PCB

Rechner für Mindestleiterabstände

Ermitteln Sie den minimalen elektrischen Abstand zwischen den Leitern gemäß IPC-2221B Tabelle 6.1 auf der Grundlage der Spannung und des Leiterzustands.

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Formel

d_{min} = \text{Table}_{6.1}(V, \text{cond}) \times \sqrt{h / 3048}

d_min— Minimum conductor spacing (mm)

V— Applied voltage (DC or peak AC) (V)

h— Operating altitude (m)

Wie es funktioniert

IPC-2221B Tabelle 6.1 spezifiziert den Mindestleiterabstand (Abstand durch die Luft) auf der Grundlage der angelegten Spannung und der vier Leiterbedingungen. B1 deckt in Laminat eingebettete Innenleiter ab, bei denen das feste Dielektrikum die Isolierung gewährleistet. B2 deckt unbeschichtete Außenleiter ab, die der Luft ausgesetzt sind. B3 deckt permanente Polymerbeschichtungen (Lötmaske) ab. B4 deckt Schutzbeschichtungen ab, die nach der Montage aufgebracht werden.

In der Tabelle werden Spannungsgrenzwerte von 15 V bis 500 V mit linearer Interpolation zwischen den Punkten verwendet. Oberhalb von 500 V nimmt der Abstand linear mit einer bedingungsspezifischen Geschwindigkeit zu. Der Innenabstand (B1) ist viel kleiner als der Außenabstand (B2), da das FR4-Laminat eine Durchschlagsfestigkeit von ~20 kV/mm gegenüber Luft bei ~3 kV/mm hat.

Die Höhenreduzierung gilt für externe Leiter (B2, B3, B4) über 3048 m (10.000 ft). Ein reduzierter atmosphärischer Druck senkt die Luftdurchschlagsspannung, sodass größere Abstände erforderlich sind. Der Derating-Faktor ist √ (Höhe/3048). Innenleiter (B1) sind davon nicht betroffen, da das Dielektrikum unabhängig vom Umgebungsdruck aus einem festen Laminat besteht. Dies ist wichtig für Avionik, Satelliten und Ausrüstung in großer Höhe.

Bearbeitetes Beispiel

Gegeben: 120-VAC-Netzspannung (Spitze = 170 V), B2 (extern unbeschichtet), Meereshöhe Schritt 1: Spannung ermitteln

Verwenden Sie die Spitzenspannung: $V_ {peak} = 120\ sqrt {2} = 170$ V

Schritt 2: Tabellen-Breakpoints finden

170 V liegen in der Spalte B2 zwischen 150 V (Abstand = 0,60 mm) und 170 V (Abstand = 1,25 mm).

Tatsächlich, IPC-2221B Tabelle 6.1, Spalte B2: Bei 170 V beträgt der Wert genau 1,25 mm.

Schritt 3: Höhenreduzierung

Höhe = 0 m (Meeresspiegel), unter dem Schwellenwert von 3048 m → Derating-Faktor = 1,0

Schritt 4: Ergebnis

d_ {min} = 1,25\ times 1,0 = 1,25

mm = 49,2 Meilen Vergleich unter verschiedenen Bedingungen bei 170 V:

B1 (intern): 0,20 mm
B2 (außen unbeschichtet): 1,25 mm
B3 (polymerbeschichtet): 0,40 mm
B4 (konformbeschichtet): 0,40 mm

Hinweis: Für die Sicherheitszertifizierung nach IEC 60664-1 (medizinische/industrielle Geräte) können die Anforderungen an den Kriechabstand die IPC-Grenzwerte überschreiten. Überprüfen Sie immer beide Normen.

