使用IPC組件間距指南增強PCB設計

2022-08-10

使用IPC組件間距指南增強PCB設計

盡管PCB是當今所有電子電路的基本模塊，但在設計電路時必須遵循幾條規則和指南。這些規則不僅適用于設計，還適用于PCB的制造和組裝，以提高電路板的整體性能。設計人員必須確保PCB上的每個組件和部件均間隔開，以確保將數據順利傳輸到電路的所有末端。

印刷電路協會(IPC)是一個在PCB設計、組裝和質量標準方面擁有一套規則和法規的組織。這些規則還定義了PCB在不同操作條件下工作原理的可靠性和穩健性。這不僅僅是為了設計；還強調了PCB上電氣和電子元件的焊接水平，以符合材料規格、工藝要求和可接受性標準。

IPC規則概述

IPC為全球電子行業開發了一種通用語言，用作設計、制造和組裝PCB的指南。這些標準至關重要，旨在保證產品的整體性能更好、質量更高、可靠性更高。因此，設計人員需要熟悉組裝和制造標準，因為按照這些標準工作可能有助于防止損失。IPC標準通過以下方式為設計人員提供了一些優勢：

提高產品的質量和可靠性。遵守IPC標準可以幫助制造公司保持產品的質量和可靠性。開發有效且持久的產品可能有助于保持市場競爭力。跟上這些標準可以改善流程并提高產品的一致性。

改善溝通。IPC開發了一種全球公認的工業語言，使設計師和消費者之間的交流變得方便。這種通用術語有助于清楚地分析既定標準并防止整個過程中的錯誤傳達。

流暢的工作流程和更低的成本。當參與制造過程的每個人都遵循相同的標準時，它會自動降低產品出現故障和生產延誤的可能性。此外，遵循相同的標準可以提高供應鏈的效率并最終降低生產成本。

使用IPC元件放置規則設計PCB

在設計方面，IPC-2220系列僅用于設計目的。IPC制定的關于PCB上元件放置的一些規則是：

IPC – 該標準定義了如何在PCB上考慮電氣參數，例如總線布局、零件間隙和阻抗。在這里，還重點介紹了散熱方法以及如何在PCB設計中實施熱管理。

IPC – 該標準定義了物理剛性且其結構由固體基板材料制成的PCB的設計要求。本標準適用于單面PCB、雙面PCB和多層PCB。

IPC-2223。該標準僅涉及柔性PCB結構及其設計。當談到柔性PCB設計時，其標準中提到了它們的焊盤/過孔放置、結構規格和彎曲半徑。

在PCB上設計具有適當間距的組件

不正確的元件放置可能會導致電路發生潛在故障，并增加對用戶造成傷害的可能性。為了獲得PCB性能的優化結果，設計人員可以遵循以下幾條規則：

機械約束。在設計過程中，考慮電路或電路的一部分需要安裝在電路板上的區域非常重要。這使得更容易知道需要在哪里鉆安裝孔和邊緣連接器，以便輕松組裝組件。因此，設計人員必須首先創建一個輪廓，指示高度限制、走線區域等。

組件選擇。設計人員必須通過確保準確的特性和電氣參數來精確選擇組件，以提高電路內的導電性。還必須確保在所選組件的設計中沒有間距限制，如果做得不好，可能會對電路產生不利影響。因此，必須從設計階段的一開始就檢查組件尺寸，以確保每個組件之間保持正確的間距。這創造了一個輕松的組裝過程，并且組件的定位順利進行。

組件選擇

高壓元件的分離。在可能的情況下，設計人員必須始終與消耗高功率的組件（例如 MOSFET、IC等）保持適當的距離。理想的做法是在每個IC之間留出大約0.035到0.5英寸的間距，以確保正確傳輸數據，沒有任何缺點。此外，如果IC等組件放置得太近，則難以布線連接引腳并可能導致連接問題。

走線寬度大小。通常，印刷電路板上銅涂層的厚度是固定的，以確保組件之間的通信發生在一個方向上。由于蝕刻工藝，設計人員通常保持6 mm或0.152 mm的最小走線寬度。設計走線寬度的一些重要因素是：

走線的載流能力

空間可用性

制造限制

阻抗

走線寬度大小

在PCB上分層組件。為了獲得最佳效果，大多數設計人員都使用多層PCB，因為它們具有承重能力和空間限制。盡管如此，如果將組件放置在多層上，則在組裝過程中可能會遇到困難，從而導致不必要的昂貴制造成本。還必須確保部件不得重疊，所有部件之間必須至少間隔40毫米的距離。

IPC類別及其對制造的影響

在PCB設計中，標準分為三類。這些類別定義及其術語可以概括為PCB中允許缺陷的數量和嚴重程度。這些等級定義了每個電路板的質量等級，從1級（最低質量）到3級（最高或卓越質量）。設計人員必須熟悉這些類別，因為它們是保持 PCB 質量標準應滿足的性能和安全規范?？蛻粜枨蠛统杀镜纫蛩乜赡軙乐赜绊懺O計師選擇要遵循的等級。以下是IPC類定義：

1類（一般PCB）。Class 1定義了壽命短且具有基本功能的PCB的規格。此類板的質量較低，這使得它們相對便宜。此類包括用于日常使用的PCB，例如玩具、電視遙控器等。

2類（專用服務PCB）。Class 2的電路板與Class 1相比表現出更高的特性，并且具有高可靠性和延長壽命。它們遵循比1類更嚴格的標準，因為這些板執行更復雜的功能，并且通常是更大系統的一部分，例如筆記本電腦、電視或空調。

3 類（高性能PCB）。第3類包括所有需要連續或按需性能和延長生命周期的電路板。在放置SMT組件時可以看出2類和3類電路板之間的主要區別。第3類產品受到更嚴格的指導，因為它們在行業中具有巨大的重要性。因此，第3類類別下的PCB絕不能出現任何缺陷。3類產品始終以高精度進行檢測，從而獲得剛性和高度可靠的電路板。此類PCB通常用于軍事、航空航天和更多具有繁重操作的重要領域。

結論

為了實現電路的優化性能，以正確的方式設計PCB是設計人員必須始終考慮的第一步。在以正確的方式設計電路時，IPC設定了幾條規則，每個組件和電路板的一部分之間的間距正確。

設計人員可以利用IPC-2220系列標準進行設計，其中包括IPC-2221、IPC-2222和IPC-2223。這些標準用于定義設計人員可用于布局其PCB設計的各種技術和方法。此外，在設計PCB時，設計人員必須在組裝過程之前考慮并仔細控制幾個因素。應檢查所有機械約束以了解可以嵌入電路的區域。必須為電路的每個部分分階段選擇元件。必須正確評估所有組件的高度和寬度，以了解組件之間的正確間距。高壓組件必須與其他組件保持良好的距離，以避免在操作過程中丟失數據。