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(shí)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(gè)組件和部件均間隔開(kāi)，以確保將數據順利傳輸到電路的所有末端。

印刷電路協(xié)會(huì )(IPC)是一個(gè)在PCB設計、組裝和質(zhì)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(yè)開(kāi)發(fā)了一種通用語(yǔ)言，用作設計、制造和組裝PCB的指南。這些標準至關(guān)重要，旨在保證產(chǎn)品的整體性能更好、質(zhì)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(guò)以下方式為設計人員提供了一些優(yōu)勢：

提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。遵守IPC標準可以幫助制造公司保持產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。開(kāi)發(fā)有效且持久的產(chǎn)品可能有助于保持市場(chǎng)競爭力。跟上這些標準可以改善流程并提高產(chǎn)品的一致性。

改善溝通。IPC開(kāi)發(fā)了一種全球公認的工業(yè)語(yǔ)言，使設計師和消費者之間的交流變得方便。這種通用術(shù)語(yǔ)有助于清楚地分析既定標準并防止整個(gè)過(guò)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(guò)程的每個(gè)人都遵循相同的標準時(shí)，它會(huì )自動(dòng)降低產(chǎn)品出現故障和生產(chǎn)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(chǎn)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(guān)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(xiàn)布局、零件間隙和阻抗。在這里，還重點(diǎn)介紹了散熱方法以及如何在PCB設計中實(shí)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(shí)，其標準中提到了它們的焊盤(pán)/過(guò)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(huì )導致電路發(fā)生潛在故障，并增加對用戶(hù)造成傷害的可能性。為了獲得PCB性能的優(yōu)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(guò)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(chuàng )建一個(gè)輪廓，指示高度限制、走線(xiàn)區域等。

組件選擇。設計人員必須通過(guò)確保準確的特性和電氣參數來(lái)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(méi)有間距限制，如果做得不好，可能會(huì )對電路產(chǎn)生不利影響。因此，必須從設計階段的一開(kāi)始就檢查組件尺寸，以確保每個(gè)組件之間保持正確的間距。這創(chuàng )造了一個(gè)輕松的組裝過(guò)程，并且組件的定位順利進(jìn)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(gè)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(méi)有任何缺點(diǎn)。此外，如果IC等組件放置得太近，則難以布線(xiàn)連接引腳并可能導致連接問(wèn)題。

走線(xiàn)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(fā)生在一個(gè)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(xiàn)寬度。設計走線(xiàn)寬度的一些重要因素是：

走線(xiàn)的載流能力

空間可用性

制造限制

阻抗

走線(xiàn)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(guò)程中可能會(huì )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(lèi)別及其對制造的影響

在PCB設計中，標準分為三類(lèi)。這些類(lèi)別定義及其術(shù)語(yǔ)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(gè)電路板的質(zhì)量等級，從1級（最低質(zhì)量）到3級（最高或卓越質(zhì)量）。設計人員必須熟悉這些類(lèi)別，因為它們是保持 PCB 質(zhì)量標準應滿(mǎn)足的性能和安全規范?？蛻?hù)需求和成本等因素可能會(huì )嚴重影響設計師選擇要遵循的等級。以下是IPC類(lèi)定義：

1類(lèi)（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(lèi)板的質(zhì)量較低，這使得它們相對便宜。此類(lèi)包括用于日常使用的PCB，例如玩具、電視遙控器等。

2類(lèi)（專(zhuān)用服務(wù)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(cháng)壽命。它們遵循比1類(lèi)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(lèi)（高性能PCB）。第3類(lèi)包括所有需要連續或按需性能和延長(cháng)生命周期的電路板。在放置SMT組件時(shí)可以看出2類(lèi)和3類(lèi)電路板之間的主要區別。第3類(lèi)產(chǎn)品受到更嚴格的指導，因為它們在行業(yè)中具有巨大的重要性。因此，第3類(lèi)類(lèi)別下的PCB絕不能出現任何缺陷。3類(lèi)產(chǎn)品始終以高精度進(jìn)行檢測，從而獲得剛性和高度可靠的電路板。此類(lèi)PCB通常用于軍事、航空航天和更多具有繁重操作的重要領(lǐng)域。

結論

為了實(shí)現電路的優(yōu)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(shí)，IPC設定了幾條規則，每個(gè)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(jìn)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(shù)和方法。此外，在設計PCB時(shí)，設計人員必須在組裝過(guò)程之前考慮并仔細控制幾個(gè)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(gè)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(guò)程中丟失數據。