重(zhong)要(yao)要(yao)點(dian)

• 什(shen)麽(me)是PCB爬(pa)電距離和電氣間(jian)隙(xi)？

• 決(jue)定(ding)爬電距離和電氣間(jian)隙(xi)標準(zhun)的(de)因(yin)素(su)

• 滿足(zu)PCB爬電(dian)距離和電氣間(jian)隙(xi)標準(zhun)的(de)設(she)計(ji)方(fang)法

印刷(shua)電路板上的高(gao)壓(ya)零(ling)件

有(you)許多篝(gou)火(huo)，例如(ru)篝(gou)火或壁爐(lu)，可以(yi)提(ti)高(gao)生產效(xiao)率(lv)，變暖甚至(zhi)浪(lang)漫。但是，在印刷(shua)電路板上您永遠都(dou)不(bu)會看(kan)到火災(zai)的(de)地(di)方(fang)，如果(guo)PCB的(de)設(she)計(ji)不(bu)適(shi)合高(gao)壓(ya)，這可能是(shi)壹(yi)個真正的風險(xian)。在某(mou)些情況(kuang)下(xia)，設(she)計(ji)不(bu)正確(que)的(de)電(dian)路板可能會(hui)產生(sheng)靜(jing)電放(fang)電，進(jin)而(er)可(ke)能損(sun)壞電路板和組件，並可(ke)能引發(fa)火(huo)災(zai)。

為(wei)避免(mian)此問(wen)題，從事高(gao)壓(ya)應(ying)用的PCB設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)應(ying)特別(bie)註(zhu)意設(she)計(ji)中(zhong)裸露(lu)金屬(shu)導(dao)體(ti)之(zhi)間的(de)分隔。有(you)兩(liang)種(zhong)方(fang)法可(ke)以(yi)測量這種(zhong)間(jian)距，即爬(pa)電(dian)距離和間隙(xi)，並(bing)且(qie)保(bao)持(chi)兩(liang)者(zhe)所需(xu)的(de)間距非(fei)常重要(yao)。我(wo)們將在這裏(li)了解(jie)PCB爬電(dian)距離和電氣間(jian)隙(xi)標準(zhun)之(zhi)間的(de)差異(yi)，以(yi)及為(wei)避免(mian)高(gao)壓(ya)問(wen)題或PCB意外(wai)燃(ran)燒(shao)所需(xu)要(yao)采取(qu)的步驟。

PCB爬(pa)電距離和電氣間(jian)隙(xi)的(de)區(qu)別(bie)

如(ru)果金屬(shu)之(zhi)間的(de)距離太(tai)近，則(ze)傳導(dao)高(gao)壓(ya)的(de)印刷(shua)電路板可能會(hui)因(yin)暴(bao)露(lu)的(de)金(jin)屬之(zhi)間的(de)靜電放(fang)電而(er)受(shou)害(hai)。這種(zhong)放(fang)電可(ke)能會(hui)損(sun)壞電路板及其組件，對於PCB設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)而言，觀察電路板上金屬(shu)導(dao)體(ti)之(zhi)間的(de)適(shi)當(dang)間(jian)距非(fei)常重要(yao)。電路板上的導(dao)體(ti)間(jian)距可(ke)通(tong)過兩(liang)種(zhong)方(fang)法來(lai)測量：爬(pa)電距離和電氣間(jian)隙(xi)：

