Иерархическая структура IPC 2221

Применение стандарта IPC 2221 к конструкции печатных плат.

каталог

По мере развития технологий растет и сложность конструкции печатных плат. Для производства надежных и безопасных печатных плат важно придерживаться отраслевых стандартов. Одним из наиболее важных стандартов при проектировании печатных плат является стандарт IPC-2221.
IPC-2221 определяет общие стандарты проектирования печатных плат, монтажа компонентов и соединений. 

Что такое стандарт ipc-2221?

IPC-2221 — это стандарт, опубликованный Ассоциацией соединяющих производителей электроники (IPC) в котором содержатся рекомендации по проектированию печатных плат (PCB). Этот стандарт широко известен в электронной промышленности и часто используется инженерами и проектировщиками печатных плат в качестве справочника.
Расстояние между напряжениями IPC 2221 охватывает различные аспекты конструкции печатной платы, включая толщину платы, количество слоев, ширину и расстояние между дорожками, размер отверстий, размещение, зазор утечки, зазор по напряжению, требования к изоляции и требования к паяльной маске. Стандарт также включает рекомендации по проектированию плат, совместимых с автоматизированным сборочным оборудованием, а также рекомендации по тестированию и проверке готовых плат. 

Какие функции выполняет IPC-2221?

IPC-2221 охватывает различные аспекты проектирования печатных плат. Стандарт также включает рекомендации по проектированию плат, совместимых с автоматизированным сборочным оборудованием, а также рекомендации по тестированию и проверке готовых плат. 

Соответствие стандартам:
Одним из ключевых преимуществ использования IPC-2221 является то, что он помогает гарантировать соответствие печатных плат отраслевым стандартам надежности и производительности. Следуя рекомендациям, изложенным в стандарте, разработчики могут помочь снизить риск ошибок и дефектов, которые могут привести к дорогостоящей доработке или даже отказу продукта.
Легко общаться:
Еще одно преимущество использования IPC-2221 заключается в том, что он обеспечивает общий язык и структуру для общения между разработчиками, производителями и другими заинтересованными сторонами в цепочке поставок печатных плат. Это может помочь оптимизировать процесс проектирования и производства, а также облегчить сотрудничество и обмен знаниями.

Функция IPC-2221.

  • Для конкретных приложений:
    Первая функция IPC-2221 — предоставить рекомендации по проектированию печатных плат для конкретных приложений. Стандарт разделен на различные классы IPC для печатных плат, каждый из которых имеет особые требования к конструкции печатной платы. Например, класс 3 IPC-2221 является наиболее строгим требованием к проектированию печатных плат и часто используется в аэрокосмической, военной и медицинской областях. Следуя рекомендациям, разработчики могут гарантировать, что конструкция их печатной платы соответствует требованиям предполагаемого приложения. 
  • Для подходящей ширины:
    Еще одной ключевой функцией IPC-2221 является предоставление рекомендаций по определению ширины дорожки, калькулятора зазоров IPC-2221 и допустимой нагрузки по току IPC-2221. Эти рекомендации необходимы для определения подходящей ширины дорожек печатной платы, расстояния между дорожками и величины тока, который может протекать через конкретную дорожку. Придерживаясь этих рекомендаций, разработчики могут предотвратить такие проблемы, как интерференция сигналов и перегрев, которые могут привести к выходу из строя печатной платы.
  • Требования к расстоянию и напряжению:
    IPC-2221 также содержит рекомендации по определению подходящего расстояния и требований к напряжению. Это помогает обеспечить безопасность и надежность конструкции печатной платы, а также предотвращает повреждение от высокого напряжения или допустимой нагрузки по току. Общий стандарт ipc 2221 по проектированию печатных плат охватывает ряд аспектов проектирования печатных плат, включая проектирование плат, общие стандарты, печатные схемы и многое другое.
  • Размещение компонентов:
    IPC 2221 предлагает рекомендации по размещению компонентов ИС на печатной плате. Это включает рекомендации по расстоянию между компонентами, ориентации компонентов и общей компоновке платы.
  • Тепловые соображения:
    IPC 2221 содержит рекомендации по управлению тепловыми характеристиками печатной платы. Сюда входят рекомендации по использованию радиаторов, размещению компонентов для минимизации накопления тепла и использованию тепловых переходов для отвода тепла.
  • Выбор материалов:
    IPC 2221 предлагает руководство по выбору материалов для печатных плат, включая рекомендации по использованию конкретных материалов в различных приложениях. Сюда входят рекомендации по использованию меди, диэлектрических материалов и материалов паяльной маски.
  • Производственные процессы:
    IPC 2221 содержит руководство по производственным процессам, используемым для изготовления печатных плат, включая рекомендации по использованию конкретных процессов для различных типов приложений. Сюда входит руководство по использованию технология поверхностного монтажа (SMT), сквозная технология (THT), и использование специальных производственных технологий для высоконадежных приложений.

