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印刷电路板导线间距参考标准.pdf

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印刷电路板导线间距参考标准(PCB Clearance) 下表是根据 IPC-2221 标准推算出的印刷电路板最小导线间距,要注意的是 IPC-2221 作为一种用途广泛的 PCB 设计标准, 其 规范的最小导线间距与导线间电压有密切的关系,另外一点非常容易被忽视,即印刷电路板水分含量,假如将印刷电路板进 行高温烘烤, 除去板内水分,导线最小间距可以相对减少,具体情况应根据实际设计试验来定。IPC 标准内给出了导线电压 为 500V 以下的最小间距, 而导线间电压高于 500V 的情况下,标准给出了计算方法,下表中 500V 以上的数据就是根据此公 式计算出来的。此表中所有数据仅供参考, 对于电源转换线路,IPC-9592 标准给出了下列方法来确定导线间最小间距,导线间距(mm)=0.1 + Vpeak x 0.005. 如果产 品要符合 UL 安全标准,则该产品印刷线路板上导线间最小间距应符合 UL/IEC 标准。 IPC-2221 裸板(Bare Board) 组装(Assembly) 峰值 内层 电压 (Internal (Vpk) layers) 无涂层外层导体 (External conductors, uncoated)/td> 无涂层外层导 体(External conductors, uncoated) >3050 m 带有保形涂层的 带涂层外部元 带有保形涂层的 带涂层外层导 外层导体 件的引线 元件引线 体(External (External (External (Component conductors conductors component leads with coated) with conformal leads, conformal coating) uncoated) coating) V mm inch mm inch mm inch mm inch mm inch mm inch mm inch 15 0.05 0.002 0.1 0.004 0.1 0.004 0.05 0.002 0.13 0.006 0.13 0.006 0.13 0.006 30 0.05 0.002 0.1 0.004 0.1 0.004 0.05 0.002 0.13 0.006 0.25 0.01 0.13 0.006 50 0.1 0.004 0.6 0.024 0.6 0.024 0.13 0.006 0.13 0.006 0.4 0.016 0.13 0.006 100 0.1 0.004 0.6 0.024 1.5 0.06 0.13 0.006 0.13 0.006 0.5 0.02 0.13 0.006 150 0.2 0.008 0.6 0.024 3.2 0.13 0.4 0.016 0.4 0.016 0.8 0.032 0.4 0.016 170 0.2 0.008 1.25 0.05 3.2 0.13 0.4 0.016 0.4 0.016 0.8 0.032 0.4 0.016 250 0.2 0.008 1.25 0.05 6.4 0.26 0.4 0.016 0.4 0.016 0.8 0.032 0.4 0.016 300 0.2 0.008 1.25 0.05 12.5 0.5 0.4 0.016 0.4 0.016 0.8 0.032 0.8 0.032 500 0.25 0.01 2.5 0.1 12.5 0.5 0.8 0.032 0.8 0.032 1.5 0.06 0.8 0.032 1000 1.5 0.06 5 0.2 25 0.99 2.33 0.092 2.33 0.1 3.03 0.12 2.33 0.092 2000 4 0.158 10 0.4 50 1.97 5.38 0.22 5.38 0.22 6.08 0.24 5.38 0.22 3000 6.5 0.256 15 0.6 75 2.96 8.43 0.34 8.43 0.34 9.13 0.36 8.43 0.34 4000 9 0.355 20 0.79 100 3.94 11.48 0.46 11.48 0.46 12.18 0.48 11.48 0.46 5000 11.5 0.453 25 0.99 125 4.93 14.53 0.58 14.53 0.58 15.23 0.6 14.53 0.58 实际在进行 PCB 设计过程中,如何适当确定两导体间最小间距,存在许多不同的标准,往往让人们感到头疼,结果是同一 个线路, 不同的工程师会设计出完全不同的印刷线路板,为了灵活掌握各种不同的 PCB 设计标准,有必要从下列几方面来 考虑如何选择导线间最小间距。