• 爬(pa)電(dian)距離：這是指電路板表面或絕(jue)緣材料(liao)表面(mian)上兩(liang)個導體之(zhi)間的(de)距離。

• 間隙(xi)：這是兩(liang)條導(dao)體(ti)通(tong)過空中(zhong)的(de)視(shi)線(xian)距離。

在電(dian)壓(ya)高(gao)於30VAC或60VDC的高(gao)壓(ya)電(dian)路中(zhong)，必(bi)須(xu)遵(zun)守爬(pa)電(dian)距離和電氣間(jian)隙(xi)間(jian)隔規(gui)則(ze)，以(yi)防止(zhi)兩(liang)根(gen)導(dao)體之(zhi)間意(yi)外(wai)電弧。通(tong)常，這兩(liang)個測量值(zhi)是相(xiang)同的，就(jiu)像在板(ban)的無障(zhang)礙部(bu)分(fen)上的兩(liang)個組件焊盤(pan)或金屬的其他裸露(lu)區域之(zhi)間的(de)距離壹(yi)樣(yang)。但(dan)是(shi)，在某(mou)些情況(kuang)下(xia)，這兩(liang)種(zhong)測量方(fang)法會(hui)有(you)所不(bu)同，具(ju)體取(qu)決(jue)於(yu)組(zu)件的放(fang)置(zhi)方(fang)式或裸板(ban)的輪(lun)廓(kuo)是否(fou)異(yi)常。如下所示(shi)，爬(pa)電(dian)距離是指兩(liang)個組件焊盤(pan)之(zhi)間的(de)電路板表面間(jian)距。另(ling)壹(yi)方(fang)面，該(gai)間隙(xi)是(shi)左側組(zu)件的金(jin)屬散(san)熱器和(he)右側組(zu)件墊之(zhi)間的(de)氣隙(xi)。

如(ru)側視(shi)圖所示(shi)，PCB上(shang)的(de)爬(pa)電距離和電氣間(jian)隙(xi)的(de)示(shi)例

接(jie)下(xia)來，我(wo)們將研(yan)究(jiu)在哪(na)裏(li)可以(yi)找到這些爬電(dian)距離和電氣間(jian)隙(xi)標準(zhun)。

什(shen)麽(me)是PCB爬(pa)電和(he)間隙(xi)標準(zhun)？

計(ji)算(suan)PCB爬電距離和電氣間(jian)隙(xi)標準(zhun)需(xu)要(yao)考(kao)慮不(bu)同的因素，包(bao)括(kuo)工(gong)作電壓(ya)，汙(wu)染(ran)程度（電(dian)路板上的灰塵和(he)冷(leng)凝水）以(yi)及要(yao)評估(gu)的(de)電(dian)路類型。爬(pa)電(dian)距離計(ji)算(suan)的另(ling)壹(yi)個重要(yao)因素(su)是(shi)層(ceng)材料(liao)被用(yong)來建造原(yuan)始板。電(dian)壓(ya)將(jiang)在電(dian)路板表面形(xing)成壹(yi)條導(dao)電(dian)路徑，這將破壞其絕(jue)緣性(xing)能，某(mou)些電路板材料(liao)比其他電(dian)路板更能抵(di)抗(kang)這種(zhong)影(ying)響(xiang)。比(bi)較跟蹤指數(shu)（CTI）定(ding)義(yi)了每(mei)種(zhong)材料(liao)的電(dian)阻值(zhi)；該(gai)數字(zi)越(yue)高(gao)，其抗(kang)擊(ji)穿(chuan)性(xing)就(jiu)越大(da)。例如(ru)，FR-4的(de)默認(ren)CTI值(zhi)為(wei)175，而其他更專(zhuan)業的材料(liao)的CTI值(zhi)可以(yi)高(gao)達600。

有(you)許多文件涉及(ji)PCB爬電(dian)和(he)電(dian)氣(qi)間隙(xi)標準(zhun)，主(zhu)要(yao)文件是IPC-2221。這是壹(yi)個通用標準(zhun)，涵(han)蓋了(le)許多不(bu)同的設(she)計(ji)規(gui)則(ze)，包括(kuo)高(gao)壓(ya)電(dian)路所需(xu)的(de)間距。這些限(xian)制(zhi)由(you)DC或AC電壓(ya)電(dian)平(ping)，內層，已塗覆或未(wei)塗覆的外(wai)層以(yi)及基(ji)材材料(liao)來描(miao)述。除(chu)了(le)IPC-2221，您還可以(yi)在這些標準(zhun)中(zhong)找(zhao)到其他信息(xi)：

• IPC-9592：該(gai)標準(zhun)比(bi)IPC-2221更具(ju)體，因(yin)為(wei)它定(ding)義(yi)了高(gao)於100伏的電源轉換(huan)設(she)備(bei)的間距要(yao)求。

• UL-61010-1：這些標準(zhun)規(gui)定(ding)了電氣(qi)測試和(he)實(shi)驗室(shi)設(she)備(bei)以(yi)及其他工(gong)業設(she)備(bei)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)安(an)全要(yao)求。

