使用IPC组件间距指南增强PCB设计

2022-08-10

使用IPC组件间距指南增强PCB设计

尽管PCB是当今所有电子电路的基本模块，但在设计电路时必须遵循几条规则和指南。这些规则不仅适用于设计，还适用于PCB的制造和组装，以提高电路板的整体性能。设计人员必须确保PCB上的每个组件和部件均间隔开，以确保将数据顺利传输到电路的所有末端。

印刷电路协会(IPC)是一个在PCB设计、组装和质量标准方面拥有一套规则和法规的组织。这些规则还定义了PCB在不同操作条件下工作原理的可靠性和稳健性。这不仅仅是为了设计；还强调了PCB上电气和电子元件的焊接水平，以符合材料规格、工艺要求和可接受性标准。

IPC规则概述

IPC为全球电子行业开发了一种通用语言，用作设计、制造和组装PCB的指南。这些标准至关重要，旨在保证产品的整体性能更好、质量更高、可靠性更高。因此，设计人员需要熟悉组装和制造标准，因为按照这些标准工作可能有助于防止损失。IPC标准通过以下方式为设计人员提供了一些优势：

提高产品的质量和可靠性。遵守IPC标准可以帮助制造公司保持产品的质量和可靠性。开发有效且持久的产品可能有助于保持市场竞争力。跟上这些标准可以改善流程并提高产品的一致性。

改善沟通。IPC开发了一种全球公认的工业语言，使设计师和消费者之间的交流变得方便。这种通用术语有助于清楚地分析既定标准并防止整个过程中的错误传达。

流畅的工作流程和更低的成本。当参与制造过程的每个人都遵循相同的标准时，它会自动降低产品出现故障和生产延误的可能性。此外，遵循相同的标准可以提高供应链的效率并最终降低生产成本。

使用IPC元件放置规则设计PCB

在设计方面，IPC-2220系列仅用于设计目的。IPC制定的关于PCB上元件放置的一些规则是：

IPC – 该标准定义了如何在PCB上考虑电气参数，例如总线布局、零件间隙和阻抗。在这里，还重点介绍了散热方法以及如何在PCB设计中实施热管理。

IPC – 该标准定义了物理刚性且其结构由固体基板材料制成的PCB的设计要求。本标准适用于单面PCB、双面PCB和多层PCB。

IPC-2223。该标准仅涉及柔性PCB结构及其设计。当谈到柔性PCB设计时，其标准中提到了它们的焊盘/过孔放置、结构规格和弯曲半径。

在PCB上设计具有适当间距的组件

不正确的元件放置可能会导致电路发生潜在故障，并增加对用户造成伤害的可能性。为了获得PCB性能的优化结果，设计人员可以遵循以下几条规则：

机械约束。在设计过程中，考虑电路或电路的一部分需要安装在电路板上的区域非常重要。这使得更容易知道需要在哪里钻安装孔和边缘连接器，以便轻松组装组件。因此，设计人员必须首先创建一个轮廓，指示高度限制、走线区域等。

组件选择。设计人员必须通过确保准确的特性和电气参数来精确选择组件，以提高电路内的导电性。还必须确保在所选组件的设计中没有间距限制，如果做得不好，可能会对电路产生不利影响。因此，必须从设计阶段的一开始就检查组件尺寸，以确保每个组件之间保持正确的间距。这创造了一个轻松的组装过程，并且组件的定位顺利进行。

组件选择

高压元件的分离。在可能的情况下，设计人员必须始终与消耗高功率的组件（例如 MOSFET、IC等）保持适当的距离。理想的做法是在每个IC之间留出大约0.035到0.5英寸的间距，以确保正确传输数据，没有任何缺点。此外，如果IC等组件放置得太近，则难以布线连接引脚并可能导致连接问题。

走线宽度大小。通常，印刷电路板上铜涂层的厚度是固定的，以确保组件之间的通信发生在一个方向上。由于蚀刻工艺，设计人员通常保持6 mm或0.152 mm的最小走线宽度。设计走线宽度的一些重要因素是：

走线的载流能力

空间可用性

制造限制

阻抗

走线宽度大小

在PCB上分层组件。为了获得最佳效果，大多数设计人员都使用多层PCB，因为它们具有承重能力和空间限制。尽管如此，如果将组件放置在多层上，则在组装过程中可能会遇到困难，从而导致不必要的昂贵制造成本。还必须确保部件不得重叠，所有部件之间必须至少间隔40毫米的距离。

IPC类别及其对制造的影响

在PCB设计中，标准分为三类。这些类别定义及其术语可以概括为PCB中允许缺陷的数量和严重程度。这些等级定义了每个电路板的质量等级，从1级（最低质量）到3级（最高或卓越质量）。设计人员必须熟悉这些类别，因为它们是保持 PCB 质量标准应满足的性能和安全规范。客户需求和成本等因素可能会严重影响设计师选择要遵循的等级。以下是IPC类定义：

1类（一般PCB）。Class 1定义了寿命短且具有基本功能的PCB的规格。此类板的质量较低，这使得它们相对便宜。此类包括用于日常使用的PCB，例如玩具、电视遥控器等。

2类（专用服务PCB）。Class 2的电路板与Class 1相比表现出更高的特性，并且具有高可靠性和延长寿命。它们遵循比1类更严格的标准，因为这些板执行更复杂的功能，并且通常是更大系统的一部分，例如笔记本电脑、电视或空调。

3 类（高性能PCB）。第3类包括所有需要连续或按需性能和延长生命周期的电路板。在放置SMT组件时可以看出2类和3类电路板之间的主要区别。第3类产品受到更严格的指导，因为它们在行业中具有巨大的重要性。因此，第3类类别下的PCB绝不能出现任何缺陷。3类产品始终以高精度进行检测，从而获得刚性和高度可靠的电路板。此类PCB通常用于军事、航空航天和更多具有繁重操作的重要领域。

结论

为了实现电路的优化性能，以正确的方式设计PCB是设计人员必须始终考虑的第一步。在以正确的方式设计电路时，IPC设定了几条规则，每个组件和电路板的一部分之间的间距正确。

设计人员可以利用IPC-2220系列标准进行设计，其中包括IPC-2221、IPC-2222和IPC-2223。这些标准用于定义设计人员可用于布局其PCB设计的各种技术和方法。此外，在设计PCB时，设计人员必须在组装过程之前考虑并仔细控制几个因素。应检查所有机械约束以了解可以嵌入电路的区域。必须为电路的每个部分分阶段选择元件。必须正确评估所有组件的高度和宽度，以了解组件之间的正确间距。高压组件必须与其他组件保持良好的距离，以避免在操作过程中丢失数据。