Какие стандарты очистки устанавливает IPC-2221 для производства?

Общая таблица зазоров.

IPC-2221 предоставляет общую таблицу зазоров, в которой указаны минимальные зазоры, необходимые для различных уровней напряжения и условий окружающей среды. Эти зазоры важны для обеспечения отсутствия искрения или электрического пробоя между различными проводящими элементами на печатной плате. Общая таблица зазоров в IPC-2221 по утечке и зазору включает минимальные расстояния для воздушных зазоров, пути утечки и зазора между проводниками на одном и том же слое и соседних слоях. Расстояние зазора — это расстояние, измеренное в воздухе между двумя проводниками или паяными соединениями. Путь утечки — это расстояние между двумя токопроводящими элементами на поверхности печатной платы. Это важный фактор в определении электробезопасности печатной платы, особенно в высоковольтных приложениях. IPC-2221 определяет требования к утечке для различных уровней напряжения и окружающей среды в общей таблице зазоров. Требуемый путь утечки зависит от таких факторов, как уровень напряжения, степень загрязнения и материал, из которого изготовлена печатная плата.
Оптимальный зазор, необходимый для определенных функций
Особенность Распродажа
Сайты тестовых зондов 80 % высоты компонента (минимум 0,6 мм и максимум 5 мм)
Компонент ведет 0,13 мм (до напряжения 50В)
Непокрытые проводящие области 0,75 мм
Сброс PTH в радиаторе На 2,5 мм больше, чем отверстие (включая электрический зазор и допуск на совмещение)
Монтажное оборудование Не должен выступать более чем на 6,4 мм ниже поверхности печатной платы
Значения зазоров и перемычек IPC-2221 для паяльных масок
Тип маски Распродажа Плотина
LPI 0,051 мм 0,1 мм
Жидкость 0,25 мм 0,25 мм
Фотоизображаемая сухая пленка ≤0,0635 мм 0,051 мм 0,127 мм
Фотоизображаемая сухая пленка от 0,066 до 0,1 мм 0,051 мм 0,25 мм

Толщина дорожки печатной платы.

Печатные платы IPC (PCBs) являются основой современной электроники и состоят из слоя медных дорожек на материале подложки. Толщина медных дорожек на печатной плате играет решающую роль в определении надежности и производительности платы IPC. 
Толщина ширины дорожки печатной платы ipc 2221 измеряется в унциях (oz) и представляет собой вес меди на квадратный фут платы. Например, печатная плата весом 1 унция имеет толщину 1,4 мила (0,0356 мм), а печатная плата весом 2 унции имеет толщину 2,8 мила (0,0711 мм).
Соответствующая толщина дорожек печатной платы зависит от различных факторов, включая допустимый ток, падение напряжения и требуемый импеданс. Вы можете щелкнуть, чтобы просмотреть более подробное руководство по трассировке печатной платы.

IPC-2221 также содержит рекомендации по определению ширины и высоты дорожек проводящих элементов на печатной плате. Ширина и высота дорожек являются важными факторами, определяющими пропускную способность по току и сопротивление проводящих элементов. IPC-2221 формула ширины дорожки предоставляет формулу для расчета требуемой ширины дорожки на основе таких факторов, как допустимая токовая нагрузка, температура окружающей среды и вес меди. Формула предназначена для обеспечения того, чтобы трасса могла проводить требуемый ток без перегрева или чрезмерного падения напряжения.

