimique.

La couche d’argent diffuse dans le cuivre par un processus d'immersion.

Cette finition est stable, adaptée aux circuits à pas fin, et offre une vitesse de signal rapide.

Toutefois, il faut surveiller les conditions de stockage, car l’argent ternit facilement à l’air.

D’un autre côté, l’étain en immersion est une alternative économique et conforme RoHS.

Son revêtement plat est idéal pour les composants de petite taille, les circuits fins, et les hautes vitesses.

Cependant, si votre production est limitée, il est préférable de choisir l’argent en immersion pour éviter les inconvénients de l’étain en immersion (ISN).

Préservatif de soudabilité organique (OSP)

L’OSP (Organic Solderability Preservative) est un processus de revêtement simple, garantissant une surface plane et uniforme.

Ce revêtement à base d’eau contient des composés organiques qui protègent le cuivre et facilitent une soudabilité fiable.

L’OSP élimine le besoin d’un revêtement métallique, mais il est aujourd’hui moins couramment utilisé malgré sa conformité RoHS.

Nickel Chimique & Or en Immersion (ENIG)

L’ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) est la finition sans plomb la plus utilisée parmi ces cinq types de finitions.

Il s'agit d'un revêtement métallique à deux couches :

Le nickel forme une barrière principale pour la soudure.

L’or protège le nickel grâce à une couche mince et uniforme.

L’ENIG est extrêmement durable, ce qui garantit une longue durée de vie.

Cependant, son processus de fabrication est plus complexe, ce qui augmente son coût.

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