Что такое стандарт IPC2221? Стандарт IPC-2221 служит основополагающим стандартом проектирования печатных плат с момента его первого выпуска в 1998 году. Устанавливая общие требования к проектированию органических печатных плат, он широко признан в электронной промышленности и используется в качестве основного справочника проектировщиками печатных плат. За прошедшие годы стандарт претерпел несколько крупных изменений. Он постепенно совершенствовал свои принципы и отвечал более современным требованиям проектирования, а также был дополнен семейством стандартов IPC-2220. Всестороннее понимание стандарта поможет вам проектировать надежные и перспективные печатные платы.
Стандарт IPC2221 и его 3 редакции
Стандарт IPC2221 обновлялся Ассоциацией производителей соединительной электроники (IPC) четыре раза , и каждое его обновление сопровождалось важными изменениями и улучшениями. Самый первый стандарт IPC2221 был выпущен в 1998 году. Он устанавливает базовые правила проектирования печатных плат, включая принципы компоновки, расстояние между проводниками, ширину дорожек, контактные площадки и переходные отверстия, выбор материалов и механическую конструкцию. Кроме того, он положил начало семейству стандартов IPC-2220, специализирующемуся на конкретных конструкциях печатных плат. Однако эта версия IPC 2221 была ограничена простотой технологии и консервативными данными, а также не имела достаточной глубины для решения тепловых, токопроводящих и других современных задач, что привело к пересмотру и революции стандарта в последующие годы.
IPC 2221A против IPC 2221B против IPC 2221C
IPC 2221A, основная версия IPC 2221, была выпущена в 2003 году. В него было добавлено Приложение B, разъясняющее более полный новый стандарт IPC 2152. Он также четко определяет метод расчета воздушных зазоров и путей утечки, а также добавляет некоторые параметры надежности для обеспечения безопасности конструкции. Тем не менее, он по-прежнему опирается на эмпирическую формулу, которая слишком консервативна и далека от практики.
IPC 2221B — вторая пересмотренная версия, выпущенная в 2012 году. Эта версия впоследствии стала основополагающим общим стандартом проектирования печатных плат, широко используемым в долгосрочной перспективе. В ней были учтены замечания по IPC-2152 и исправлены многие устаревшие значения ширины проводников и нагрева. Также были модернизированы правила и введены рекомендации, специфичные для новых областей, таких как Интернет вещей (IoT).
В отношении ширины проводника, допустимой нагрузки по току и управления температурой стандарт IPC 2221B дополняет IPC 2152. IPC 2152 с комплексным тестированием обеспечивает практическую точность, необходимую для современного проектирования печатных плат, выступая в качестве практического расширения IPC 2221B в области теплового проектирования. IPC2221 отвечает за проектирование общей структуры, а IPC-2152 — за тепловые расчеты при трассировке.
IPC 2221C – последняя версия, опубликованная в декабре 2023 года. В стандарте исправлены ранее существовавшие неопределенности, удалены устаревшие рекомендации, а также обновлены таблицы и критерии проектирования в области управления материалами и температурой. Важно отметить, что IPC 2221C полностью модернизирован и включает рекомендации по проектированию высокочастотных и высокоскоростных печатных плат, а также передовые технологии производства. IPC 2221C надолго станет основным справочным документом для современной индустрии печатных плат. Однако по-прежнему необходимо ссылаться на другие документы серий IPC 2152 и IPC 2220.