  • Ширина [мил] = Площадь [мил²] / (Толщина [унция] x 1,378 [мил/унция])

Таким образом, IPC-2221 определяет важные стандарты зазоров для производства печатных плат, включая общую таблицу зазоров для минимальных зазоров, требования к утечке для различных уровней напряжения и окружающих сред, а также рекомендации по определению ширины и высоты дорожек. Следуя этим рекомендациям, разработчики и производители печатных плат могут гарантировать, что их продукты безопасны и надежны для предполагаемых приложений.  

Документы серии IPC-2221 и их применение.

Стандарт IPC-2221 и IPC-2222, IPC-2223, IPC-2224, IPC-2225 и IPC-2226 относятся к серии IPC-2220. Эти документы содержат рекомендации и требования к конструкции печатных плат (PCB). Ниже мы суммируем структуру каждого документа, их применение и отношения между ними. 

  • IPC-2220: Общий стандарт проектирования печатных плат.
    IPC-2220 — это общий стандарт, который содержит рекомендации по проектированию печатных плат. Документ охватывает все аспекты проектирования печатных плат, включая процесс проектирования, выбор компонентов, компоновку и изготовление. IPC-2220 используется разработчиками, производителями и сборщиками печатных плат, чтобы убедиться, что печатные платы соответствуют требуемым спецификациям и надежны.
  • IPC-2221: Руководство по проектированию печатных плат.
    IPC-2221 — это документ, содержащий рекомендации и требования к проектированию печатных плат. IPC-2221 относительно широк и охватывает вопросы проектирования односторонних, двусторонних и многослойных печатных плат, а также гибких и жестко-гибких печатных плат, а также высокоскоростных и высокочастотные печатные платы.
  • IPC-2222: Стандарт проектирования секций для жестких органических печатных плат.
    IPC-2222 — это документ, содержащий рекомендации по проектированию жестких органических печатных плат. Документ охватывает вопросы проектирования для односторонний, двухсторонний, и многослойные платы, а также платы межсоединений высокой плотности (HDI). IPC-2222 используется разработчиками печатных плат, производителям и сборщикам, чтобы убедиться, что жесткие органические печатные платы соответствуют требуемым спецификациям и надежны.
  • IPC-2223: Стандарт секционной конструкции гибких печатных плат.
    IPC-2223 — это документ, содержащий рекомендации по проектированию гибкие печатные платы. В документе рассматриваются вопросы проектирования односторонних, двусторонних и многослойных плат, а также гибко-жестких плат. IPC-2223 используется разработчиками, производителями и сборщиками печатных плат для обеспечения того, чтобы гибкие печатные платы соответствовали требуемым спецификациям и были надежными.
  • IPC-2224: Стандарт секционной конструкции для органических многокристальных модулей (MCM-L)
    IPC-2224 — это документ, содержащий рекомендации по проектированию органических многокристальных модулей (MCM-L). Документ охватывает вопросы проектирования MCM-L, включая процесс проектирования, компоновку, изготовление и сборку. IPC-2224 используется разработчиками, производителями и сборщиками печатных плат, чтобы гарантировать, что MCM-L соответствуют требуемым спецификациям и надежны.
  • IPC-2225: Стандарт секционного проектирования массива органических земель (LGA)
    IPC-2225 — это документ, в котором содержатся рекомендации по проектированию пакетов массивов органических земель (LGA). Документ охватывает вопросы проектирования LGA, включая процесс проектирования, компоновку, изготовление и сборку. IPC-2225 используется разработчиками, производителями и сборщиками печатных плат, чтобы гарантировать, что LGA соответствуют требуемым спецификациям и надежны.
  • IPC-2226: Стандарт секционной конструкции для плат межсоединений высокой плотности (HDI).
    IPC-2226 — это документ, содержащий рекомендации по проектированию платы межсоединений высокой плотности (HDI). В документе рассматриваются вопросы проектирования плат HDI, включая процесс проектирования, компоновку, изготовление и сборку. IPC-2226 используется разработчиками, производителями и сборщиками печатных плат, чтобы гарантировать, что платы HDI соответствуют требуемым спецификациям и надежны.

Стандарт IPC-2221 и документы IPC-2222, IPC-2223, IPC-2224, IPC-2225, IPC-2226 взаимосвязаны и дополняют друг друга. Вы можете выбрать соответствующий стандартный документ проектирования IPC в соответствии с фактическим сценарием применения.