• UL-60950-1：該(gai)標準(zhun)適(shi)用於(yu)各種(zhong)設(she)備(bei)的高(gao)低壓(ya)應(ying)用。

這些標準(zhun)將(jiang)為(wei)設(she)置(zhi)PCB所需(xu)的(de)間隙(xi)提(ti)供(gong)堅(jian)實(shi)的(de)基(ji)礎，以(yi)保(bao)護(hu)PCB免受過電壓(ya)事件的影(ying)響(xiang)，該(gai)事件可能會(hui)在兩(liang)個不(bu)同的導體之(zhi)間產生(sheng)電(dian)弧。在設(she)計(ji)中(zhong)模擬(ni)功(gong)率(lv)分布並使(shi)用這些結果(guo)來(lai)幫助設(she)置(zhi)布(bu)局的(de)物(wu)理屬性(xing)也很重(zhong)要(yao)。

電(dian)源(yuan)組(zu)件在電(dian)路板上的布(bu)局

如(ru)何(he)使(shi)用這些標準(zhun)設(she)計(ji)PCB布(bu)局

達(da)到間距要(yao)求後，電(dian)路板將需(xu)要(yao)適(shi)當(dang)的(de)爬(pa)電(dian)距離和電氣間(jian)隙(xi)，下(xia)壹(yi)步是在PCB布(bu)局系統的(de)設(she)計(ji)規(gui)則(ze)中(zhong)設(she)置(zhi)這些值(zhi)。可以(yi)為(wei)金屬(shu)與(yu)金(jin)屬之(zhi)間的(de)間隙(xi)設(she)置(zhi)規(gui)則(ze)和約束(shu)，無(wu)論(lun)是(shi)在走線(xian)，焊盤(pan)，銅(tong)澆註(zhu)之(zhi)間，還是這三(san)者的任(ren)意(yi)組(zu)合(he)之(zhi)間。您還將需(xu)要(yao)為(wei)您的組(zu)件占(zhan)用(yong)空間設(she)置(zhi)正(zheng)確(que)的(de)間(jian)距，尤其是那(na)些導通(tong)大(da)量電(dian)壓(ya)的(de)較(jiao)大(da)部(bu)件。在某(mou)些情況(kuang)下(xia)，您甚至(zhi)可以(yi)在特(te)定(ding)的占(zhan)位(wei)空間周(zhou)圍設(she)置(zhi)獨(du)特的(de)避開(kai)間(jian)隙(xi)，以(yi)解決(jue)散(san)熱器和(he)其他異(yi)常配置(zhi)的(de)問(wen)題。所有(you)這些規則(ze)將幫(bang)助您在所需(xu)的(de)高(gao)壓(ya)組(zu)件之(zhi)間保(bao)持(chi)必(bi)要(yao)的間(jian)距。

當(dang)妳(ni)放(fang)元器件的布(bu)局，確(que)保(bao)當(dang)妳(ni)把他們(men)考(kao)慮零件的各個方(fang)面。這將包括可(ke)能懸(xuan)垂(chui)在零(ling)件上的(de)任何(he)金(jin)屬(shu)導(dao)體（例如(ru)散(san)熱器），尤其是在您無法(fa)在零(ling)件周圍設(she)置(zhi)唯(wei)壹(yi)的(de)避開(kai)區(qu)域的情況下(xia)。在布(bu)局期(qi)間，您還需(xu)要(yao)確(que)保(bao)對組件放(fang)置(zhi)的(de)任(ren)何編(bian)輯或更改都(dou)不(bu)會超(chao)出(chu)您已經(jing)在零(ling)件之(zhi)間仔細設(she)置(zhi)的(de)間(jian)距。即使(shi)將(jiang)組(zu)件旋轉90度也會導(dao)致形(xing)狀(zhuang)異(yi)常的零件違(wei)反電壓(ya)間(jian)隙(xi)。

