PCB 트레이스 및 패드 간격: 저전압 대 고전압

고전압/고전류 설계는 설계자가 충족해야 할 안전 요구 사항을 수반합니다. 마찬가지로, 고속 설계는 신호 무결성을 보장하기 위해 크로스토크를 억제해야 합니다. 이 두 영역과 관련된 주요 설계 측면은 PCB 트레이스 클리어런스와 패드 클리어런스 값입니다. 이러한 설계 선택은 안전, 노이즈 억제 및 제조 가능성을 균형있게 하는 데 중요합니다.

IPC 2221 전압 및 간격 표준은 도체 간의 ESD를 방지하기 위한 지침을 제공하지만, 모든 보드가 이 표준을 충족할 필요는 없습니다. PCB 트레이스 거리 전압과 신호의 주파수(또는 디지털 신호의 에지 속도)에 따라, PCB 트레이스 클리어런스에 대해 다른 값을 필요로 할 수 있습니다. 제조 가능성을 보장하면서 PCB 클리어런스 레이아웃의 이 두 가지 측면을 어떻게 균형있게 할 수 있는지 알아보겠습니다.

저전압 (<15 V)

IPC 2221 전압 및 간격 표준에 따르면, 일반 목적 장치의 최소 PCB 클리어런스 규칙(정말로, 어떤 두 도체 간의 클리어런스)은 0.1 mm 또는 4 mils입니다. 전력 변환 장치의 경우, 이 최소 PCB 트레이스 폭 및 간격은 0.13 mm 또는 5.1 mils입니다. 이 보드들은 "고전압"으로 간주하기 어렵고, 이 보드들의 도체 간격은 HDI 영역에 가까워지기 시작합니다.

이러한 전압에서는 디지털 신호, 저주파 아날로그 신호 또는 적당한 전류의 직류(DC)를 다룰 수 있습니다. 디지털 신호의 경우, 일반적인 규칙은 "3W" 규칙을 따르는 것입니다. 여기서 트레이스 간의 클리어런스는 트레이스의 너비의 세 배입니다. 일반적인 50 옴 제어 임피던스 마이크로스트립의 경우, 트레이스 너비는 약 20 mils이므로, 권장 PCB 트레이스 간격은 60 mils입니다. 이러한 트레이스로도 여전히 IPC 2221 요구사항 내에 잘 들어맞으며, 주요 초점은 효율적인 라우팅과 DFM(설계 제조 통합)에 맞춰야 합니다. HDI 영역에서도, BGA의 미세 피치 패드 사이를 라우팅해야 할 수 있지만, 일반적으로 3.3 V 또는 약 1 V에서 작업하기 때문에 이러한 전압 요구사항에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

고전압 (>15 V)

고DC 전압에서 PCB 트레이스 클리어런스 값을 선택할 때 주요 고려 사항은 노출된 도체 사이의 ESD 및 수지상 성장을 방지하는 것입니다. 고AC 전압이거나 고전류를 출력하는 스위칭 레귤레이터를 사용할 경우, 이제 ESD 및 수지상 성장뿐만 아니라 크로스토크에 대해서도 걱정해야 합니다. 크로스토크 억제 지침은 매우 높은 전압에 도달할 때까지 필요한 PCB 전압 클리어런스 또는 도체 간의 간격을 여전히 과도하게 명시합니다.

IPC 2221과 크로스토크 억제 사이의 균형을 찾아야 할 수도 있는 가상의 상황을 고려해 보십시오. 고전압 AC 라인 근처나 고전류 DC 레귤레이터의 들어오고 나가는 트레이스 근처에 제어된 임피던스 마이크로스트립(20 mil 너비)이 있다고 가정해 봅시다. "3W" 규칙을 따른다면, 평행한 마이크로스트립과 인근 고전압 라인 사이의 간격은 1.5 mm 또는 약 60 mils여야 합니다. 이는 고전압 레벨이 전력 변환 장치의 경우 180V, 기타 고전압 제품의 경우 340V에 도달할 때까지 IPC 2221을 준수하기에 충분합니다.

고전압에서는 디지털 엣지 속도보다는 고전압 AC 라인의 주파수가 문제입니다. 진동하는 신호는 트레이스가 서로 가까이 있을 경우 인근 트레이스에 크로스토크 신호를 유발할 수 있습니다; 이것은 고전압 DC 레귤레이터와 그 하류 신호 라인에서 알려진 노이즈 문제입니다. 고출력 전류에서, 이러한 크로스토크는 고속 디지털 구성 요소에서 의도하지 않은 스위칭을 유발할 수 있습니다. 고전압 AC 라인과 인근 DC 또는 디지털 라인 사이에 더 큰 간격을 선택하는 것이 최선입니다.

요약

일반적으로, 우리는 전압에 기반하여 PCB 트레이스 간격 및 패드 클리어런스 규칙을 세 가지 다른 체제로 정의할 수 있습니다. 두 개의 낮은 행에서는, 어떤 체제에서 작업할지 결정할 때 IPC 2221 표준을 사용하여 필요한 PCB 트레이스 간격을 계산하십시오. 앞서 언급한 기사에서, 트레이스가 코팅되거나 내부 레이어에 배치될 때 PCB 트레이스 간격을 더 작게 할 수 있다는 점을 유의하십시오.

디자인에서 크리피지와 클리어런스의 차이를 반드시 이해해야 합니다. 또한, 트레이스가 너무 뜨거워지지 않으면서 충분한 전류를 운반할 수 있을 만큼 충분히 넓은지 확인해야 합니다. 이는 IPC 2152 노모그래프를 사용하여 확인할 수 있습니다.

보드에서 사용할 최적의 트레이스 및 패드 클리어런스를 파악한 후에는, 이러한 값을 ECAD 소프트웨어의 디자인 규칙으로 인코딩해야 합니다. Altium Designer®의 통합 디자인 엔진을 사용하면 필요한 PCB 클리어런스 규칙(트레이스 및 패드 모두) 및 값을 정의할 수 있으며, 이러한 디자인 규칙은 보드를 라우팅할 때 즉시 검사됩니다. 이로 인해 Altium Designer는 저전압 및 고전압 디자인 작업은 물론 고속 및 고주파 디자인에 이상적인 애플리케이션입니다.

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