技術(shù)資訊 | IPC器件間距設(shè)置指南

IPC 器件間距指南旨在確保器件和電路的間距足夠大，以盡量減少物理重疊和電氣干擾。

鉆孔的間距很重要，因?yàn)殂@孔的功能會(huì)受到器件間距以及 PCB 本身所用材料的影響。

IPC 器件間距指南會(huì)影響電路設(shè)計(jì)，因?yàn)槠渲幸?guī)定了許多關(guān)于導(dǎo)體的具體要求。

IPC 是一個(gè)國際電子組織，定義了制造 PCB 的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)非常詳盡，有數(shù)千頁之多，其中制定的最佳實(shí)踐有助于確保所有類型的 PCB 都具有可靠的性能。許多類型的 IPC 標(biāo)準(zhǔn)被分割成較小的子標(biāo)準(zhǔn)，其中就包括 IPC 器件間距指南。

定義IPC 器件間距指南的主要子標(biāo)準(zhǔn)是 IPC-2221A，該標(biāo)準(zhǔn)于 2003 年最后更新。目前的器件間距指南標(biāo)準(zhǔn)距今已經(jīng)有近 18 年的歷史，如此漫長的時(shí)間跨度證明了它的實(shí)用性。

遵循正確的 IPC 間距指南的 PCB 照片。

IPC 器件間距指南的用途是什么？

IPC 器件間距指南的存在有兩個(gè)原因：防止可能導(dǎo)致物理損壞的器件重疊及防止可能導(dǎo)致性能問題的電氣干擾。在這兩個(gè)原因中，物理重疊是一個(gè)比較容易糾正的問題。CAD 軟件可以捕捉到大多數(shù)重疊的情況，而且許多設(shè)計(jì)師的知識(shí)足夠豐富，能夠在沒有計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下判斷能否將器件擺放到某個(gè)空間內(nèi)。

IPC 器件間距指南是對(duì)這些潛在的物理問題的第三次檢查。只要設(shè)計(jì)師遵循間距指南，器件就不會(huì)出現(xiàn)物理重疊，除非存在需要額外工程設(shè)計(jì)和開發(fā)的特殊情況。

器件間距指南還可以管理負(fù)空間——即沒有器件存在的地方。PCB 上的負(fù)空間與存在器件的區(qū)域一樣重要，在防止電氣干擾方面，負(fù)空間尤其重要。如果導(dǎo)電走線或電路靠得太近，當(dāng)電子在電路之間跳躍時(shí)，它們之間可能會(huì)形成無意的連接。這些意外的連接會(huì)降低流經(jīng) PCB 某些區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度，并可能增加流經(jīng)其他區(qū)域的電源。電源減少可能導(dǎo)致短路或故障，而電源激增可能導(dǎo)致物理損壞或過載。

鉆孔與 IPC 器件間距指南有什么關(guān)系？

鉆孔是 PCB 中重要的負(fù)空間區(qū)域，鉆孔的存在也會(huì)影響物理器件的方向和布局。當(dāng) PCB 上覆蓋有半導(dǎo)體涂層時(shí)，鉆孔的內(nèi)表面往往與電路板的其他部分一起被覆蓋上涂層。設(shè)計(jì)師必須意識(shí)到，鉆孔內(nèi)的涂層可能會(huì)對(duì) PCB 的功能或 PCB 與其他器件的契合程度產(chǎn)生重大影響。

IPC 器件間距指南考慮到了這一點(diǎn)，并給出了鉆孔寬度與電路板厚度的推薦比率。比率較小會(huì)使鉆孔更容易清潔，簡化制造過程，并有利于鉆孔內(nèi)部的涂層覆蓋均勻。無論比率如何，鉆孔都應(yīng)該有嚴(yán)格的公差規(guī)定，以確保尺寸一致和良好的契合度。

IPC 器件間距指南還規(guī)定，PCB 外層的鉆孔應(yīng)比內(nèi)層的鉆孔略大。這一點(diǎn)很有必要，因?yàn)槌善枫@孔需要經(jīng)過平滑和加工處理，以防止在后續(xù)的制造步驟中出現(xiàn)問題。內(nèi)外鉆孔的尺寸必須在規(guī)定的 IPC 公差范圍內(nèi)，精確到毫米以下。鉆孔還必須與導(dǎo)電走線或其他物理器件保持特定的距離，而且這個(gè)距離在 PCB 的外部和內(nèi)部各層是不同的。

與許多其他類型的器件不同，鉆孔必須考慮到 PCB 各層之間的差異。PCB 的層數(shù)也會(huì)影響鉆孔的制造和堅(jiān)固性。如果電路板太薄，鉆孔可能構(gòu)成一個(gè)有破損風(fēng)險(xiǎn)的薄弱點(diǎn)；如果電路板太厚，可能很難在要求的公差范圍內(nèi)鉆出一個(gè)齊整的鉆孔。

IPC 器件間距指南如何影響電路設(shè)計(jì)？

IPC 器件間距指南可幫助設(shè)計(jì)師在創(chuàng)建電路時(shí)盡量減少干擾，同時(shí)還能盡可能地利用空間。標(biāo)準(zhǔn)中沒有定義電路的最小或最大尺寸，因此該指南適用于任何尺寸的 PCB。相反，該指南建議設(shè)計(jì)師根據(jù)電路和走線應(yīng)承載的電流大小以及耐熱性來決定其適當(dāng)尺寸。

與鉆孔一樣，PCB 外部和內(nèi)部各層的規(guī)格也不盡相同。僅分布在 PCB 外層的電路可能比與內(nèi)層相交的電路尺寸要大。設(shè)計(jì)師可以使用該標(biāo)準(zhǔn)中定義的常數(shù)，計(jì)算出電路應(yīng)該相隔多遠(yuǎn)，而不考慮 PCB 的尺寸。

PCB 電路板的許多尺寸都是標(biāo)準(zhǔn)化的，小至幾毫米，大至三分之一米。在任何 PCB 中，導(dǎo)體引線應(yīng)盡可能地短。引線理論上可以從任何角度和任何方向擺放在 PCB 上，但不尋常的角度會(huì)增加對(duì)這些引線進(jìn)行計(jì)算建模的難度。IPC 建議，引線擺放應(yīng)相互平行、相互垂直，或相互成 45 度角。一塊 PCB 上有不同方向的引線是很常見的，但引線不應(yīng)該重疊。重疊的引線將違反器件間距準(zhǔn)則，并可能造成大量干擾。

IPC 器件間距指南是穩(wěn)健的設(shè)計(jì)流程的重要組成部分，有助于打造可靠、高效的 PCB。使用強(qiáng)大的 PCB 設(shè)計(jì)軟件，可以輕松檢測(cè)器件間距。inspectAR 軟件利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）以交互性的方式評(píng)估并改進(jìn) PCB 設(shè)計(jì)過程，輕松準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn) PCB 檢查、調(diào)試、返工和組裝。

上圖顯示了在 inspectAR 軟件中 對(duì) AR 疊層制造的探測(cè)。利用AR技術(shù)，工程師或制造技術(shù)人員可以在制造過程中的任何時(shí)候?qū)蝹€(gè)器件、走線、子電路或整個(gè)電路板與設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行比較，并隨時(shí)查看技術(shù)手冊(cè)、添加留言、注釋。