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PCB 设计和组装标准不会限制您的生产力。相反,他们在那里帮助创建跨多个行业的产品设计和性能的统一期望。标准化带来了合规性工具,例如某些设计方面的计算器、审计和检查流程等等。

在高压PCB设计中,重要的PCB设计通用标准是IPC-2221。本设计标准总结了许多重要的设计方面,其中一些可归结为简单的数学公式。对于高压 PCB,IPC-2221 计算器可以帮助您快速确定 PCB 上导电元件之间的适当间距要求,这有助于确保您的下一个高压板在其工作电压下保持安全。当您的设计软件将这些规范作为自动设计规则包含在内时,您可以在构建电路板时保持高效并避免布局错误。

什么是IPC-2221?

IPC-2221 是一个普遍接受的行业标准,它定义了多个 PCB 设计方面。一些示例包括对材料(包括基板和镀层)、可测试性、热管理和热释放以及环形圈的设计要求,仅举几例。在高压 PCB 设计中,IPC-2221B 标准规定了重要的设计要求。请注意,IPC 仅指定电压高达 500 V 的最小导体间距值。提供了用于计算 500 V 以上电压的最小导体间距值的简单公式。

在 IPC-2221 定义的最小电导体间距值列表中,有一组要求旨在防止金属迁移失败。金属迁移是具有高导体密度的高压设计中的众多失效机制之一。当两个导体处于高电位时,当导体含有水溶性盐的残留物时,会发生金属枝晶的电化学生长;两个焊球之间枝晶生长的 SEM 图像如下所示。这些金属枝晶可以使高密度 PCB 上的两个点短路。这实际上是电场效应,这就解释了为什么有最小间距要求;对于给定的电位差,增加导体之间的间距会降低导体之间的电场,从而抑制枝晶生长。


SEM 图像显示两个焊球之间的枝晶生长。图片来源

如果您的产品不受更严格的 UL 或 IEC 标准的保护(请参阅下面的更多内容),您可以使用一组简单的数据和一个公式来确定 PCB 中的最小导体间距。该数据是所使用的峰值电压以及电路板上是否存在涂层的函数,如下表所示。如果您需要确定两个电压值之间的最小导体间距,您可以在两个连续条目之间使用线性近似(插值)。


IPC-2221B 导体间距要求。

如果您纵观不同行业和应用的电子标准格局,您会发现各种安全标准规定了不同的导体间距要求。IPC-9592B 标准规定了电源转换设备的导体间距要求。当与 IPC-2221B 中规定的所需导体间距一起绘制时,这些标准非常一致。下表规定了 IPC-9592B 下的间距要求。请注意,这将所需的最小走线间距定义为峰值电压值的函数。


IPC-9592B 电源转换设备的导体间距要求。

两组标准都包含可以轻松编程到计算器应用程序中的公式。您可以在 Internet 上找到许多 IPC-2221 计算器应用程序,包括 IPC-2221B 迹线间距计算器。

请注意,IPC-2221 标准是完全自愿的。但是,对于法律安全标准涵盖的产品,相关 UL 或 IEC 标准中的爬电距离和间隙要求是强制性的。例如,可在 IEC-60950-1 标准(第 2 版)中找到有关具有交流电源和电池电源的 IT 和电信产品的相关安全要求。爬电距离方面,IPC-2221B 规定的间距取决于 RMS 工作电压、污染程度(编号 1 到 3)和材料组别。后两个术语的定义可在 UL 60950-1 标准中找到。无论您是需要遵守 IEC、IPC 还是其他所需的安全标准,当您使用正确的 PCB 设计软件时,您都可以将您的设计要求指定为设计规则。

@2021-11-29 11:15:31;

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