安全要求 当产品需要被某一安全机构认证,PCB 板上所有导线间的绝缘特性必须满足该安全机构的要求, 而相应的板上导线间最小 间距可直接按照该标准推荐的间距即可。例如,电源供电或电池供电的信息技术设备, PCB 板上导线间最小间距直接由标 准UL-60950-1 表 2L和 2N,表中根据电压,污染度,PCB板材质及涂层来决定各种等级的"漏电"(Creepage) 距离,而所需绝 缘等级还与线路在PCB 板上位置有关,标准中详细规范了功能型(Functional),基础型(Basic),补充型(Supplementary), 双面型(Double)和加强型(Reinforced)绝缘。如当由于绝缘击穿产生危险电压时,对于此种情况,标准中会建议使用双面型 或加强型绝缘方式, 也就是说,将表 2L 或 2N 中规定的PCB板上导线间最小距离翻倍。下面是一个"漏电距离计算器 "(Creepage Clculator), 可供参考使用。 线路运行要求 实际中 UL-60900-1 标准所规定的最小导体间距远远大于线路能够正常工作的要求,原因是为了导体间产生电击穿。 为此, 如果线路中所处位置无须击穿保护,导体间最小间距完全可以小于表中所需的间距。 对于所谓"功能型绝缘"(Functional Insulation),UL-60950-1 规定允许将导线间间距设计的小于表 2L 和 2N 规定的距离, 只要线路板能够承受按照 Par.5.2.2 表 5B 进行的电气强度试验(俗称 HiPot 测试);换句话说,对于只有绝缘需求的地方, 没有必要刻意去满足特定的"间距"(Clearance)要求,只要能通过上述电气强度试验就行。HiPot 测试通常是分为 AC 和 DC 两种, 测试中电压往往会高出实际电压数倍,持续时间也不同,具体应按线路工作要求而定。 不幸的是实际中并没有一种 十分明确的方法可以用来设计 PCB 导线间距到达确保通过某一特定电压的 HiPot 测试, 根据 UL 对 PCB 板上导线承受电压 的实验分析发现,两平行导体间所能承受的电压是导体间间距的函数。 由此,UL 规定按照 UL796 标准,印刷电路板上导 体间所能承受的电压为 40V/mil 或 1.6kV/mm.假如工作电压为 500V, 按照 UL-60950-1 表 5B 的要求,HiPot 测试电压应为 1740Vrms,对应的交流电压峰值为 1740x1.414=2461V, 如按 40V/mil 标准,PCB 板上两平行导体间最小间距等于 2461/40=62mils(或 1.6mm)。 对于 UL-60950-1 标准规定以外的产品,导线间间距可以参考被广泛使用的标准 IPC-2221 表 6.1, 表中所设定的最小间距是 电压,海拔水平和涂层的函数。相对而言,IPC-2221 标准较 UL-60950-1 标准要宽松一些。 实际上,当电压高于 150V 的情 况,对于五涂层的外层导体,IPC 标准要求的导体间间距较 UL-60950-1 表 5B 中要大一些。 总之,为了减少电击穿的可能 性以及导线间的干扰电容,在允许的情况下,应尽量将导线间间距加大,正式这一点, 往往总是做不到,因为人们总是希 望产品尽可能的小,PCB 设计过程中,板面空间总是不够用。 IPC-2221 标准中对导线间间距的规定具有指导意义,但细看起来又有些不不切实际,如按表中规定,当两平行导线间电压 为 301V 时, 应选导线间间距 2.5mm,而电压等于 300V 时,仅要 1.25mm。另一新标准 IPC-9592 中对电源转换电路中导线间 距的计算;导线间距(mm)=0.1 + Vpeak x 0.005, 其大多数结果往往比 IPC-2221 标准表 6.1 更大。 对于 PCB 空间不够用的情况,如果是非 UL 标准要求的产品,导线间距往往可以选择较 IPC-2221 标准稍小一些,但必须留 有安全系数,以便使导线间距能够承受任何异常和瞬态电压跃升。 例如实际工作中 500V 甚至更高耐压的 MOSFET,很多使 用 TO-220 封装,如工作电压是 400V 或更高,此种封装接垫间只能达到 30mils 间距。而相应的 IPC 标准却要求至少 100mils, 即使将管脚扳开,要想沿 TO-220 封装表面使管脚到达 50mils,也是非常不易。 作为参考,下图列出了三种 PCB 标准对最小导线间距要求,这三种标准分别是:    IPC-2221 标准,无涂层裸板外层 IPC-9592 UL-60950 标准功能型绝缘,按照表 5B 设计满足 HiPot 试验,假设两导线间可承受 40V/mil
归纳起来,确定 PCB 板导线间最小间距可采用以下步骤:  根据线路原理确定导线间最高电压。  确定导线在 PCB 板上的位置,如导线是在 PCB 板外层或内层。  产品是否要符合某一特定标准,如是则必须按标准要求决定最小导线间距。如 UL 标准要求的产品,首先必须按表 2L 和 2N 来决定所需绝缘等级,然后可从相关 UL 表中找到应该的最小导线间距。  通常 PCB 板外层要求导线间距较内层要大一些,比例可掌握在约 1:1.25。  最后,应考虑 PCB 板材特性,产品温度上升幅度,对导线间距作适当的调整。
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