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Altium Designer – PCB设计软件

使用IPC-2221计算器进行高电压设计

使用IPC-2221 PCB间距计算器进行高压设计 PCB设计和装配标准不会限制您的工作效率。相反，其存在是为了帮助跨多个行业构建统一产品设计和性能的期望。标准化带来了合规工具，例如某些设计方面的计算器、审计和检查流程等。在高压PCB设计中，重要的PCB设计通用标准是IPC-2221。该设计标准总结了许多重要的设计方面，其中一些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块高压电路板在其工作电压下保持安全。当设计软件包含这些规范作为自动设计规则时，您就可以保持高效并避免在构建电路板时出现布局错误。什么是IPC-2221？ IPC-2221（修订版B，2012年生效）是公认的行业标准，定义了PCB设计的多个方面。部分示例包括材料（包括基板和镀层）的设计要求、可测试性、热管理和散热装置以及环形圈等。某些设计指南被更具体的设计标准所取代。例如，IPC-6012和IPC-6018分别提供了刚性PCB和高频PCB的设计规范。这些附加标准旨在与通用PCB的IPC-2221标准基本一致。不过，IPC-2221通常不是用于评估产品可靠性或制造良率/缺陷的资格标准。对于刚性电路板，通常使用IPC-6012或IPC-A-600来鉴定已制造的刚性PCB。 IPC-2221B高压设计的导体间距 IPC-2221B标准规定了高压PCB设计的重要设计要求。其中之一是导体间距，旨在解决两点：在高电场强度下发生电晕或介质击穿的可能性导电阳极丝化的可能性，有时称为枝晶生长（参见下文）第一点最重要，因为设置PCB中导体之间的真正最小间距最有利于控制。第二种效应也可以抑制，即采用适当的导线间距、选择适当的材料并在制造过程中保持常规的清洁度。在IPC-2221标准中，防止这些效应所需的间距总结为两个导体之间的电压函数。下图所示为IPC-2221标准中的表6-1。这些值列出了最小导体间距作为两个导体之间的电压函数。这些值根据导体之间的峰值交流或直流电压而定。请注意，IPC-2221仅针对最高500V的电压规定了固定的最小导体间距值。一旦两个导体之间的电压超过500V，则下表所示的每伏特间距值将用于计算最小导体间距。超过500V之后，所需的最小间距就会相对应增加，如表最下面一行所示。电流过高时的温度上升并非所有高压PCB都会在大电流下运行，但那些要求使用大电流的PCB在导体不够大时可能会出现高的温升。PCB中的温度升高是由于焦耳热引起的，这与导体的直流电阻有关。因此，当电流也很大时，承载高电流的导体的横截面积应较大。要确定最佳横截面积，可以使用基于IPC-2221和IPC-2152标准中所发布数据的计算器。IPC-2152计算器中使用的数据集更复杂，但可以提供比IPC-2221计算器更准确的结果。访问免费的在线IPC-2221计算器了解IPC-2152和IPC-2221计算器之间的区别

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使用半固态片与内芯板进行受控阻抗布线

Thought Leadership 使用半固态片与内芯板进行受控阻抗布线当我刚开始学习PCB设计要点时，我的印象是内芯板是某种特殊材料。但其实这并非一定如此，设计人员在根据自身需求选择最合适的内芯板/半固态片布局方面拥有一定的自由度。当涉及到受控阻抗布线时，尤其是在高频下，使用内芯板还是半固态片层作为分离电介质已经成为一个重要的问题。那么，究竟哪个层最适合用于受控阻抗布线呢？在考虑纤维编织效应之前，要想对电路板阻抗实现更好的控制，必须先提高介电常数均匀性。它还要求制造后生产出的电路板在介电常数方面具有更高的一致性和可预测性。在确定半固态片与内芯板层的位置时，您应该根据这些要求，仔细选购适合您的正确层堆栈材料。半固态片与内芯板的受控阻抗内芯板是厚的刚性玻璃纤维层，通常布置在层数较少的电路板中央。据我所知，使用“内芯板”一词会使一些新手设计师从字面上理解这一术语，即任何设计都必须在电路板的中央布置一个内芯板，然后围绕该内芯板构建其他层。后来我才知道，这并不是一个严格的要求，尤其是在层数逐渐增加的情况下。实际上，内芯板和半固态片层可以交替存在，而且中间层并不总是内芯板层。重要的一点是，无论内芯板层布置在何处，层堆栈都是对称的。半固态片并未完全固化，因此充当了内芯板层之间的胶水。在最近的 1.57 毫米标准厚度板的项目中, 我们在外层使用了Rogers内芯板，在内层使用了FR4半固态片/内芯板。这种混合多层板很常见（即FR4上的PTFE层压板）。成本是一个考虑因素，因为不同的材料会带来不同的成本，因此，搭载高速/高频信号的层通常选用低损耗层压板。通常情况下，由于内芯板材料已经与铜结合，就介电常数和厚度而言，内芯板层比半固态片具有更高的可再现性。相比之下，半固态片制造商只能指定原材料的介电常数范围；它们未指定组装后的介电常数，而这一介电常数将确定互联器上的信号所见的有效介电常数。一些特殊的低损耗半固态片层压板的介电常数变化可能非常大（超过50％）。单层还是双层内芯板？某些玻璃编织样式不同的内芯板材料的介电常数存在显著差异，这也取决于特定的内芯板材是单层还是双层构造。106和106/1080内芯板就是完美的例子。这些材料的介电常数大约相差10％，如果采用现有设计并在单层和双层内芯板之间进行交换，则需要调整走线宽度。除了层数之外，具有相同编织样式和孔隙率的半固态片和内芯板将具有不同的介电常数，并且不同的层压板厚度也要求使用不同的玻璃编织样式。这就是为什么通常根据所需的Dk范围对材料进行分类的原因，许多制造商只会简单地指出可用于产品图纸中的内芯板和半固态片的厚度、编织样式以及层数。这些材料的树脂含量和厚度的变化将产生不同的介电常数。如何与制造商合作通过设计叠层使层具有标准化厚度可能是 DFM中人们讨论最少的一个方面，但这也有可能是最重要的一个方面。您的EDA工具可能会让您输入您所需的任意层厚度值。在传达半固态片层阻抗控制要求时，通常会指定走线宽度和铜的重量（可以轻松转换为走线厚度）、所需的阻抗值以及所需的介电常数和层压板厚度。如果您已经围绕制造商提供的标准化材料设计了电路板，则您无需再进行其他修改。如若不然，您的制造商将需要根据您的具体要求选择最接近的半固态片厚度。但是，请记住，并非所有制造商都会遵循材料数据表上列出的厚度值来规划自己的压出厚度。电介质可重复性和内芯板层的标准化程度越高，意味着受控阻抗设计的可预测性越高（即，整个板上的介电常数变化较小）。对于对称带状线，也可以使用厚度相同的内芯板和半固态片。无论您如何布置半固态片和内芯板，都应对称地布置层堆栈，以防止在制造过程中，板在经历冲压和冷却操作后发生变形。混合不同材料也是一种常见的做法，例如将高速层压板与FR4内芯板混合。但是，并非所有材料都应该（或可以）组合，具体应取决于树脂的类型和每种材料的热膨胀系数（CTE）。最好的电路板将使用CTE与铜CTE值尽量匹配的内芯板和半固态片。

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