| Версия | Основные изменения | Ключевые особенности | Ограничения |
| IPC 2221 (1998) | Первый выпуск, базовый стандарт для проектирования печатных плат | Определены общие требования к проектированию печатных плат | Отсутствовали подробные указания по тепловому и токовому регулированию; устарели из-за технического прогресса |
| IPC 2221А (2003) | Обновленные материалы и методы проектирования | Общие правила проектирования печатных плат с улучшенными рекомендациями | Все еще полагались на старые графики тока и температуры (менее точные) |
| IPC 2221Б (2012) | Соответствует МПК-2152; Руководящие принципы для новых областей | Более понятные и расширенные правила; Лучшая связь с IPC-2152 | Более сложные, но все еще не охватывающие полностью высокоскоростные конструкции |
| IPC 2221С (2023) | Модернизированный для HDI, высокоскоростной, с передовыми материалами | Интегрируется с новыми стандартами проектирования; Полностью соответствует IPC-2152 | Все еще в процессе разработки; реализация может различаться у разных производителей |
Рекомендации по использованию
IPC-2221 и IPC-2221A в настоящее время считаются устаревшими и не рекомендуются для новых проектов, но они полезны для понимания ранних стандартов проектирования печатных плат.
IPC-2221B по-прежнему является надёжной базовой версией, которую можно использовать для общих и простых проектов печатных плат, но её применение ограничено для современных высокоскоростных и высокочастотных проектов. Для точности и надёжности при проектировании тепловых и токовых схем можно использовать IPC 2152.
IPC-2221C — это стандартный выбор для современных электронных разработок, особенно для высокоплотных, высокоскоростных и критичных к надежности устройств, таких как телекоммуникационные и медицинские устройства 5G. Он соответствует стандарту IPC-2152, современным методам стекирования и усовершенствованным методам испытаний на надежность, поэтому рекомендуется для будущих продуктов, которые, как ожидается, прослужат долгие годы.
Ключевые функции IPC2221 при проектировании печатных плат
IPC2221 служит универсальным справочником правил проектирования печатных плат. Он содержит общие рекомендации по материалам, проводникам, отверстиям и переходным отверстиям, терморегулированию, механической структуре, электрическим характеристикам и многим другим аспектам. Давайте рассмотрим их по отдельности.
Конструкция проводника
Стандарт IPC-2221 устанавливает правила для разработчиков печатных плат по определению ширины , расстояния между проводниками и толщины для обеспечения надёжной токовой нагрузки и предотвращения перегрева. В нём представлены формулы и графики для расчёта ширины печатных проводников на основе данных о повышении температуры, токе и толщине меди, что позволяет достичь баланса между электрическими характеристиками и надёжностью.
Выбор материала
Стандарт определяет рекомендации по выбору ламината и препрега. Он подчёркивает практическую необходимость соответствия материала условиям конечного использования и предоставляет рекомендации, основанные на таких свойствах, как тепловое расширение, диэлектрическая проницаемость и механическая прочность, для обеспечения надёжности.
Металлизированные сквозные отверстия и переходные отверстия
Стандарт IPC2221 разъясняет правила, касающиеся размеров отверстий, кольцевых выводов, соотношений сторон, толщины металлизации, а также рекомендации по типам переходных отверстий и их структурной целостности в многослойных платах. Это обеспечивает надежные электрические соединения между слоями и позволяет избежать перепадов температур и механических напряжений.
Управление тепловым режимом
Стандарт регламентирует управление теплоотводом на печатной плате. Он включает в себя использование термобарьеров, теплоотводящих плоскостей и медной заливки для поддержания стабильного состояния и работы. IPC-2221 также регламентирует проектирование платы и размещение компонентов для предотвращения зон перегрева, защищая подложку платы и компоненты от термических напряжений.
Механическая конструкция и надежность
IPC-2221 устанавливает правила для контура платы, панельизации, расположения монтажных отверстий, выдерживания условий транспортировки, сборки, вибрации и других механических воздействий. Этот документ регламентирует общую механическую прочность печатной платы для обеспечения её надёжности.
Требования к электрическим характеристикам
Стандарт содержит рекомендации по контролируемому сопротивлению, перекрестным помехам, целостности сигнала и диэлектрическому расстоянию, помогая поддерживать электрическую надежность, снижать электромагнитные помехи и соответствовать эксплуатационным характеристикам различных приложений.