Как выбрать материалы по стандарту IPC 2221?

Выбор правильных материалов является важным аспектом проектирования печатных плат (ПП). Стандарт IPC 2221 содержит рекомендации по выбору материалов для печатных плат на основе их характеристик и свойств.
При выборе материалов для оформления печатных плат важно учитывать следующие характеристики: 

  • Диэлектрическая постоянная: Диэлектрическая проницаемость является мерой способности материала накапливать электрическую энергию в электрическом поле. Низкая диэлектрическая проницаемость желательна для высокочастотных приложений, в то время как более высокая диэлектрическая проницаемость может потребоваться для низкочастотных приложений.
  • Теплопроводность: Теплопроводность материала определяет, насколько хорошо он может рассеивать тепло. Материалы с высокой теплопроводностью предпочтительны для приложений, которые выделяют много тепла.
  • Предел прочности: Прочность на растяжение – это максимальное напряжение, которое материал может выдержать без разрушения. Высокая прочность на растяжение важна для применений, требующих механической стабильности и долговечности.
  • Коэффициент теплового расширения (CTE): КТР материала определяет, насколько он будет расширяться или сжиматься при изменении температуры. Низкий КТР желателен для минимизации механических нагрузок на печатную плату.
  • Поглощение влаги: Поглощение влаги может вызвать изменение диэлектрической проницаемости и других свойств материала. Предпочтительно низкое влагопоглощение для обеспечения стабильности печатной платы.
  • Обычно рекомендуемые материалы: Основываясь на вышеуказанных характеристиках, стандарт IPC 2221 рекомендует следующие материалы для различных применений:
    FR-4: FR-4 — широко используемый и универсальный материал для печатных плат. Он имеет низкую стоимость, хорошие электрические свойства и хорошую механическую прочность. Он подходит для многих применений, включая высокочастотные цепи.
    Полиимид: Полиимид — это высокотемпературный материал, способный выдерживать высокие температуры и обладающий хорошими электрическими свойствами. Он обычно используется в приложениях, требующих высокой надежности и стабильности.
    ПТФЭ: ПТФЭ представляет собой материал с низкими потерями, отличными электрическими свойствами и стойкостью к высоким температурам. Он обычно используется в высокочастотных и микроволновых приложениях.
    Керамика: керамические материалы обладают высокой теплопроводностью и могут хорошо рассеивать тепло. Они обычно используются в приложениях, которые выделяют много тепла, например, в силовой электронике.
  • Органические защитные покрытия: Некоторые распространенные типы органических защитных покрытий включают акриловые, эпоксидные и полиуретановые. Акриловые материалы являются популярным выбором для печатных плат, поскольку они обеспечивают хорошую электрическую изоляцию и устойчивы к влаге и химическим веществам. Эпоксидные смолы также широко используются, так как они обеспечивают отличную механическую защиту и устойчивы к высоким температурам.Полиуретаны обеспечивают высокий уровень гибкости, что делает их идеальными для использования в тех случаях, когда плата может подвергаться вибрации или движению.
  • Полупроводящие покрытия: Толщина полупроводящего покрытия имеет решающее значение, поскольку определяет уровень проводимости. Если покрытие слишком толстое, это может повлиять на электрические свойства платы, что приведет к снижению производительности. Если он слишком тонкий, он может не обеспечить достаточную защиту от электростатического разряда.

Таким образом, при выборе материалов для проектирования печатных плат важно учитывать такие характеристики материала, как диэлектрическая проницаемость, теплопроводность, предел прочности при растяжении, КТР и влагопоглощение. Выбирая правильные материалы, проектировщики и производители могут создавать печатные платы, отвечающие электрическим, механическим и тепловым требованиям предполагаемого применения.

Каковы рекомендации IPC-2221 по сопротивлению изоляции?

Сопротивление изоляции является важным фактором при проектировании и производстве печатных плат. Это мера способности изоляции печатной платы предотвращать утечку тока между различными проводящими элементами и имеет решающее значение для обеспечения безопасной и надежной работы электронных устройств. 

