IPC-2221B Leiterabstand: Die Tabelle, die jeder falsch liest

Eine Spannung, fünf verschiedene Antworten

Nehmen Sie 50 V zwischen zwei Leitern. Welchen Abstand benötigt IPC-2221B?

• B1, interne Leiter: 0,1 mm
• B2, außen unbeschichtet, Meereshöhe bis 3050 m: 0,6 mm
• B3, außen mit permanenter Polymerbeschichtung: 0,13 mm

Gleiche Spannung, 6-fache Spreizung. Die Reihe, die Sie auswählen, ist für den größten Teil des praktischen Bereichs wichtiger als die Spannung.

Genau darum geht es in der Tabelle, und genau hier passieren die meisten Fehler — eine Konstruktion wird beim Beschichten mit B2 verglichen und erhält am Ende den sechsmal so großen Abstand wie nötig, oder sie wird mit B3 verglichen, wenn die Beschichtung in den Herstellerinformationen nie wirklich spezifiziert wurde.

Warum man mit einer Beschichtung so viel kauft

Ein unbeschichteter Außenleiter liegt in der Luft und ist allem ausgesetzt, was darauf landet. Der Versagensmechanismus ist in der Regel nicht der dielektrische Durchbruch des Luftspalts, sondern eine Oberflächennachführung. Schmutz und Feuchtigkeit bilden einen leitfähigen Film auf der Laminatoberfläche, und die Entladung folgt diesem Film, anstatt den Spalt zu überspringen.

Deshalb ist B2 so viel anspruchsvoller als B1. Ein Innenleiter ist mit gehärtetem Laminat eingekapselt: Es gibt keine Oberfläche, auf der Verunreinigungen landen könnten, und es gibt keinen Feuchtigkeitspfad. Der einzige Mechanismus, der noch übrig ist, ist der dielektrische Massendurchschlag, der weit weniger Abstand benötigt.

Eine permanente Polymerbeschichtung (B3) stellt das meiste davon wieder her. Es versiegelt die Oberfläche, sodass Sie wieder etwas haben, das einem Massenmechanismus näher kommt. Die konforme Beschichtung (B4) geht noch weiter.

Die Folge: Auf einer unbeschichteten Platte ist die Oberfläche die Schwachstelle, nicht die Luft. Die Sauberkeit nach der Montage ist genauso wichtig wie die Geometrie. Flussmittelrückstände, die bei einem No-Clean-Verfahren entstehen, gelten als leitfähige Verunreinigung, wenn sie nicht vollständig rückfließen.

Höhe

Luft wird dünner und damit sinkt auch ihre Abbaufestigkeit. Oberhalb von 3050 m wendet IPC einen Leistungsminderungsfaktor auf die unbeschichteten Außenabstände an.

Dies erfasst Avionik und Ausrüstung in großer Höhe, aber auch alles, was auf dem Luftweg in einem drucklosen Laderaum transportiert wird, und alles, was in der Höhe qualifiziert ist. Wenn in Ihrer Produktspezifikation eine Betriebshöhe von über 3 km angegeben ist, sind die B2-Zahlen in der Tabelle nicht die Zahlen, die Sie benötigen.

Beschichtete Leiter sind wesentlich weniger betroffen, da der Mechanismus nicht mehr darin besteht, durch Luft an der Oberfläche entladen zu werden. Eine Beschichtung ist oft die kostengünstigere Antwort auf eine bestimmte Höhe als das Öffnen aller Zwischenräume auf der Leiterplatte.

Was der Tisch nicht ist

IPC-2221B bietet Kriechfähigkeit und Freiraum für eine funktionale Isolierung auf einer blanken Platine. Es handelt sich nicht um einen Sicherheitsstandard.

Wenn die Platine über ein Stromnetz verfügt oder eine verstärkte oder grundlegende Isolierung zwischen einer gefährlichen Spannung und einem für den Benutzer zugänglichen Stromkreis erforderlich ist, gelten IEC 60664-1 und die entsprechende Produktnorm — und ihre Anzahl ist erheblich höher. Sie geben auch den Verschmutzungsgrad, die Werkstoffgruppe (CTI) und die Unterscheidung zwischen Kriechstrom und Durchgang als separate Größen an.

IPC-2221B fasst diese Werte für einen bestimmten Zweck zu einer Zahl zusammen. Die Verwendung dort, wo eine Sicherheitsnorm gilt, ist ein Konformitätsverstoß und keine konservative Annäherung.

Praktische Anleitung

Entscheiden Sie sich für die Beschichtung, bevor Sie die Route verlegen, nicht danach. Es verändert die Abstände um den Faktor vier oder mehr und das nachträgliche Anbringen einer Beschichtung auf ein Design, bei dem davon ausgegangen wurde, dass es nicht hilft, wenn es in den Herstellerangaben nie gesagt wurde. Geben Sie den Zustand ausdrücklich in den Herstellernotizen an. „Schutzlack gemäß IPC-CC-830“ ist eine Spezifikation. „Beschichtet“ ist nicht. Legen Sie den Abstand auf die ungünstigste Spannung an, nicht auf die Nennspannung. Eine 48-V-Leitung bei einem Lastabwurf oder einem induktiven Stoß kann ein Vielfaches der Nennspannung betragen, und der Abstand muss den Einschwingvorgang überstehen. Überprüfen Sie beide Seiten einer Durchkontaktierung. Eine Durchkontaktierung, die ein Hochspannungsnetz trägt, hat auf jeder Schicht einen ringförmigen Ring, und der Abstand zum benachbarten Kupfer muss auch auf den inneren Schichten gelten — wo die B1-Zahlen gelten und die Prüfwerkzeuge manchmal nicht hinschauen. Verlassen Sie sich nicht auf eine Lötmaske als Beschichtung. Bei einer Lötmaske handelt es sich nicht um eine permanente Polymerbeschichtung im Sinne von IPC-2221B. Sie ist porös, an den Leiterkanten dünn und für diesen Zweck nicht geeignet.

Der Rechner für den minimalen Leiterabstand gibt alle IPC-2221B-Bedingungen für eine bestimmte Spannung nebeneinander zurück, mit Höhenreduzierung, sodass Sie die Kosten jeder Wahl sehen können, bevor Sie sich entscheiden.