Praktische Tipps

✓Verwenden Sie immer Spitzenspannung (oder DC). Geben Sie bei gleichgerichtetem Wechselstrom die Welligkeitsspitze an. Schließen Sie bei Schaltwandlern Flyback-Spitzen ein
✓Die Lötmaske (B3) reduziert den erforderlichen Abstand im Vergleich zu blankem Kupfer (B2) um das Dreifache — Maskieren Sie immer Hochspannungsbereiche
✓Fügen Sie Schlitze oder verlegte Kanäle zwischen Hochspannungsleitern hinzu, um den Kriechweg über den geradlinigen Abstand hinaus zu vergrößern
✓Für sicherheitskritische Designs (medizinisch, netzverbunden) gelten für IEC 60664-1 und IEC 62368-1 strengere Anforderungen als IPC — überprüfen Sie beide
✓An den Leiterplattenkanten gilt die Abstandsanforderung für den nächsten Leiter auf einer benachbarten Platine im Systemgehäuse

Häufige Fehler

✗Verwendung von Effektivspannung statt Spitzenspannung — IPC-2221B benötigt Spitzen- oder Gleichspannung. 240 V RMS = 340 V Spitzenspannung, was den erforderlichen Abstand verdoppelt
✗Anwendung des B1-Abstands (Innenabstand) auf Außenleiter — der Innenabstand hängt vom Dielektrikum aus festem Laminat ab; Außenflächen benötigen viel mehr Abstand
✗Vergessen wir die Höhenreduzierung für Flugzeug- oder Satellitenelektronik — bei 12.000 m Höhe muss der Abstand fast verdoppelt werden (Faktor ≈ 2,0)
✗Zwischenraum mit Kriechflug verwechseln — Luftraum entsteht durch Luft; Kriechwasser entsteht entlang einer Oberfläche. Auf den Leiterplattenoberflächen sammeln sich Verunreinigungen an, die die Durchschlagspannung der Oberfläche verringern
✗Ohne Berücksichtigung von Transienten — Blitzüberspannungen oder ESD-Ereignisse können kurzzeitige Spannungen erzeugen, die weit über dem Nennwert liegen. Verwenden Sie für die Abstandsberechnung die transiente Spannung im schlimmsten Fall

Häufig gestellte Fragen

Welchen Abstand benötige ich für 48 V DC?

Gemäß IPC-2221B B2 (extern unbeschichtet): Eine Interpolation zwischen 30 V (0,10 mm) und 50 V (0,60 mm) ergibt ungefähr 0,50 mm. Für B1 (intern): 0,10 mm. Fügen Sie den Mindestabstand Ihres Herstellers hinzu (in der Regel 0,1 mm), um die Herstellbarkeit sicherzustellen.

Zählt Lötmaske als Beschichtung für B3?

Ja — IPC-2221B führt ausdrücklich „permanente Polymerbeschichtungen wie Lötbeständigkeit“ als Zustand B3 auf. Die wichtigste Anforderung ist, dass die Beschichtung dauerhaft ist und im Rahmen des PCB-Herstellungsprozesses und nicht nach der Montage aufgebracht wird.

Wie wirkt sich die Höhe auf den erforderlichen Abstand aus?

Oberhalb von 3048 m (10.000 ft) wird der Außenabstand mit √ (Höhe/3048) multipliziert. Bei 6096 m: Faktor = 1,41. Bei 12.192 m: Faktor = 2,0. Dies gilt nicht für Innenleiter (B1) oder für abgedichtete/unter Druck stehende Gehäuse.

Was ist mit Gleichstrom und Wechselstrom bei derselben Spannung?

Die Tabelle gilt gleichermaßen für Gleichstrom und Spitzenwechselstrom — der Ausfall hängt von der aktuellen Spannung ab, nicht von der Wellenform. Verwenden Sie für Wechselstrom immer die Spitzenspannung (Effektivwert × √2). Verwenden Sie für gepulsten Gleichstrom die Impulsspitze.

Kann ich die Abstände mit konformer Beschichtung reduzieren?

Ja — die Schutzbeschichtung (B4) ermöglicht den gleichen Abstand wie die Polymerbeschichtung (B3), beide deutlich weniger als die blanke Außenbeschichtung (B2). Bei der Schutzbeschichtung muss jedoch nachgewiesen werden, dass sie keine Hohlräume, Nadellöcher oder Ablenkungen aufgrund von Hochspannungslücken aufweist.

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