Стандарт IPC-2221 содержит рекомендации по минимальному сопротивлению изоляции, необходимому для печатных плат, в зависимости от рабочего напряжения и условий окружающей среды. Стандарт разделяет приложения на различные классы печатных плат IPC в зависимости от таких факторов, как рабочее напряжение, степень загрязнения и температура окружающей среды. Каждый класс имеет различные требования к минимальному сопротивлению изоляции. Например, для приложений Класса 1 и IPC 600 Класса 2 (низкое напряжение, чистая среда) минимальное требование к сопротивлению изоляции составляет 1 МОм при комнатной температуре и 500 кОм при повышенных температурах. Для приложений класса 3 IPC (высокое напряжение, суровые условия) минимальное требование к сопротивлению изоляции составляет 100 МОм при комнатной температуре и 50 МОм при повышенных температурах.
Чтобы убедиться, что печатная плата соответствует требуемому сопротивлению изоляции, разработчики и производители могут предпринять ряд шагов. К ним относятся:

  • Выбор материалов с высокой диэлектрической прочностью и низким влагопоглощением, которые могут помочь минимизировать утечку тока и увеличить сопротивление изоляции.
  • Обеспечение того, чтобы расстояние между проводящими элементами на печатной плате соответствовало требованиям к минимальному зазору, указанным в IPC-2221, что может помочь предотвратить искрение и улучшить сопротивление изоляции.
  • Использование конформных покрытий или других защитных мер для защиты печатной платы от факторов окружающей среды, которые могут ухудшить сопротивление изоляции, таких как влажность, влага и загрязнение.
  • Выполнение испытаний сопротивления изоляции в процессе производства, чтобы убедиться, что печатная плата соответствует минимальным требованиям, указанным в IPC-2221.

IPC-2221 содержит рекомендации по минимальному сопротивлению изоляции печатных плат в зависимости от рабочего напряжения и условий окружающей среды. Чтобы убедиться, что печатная плата соответствует этим требованиям, разработчики и производители могут выбирать материалы с высокой диэлектрической прочностью и низким влагопоглощением, соблюдать требования к минимальным зазорам, использовать защитные меры и проводить испытания сопротивления изоляции во время производства. Следуя этим рекомендациям, разработчики и производители могут создавать печатные платы, которые будут безопасными, надежными и будут соответствовать требованиям предполагаемых приложений.

Как следует скорректировать стандарт IPC-2221 в случае высоковольтных цепей?

Стандарты напряжения и расстояния ipc-2221 содержат рекомендации по проектированию печатных плат (PCB), включая минимальные зазоры, необходимые между проводящими элементами на плате для обеспечения безопасной и надежной работы. Однако в случае высоковольтных цепей может потребоваться принятие во внимание дополнительных соображений, чтобы убедиться, что печатная плата может выдерживать высокие уровни напряжения без возникновения электрического пробоя или искрения. 

  • Одним из ключевых факторов, который следует учитывать при проектировании печатной платы для высоковольтных приложений, является минимальный зазор между проводящими элементами. Стандарт IPC-2221 содержит таблицу минимальных расстояний в зависимости от рабочего напряжения и условий окружающей среды. Однако в случае высоковольтных цепей может потребоваться увеличение зазоров для предотвращения искрения или электрического пробоя.
  • Как правило, минимальное безопасное расстояние должно быть увеличено пропорционально рабочему напряжению цепи. Например, если стандарт требует минимального зазора 0,4 мм для цепи, работающей на 300 вольт, зазор должен быть увеличен до 1 мм или более для цепи, работающей на 1000 вольт или более.
  • Другим фактором, который необходимо учитывать при выборе высоковольтных цепей, является выбор материалов. Для минимизации утечки тока и повышения сопротивления изоляции следует использовать материалы с высокой диэлектрической прочностью и низким влагопоглощением. Также важно убедиться, что используемые материалы совместимы с условиями окружающей среды, такими как температура и влажность.
  • В дополнение к этим соображениям может потребоваться дополнительное тестирование и проверка, чтобы убедиться, что печатная плата может выдерживать высокие уровни напряжения. Это может включать проверку сопротивления изоляции, пробоя высокого напряжения и других факторов.