這是在布(bu)局間(jian)距時(shi)要(yao)考(kao)慮的其他兩(liang)種(zhong)技(ji)術：

• 為(wei)了幫(bang)助(zhu)保(bao)持(chi)正確(que)的(de)間(jian)距，請(qing)嘗(chang)試(shi)在電(dian)路板的壹(yi)側放(fang)置(zhi)高(gao)壓(ya)組(zu)件，在另(ling)壹(yi)側放(fang)置(zhi)低壓(ya)組(zu)件。在某(mou)些情況(kuang)下(xia)，高(gao)壓(ya)零(ling)件之(zhi)間的(de)間隔規(gui)則(ze)可能不(bu)如低壓(ya)零(ling)件那樣(yang)嚴(yan)格(ge)。

• 爬電將(jiang)需(xu)要(yao)另(ling)壹(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案，因為(wei)將零(ling)件放(fang)在電(dian)路板的另(ling)壹(yi)側不(bu)會給(gei)您所需(xu)的(de)穿過電路板表面的(de)隔離。取(qu)而代之(zhi)的是(shi)，您可能想(xiang)在板(ban)上安裝(zhuang)絕(jue)緣屏障(zhang)或切開(kai)凹(ao)槽(cao)或插槽。電路板輪(lun)廓(kuo)的變(bian)化將增加電壓(ya)必(bi)須(xu)傳播(bo)的整(zheng)個表面的距離，從而(er)為(wei)您提(ti)供(gong)所需(xu)的(de)爬電距離。

幸運(yun)的(de)是(shi)，您的PCB設(she)計(ji)工(gong)具(ju)中(zhong)有(you)許多功(gong)能可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)幫(bang)助(zhu)，我(wo)們將在接(jie)下來的(de)內容中(zhong)進(jin)行介(jie)紹(shao)。

依(yi)靠(kao)PCB布局工(gong)具(ju)的強(qiang)大(da)功(gong)能

Allegro中(zhong)的(de)約束(shu)管理器，顯示(shi)組(zu)件封裝(zhuang)之(zhi)間的(de)間距值(zhi)

設(she)置(zhi)設(she)計(ji)規(gui)則(ze)和約束(shu)是(shi)確(que)保(bao)布(bu)局符(fu)合PCB爬(pa)電(dian)和(he)電氣間(jian)隙(xi)標準(zhun)的(de)最佳方(fang)法。如(ru)上(shang)圖所示(shi)，Cadence的(de)Allegro PCB編(bian)輯器中(zhong)的(de)約束(shu)管理器可(ke)以(yi)使用(yong)特定(ding)的封裝(zhuang)進(jin)行設(she)置(zhi)，以(yi)封裝(zhuang)間隙(xi)，以(yi)保(bao)持(chi)高(gao)壓(ya)零(ling)件的正(zheng)確(que)爬(pa)電(dian)距離。此外(wai)，您還可以(yi)為(wei)電源(yuan)和(he)接(jie)地網創建(jian)網類，並(bing)為(wei)其分配必(bi)要(yao)的間(jian)距。這些設(she)置(zhi)與(yu)設(she)計(ji)規(gui)則(ze)壹(yi)起使用(yong)將(jiang)幫助您保(bao)持(chi)所需(xu)的(de)間距。

您還應(ying)該(gai)充分(fen)利(li)用PCB設(she)計(ji)系統隨附(fu)的電(dian)路模擬(ni)器和(he)分(fen)析工(gong)具(ju)。這些可用(yong)於(yu)對電路板的配電(dian)網絡進(jin)行建模，以(yi)確(que)保(bao)按照您的需(xu)要(yao)連接(jie)高(gao)壓(ya)網絡。最後，請(qing)確(que)保(bao)在您的PCB設(she)計(ji)工(gong)具(ju)中(zhong)使(shi)用(yong)3D查看(kan)和檢(jian)查(zha)功(gong)能。傳導(dao)高(gao)壓(ya)的(de)零(ling)件可能具(ju)有(you)不(bu)規則(ze)的輪(lun)廓(kuo)，例如(ru)散(san)熱片(pian)，並(bing)且能夠(gou)以(yi)3D形(xing)式對其進行檢查(zha)並(bing)目(mu)視(shi)確(que)認(ren)其位(wei)置(zhi)對於您的設(she)計(ji)而(er)言是(shi)壹(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)的資(zi)產。