Иерархия серии IPC 2220: существенное дополнение к IPC2221
Серия стандартов IPC 2220 дополняет IPC 2221 стандартами для конкретных конструкций печатных плат, таких как жёсткие, гибкие и гибко-жёсткие. В этом семействе стандартов IPC2221 является общим и всеобъемлющим стандартом для проектирования печатных плат в целом, а другие стандарты этой серии ориентированы на другие конкретные области применения.
IPC-2221 — общий стандарт проектирования печатных плат
IPC-2221 является основополагающим документом для всех конструкций печатных плат. Он содержит общие рекомендации, такие как ширина проводников, зазоры между ними и материал, для каждого типа печатных плат. Все остальные подстандарты серии IPC2220 построены на этой основе.
IPC-2222 для проектирования жестких органических печатных плат
Стандарт IPC-2222 в основном посвящен проектированию жёстких печатных плат из органических материалов, таких как FR4. Он содержит рекомендации по ширине проводников, расположению слоёв, технологичности и структуре переходных отверстий. Он широко применяется в потребительской электронике, промышленных платах управления и других приложениях с жёсткими платами.
IPC-2223 для проектирования гибких и жестких/гибких печатных плат
Стандарт IPC-2223 содержит рекомендации по гибким и гибко-жёстким печатным платам. Он охватывает радиус изгиба, динамическую гибкость, выбор материалов и механическую конструкцию для обеспечения надёжности при многократном использовании и циклических перепадах температур. Он играет важную роль в приложениях, требующих высокой гибкости и компактности, таких как медицинские устройства, носимая электроника и аэрокосмические системы.
IPC-2225 для проектирования печатных плат Organic MCM-L
Стандарт IPC-2225 применяется к многокристальным модулям на органической подложке, объединяющим несколько кристаллов на одной плате. Он регламентирует требования к плотности межсоединений, целостности сигналов, надежности и другим требованиям к проектированию таких модулей, обычно используемых в современных вычислительных системах и телекоммуникациях.
IPC-2226 для проектирования печатных плат с высокой плотностью межсоединений (HDI)
Этот стандарт специально используется для печатных плат HDI. Он определяет правила для структур «переходные отверстия в контактных площадках», последовательного наращивания, тонких диэлектрических слоёв и так далее. Он имеет основополагающее значение для мобильных устройств, высокоскоростных сетей и многих других компактных и требовательных к производительности приложений.
IPC-2228 для проектирования печатных плат ВЧ/СВЧ
IPC-2228 разработан для современных печатных плат ВЧ и СВЧ. Он отвечает за контролируемый импеданс, материалы с низкими потерями, конструкцию линий передачи и другие факторы, важные для высоких частот. Он особенно важен для таких приложений, как беспроводная связь, радиолокация, спутниковая связь и многие другие высокочастотные приложения.
Примечание: МПК 2224 был отменён МПК, а соответствующие формы печатных плат были перенесены в редакции МПК-2221 и МПК-2222 с 2012 года, когда был выпущен МПК-2221B. МПК-2227 не был разработан и выпущен.
Заключение
Стандарт IPC2221 доказал свою важность в проектировании печатных плат за годы революционных разработок. От ранних базовых правил до новейших современных рекомендаций IPC-2221C, он предоставляет разработчикам печатных плат надежную основу для соблюдения. Более того, дополнительная серия IPC-2220 также поддерживает IPC2221 в некоторых конкретных проектах печатных плат. Всем, кто занимается проектированием и производством печатных плат, важно быть в курсе последних стандартов и принципов в отрасли, чтобы помочь разработчикам создавать надежные и высококачественные печатные платы. Если у вас есть сомнения относительно конструкции вашей печатной платы или вам нужен надежный производитель, обратитесь в YONGVE! Наши специалисты предложат вам оптимальные решения, которые полностью удовлетворят требованиям вашего проекта.