Таким образом, при проектировании печатной платы для высоковольтных цепей стандарт IPC-2221 следует скорректировать, чтобы увеличить минимальные зазоры и выбрать соответствующие материалы. Для обеспечения безопасности и надежности печатной платы также могут потребоваться дополнительные испытания и проверка. Следуя этим рекомендациям, разработчики и производители могут создавать высоковольтные печатные платы, отвечающие требованиям предполагаемых приложений и обеспечивающие безопасную и надежную работу.

В чем разница между IPC-2581 и IPC-2221?

IPC-2581 и IPC-2221 являются двумя важными стандартами в электронной промышленности, и понимание их различий имеет решающее значение для всех, кто занимается проектированием и производством печатных плат (печатных плат). 

  • IPC-2221: IPC-2221 — это общий стандарт проектирования печатных плат. Правило Ipc 2221 содержит рекомендации и правила проектирования печатных плат, включая механические, электрические и тепловые аспекты. Этот стандарт охватывает конструкцию самой печатной платы, включая компоновку, размещение компонентов и разводку трасс. Он также включает рекомендации по выбору материалов, размеров переходных отверстий и толщины плит. IPC-2221 является общепринятым стандартом в индустрии печатных плат и используется многими разработчиками и производителями в качестве эталона при разработке своих печатных плат.
  • IPC-2581:IPC-2581 — это специальный стандарт для обмена данными проектирования печатных плат между различными программными инструментами и системами. Этот стандарт определяет унифицированный формат данных, который можно использовать для передачи информации о конструкции печатной платы между различными программными приложениями и производственными системами. Это позволяет беспрепятственно передавать проектные данные из одной системы в другую, что необходимо для эффективного и точного производства печатных плат. IPC-2581 включает информацию о самой конструкции печатной платы, такую как стек слоев, размеры сверл и маршрутизация трасс, а также информация о производственных процессах и требования к испытаниям.
    Одним из ключевых преимуществ использования IPC-2581 является то, что он устраняет необходимость в нескольких форматах данных и преобразованиях файлов, что может привести к ошибкам и несоответствиям в проектных данных. С IPC-2581 все проектные и производственные данные хранятся в едином стандартизированном формате, что снижает риск ошибок и делает данные более доступными и удобными для использования в различных системах.

Таким образом, IPC-2221 — это стандарт проектирования печатных плат, а IPC-2581 — стандарт обмена данными о проектировании печатных плат. В то время как IPC-2221 содержит рекомендации по проектированию самой печатной платы, IPC-2581 предоставляет стандартизированный формат данных для передачи проектной и производственной информации между различными программными инструментами и системами. Оба стандарта важны в индустрии печатных плат, и их следует учитывать всем, кто занимается проектированием и производством печатных плат.
Понимая разницу между IPC-2221 и IPC-2581, разработчики и производители могут гарантировать точность, согласованность и эффективность своих проектов печатных плат. Независимо от того, проектируете ли вы новую печатную плату или работаете с существующими проектами, важно быть в курсе последних стандартов и передового опыта в отрасли, чтобы гарантировать, что ваши продукты имеют самое высокое качество.

В заключение следует отметить, что стандарты IPC для печатных плат играют решающую роль в обеспечении производительности и надежности печатных плат (ПП) в процессе проектирования и производства. IPC-2221 — это широко используемый стандарт, определяющий рекомендации по проектированию печатных плат. Он также содержит рекомендации по выбору подходящих материалов для проектирования печатных плат.
Для всех, кто занимается проектированием и производством печатных плат, важно быть в курсе последних стандартов и передового опыта в отрасли. Это включает в себя понимание требований к зазорам, определенных IPC-2221 и другими соответствующими стандартами, и обеспечение того, чтобы все стандарты проектирования печатных плат соответствовали этим требованиям. Таким образом, разработчики и производители могут создавать высококачественные и надежные печатные платы, отвечающие потребностям их клиентов и конечных пользователей. Если у вас все еще есть сомнения относительно дизайна вашей печатной платы, вы можете отправить нам соответствующие файлы. Мы проведем бесплатные проверки DFM, чтобы выполнить последующие производственные работы и сократить ненужные потери. 

Получите расчет стоимости печатной платы сейчас

Откройте высококачественные услуги по производству печатных плат в JHDPCB

Leave a Comment