PCB

最小導体間隔計算ツール

電圧と導体の状態に基づいて、IPC-2221B表6.1に従って導体間の最小電気的クリアランスを決定します。

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公式

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)

仕組み

IPC-2221B 表6.1は、印加電圧と4つの導体条件に基づく最小導体間隔 (空気によるクリアランス) を示しています。B1 は、固体誘電体が絶縁の役割を果たす積層体に埋め込まれた内部導体をカバーしています。B2 は、空気にさらされるコーティングされていない外側の導体を覆います。B3 は永久ポリマーコーティング (ソルダーマスク) をカバーしています。B4は組み立て後に塗布されたコンフォーマルコーティングを対象としています。

この表では、15V～500Vの電圧ブレークポイントとポイント間の線形補間を使用しています。500 V を超えると、条件に応じたレートで間隔が直線的に大きくなります。FR4積層板の絶縁耐力は約20kV/mmで、空気に対して約3kV/mmであるため、内部間隔 (B1) は外部 (B2) よりもはるかに小さくなります。

高度ディレーティングは、3048 m (10,000 フィート) を超える外部導体 (B2、B3、B4) に適用されます。大気圧を下げると空気遮断電圧が下がるため、間隔を広げる必要があります。ディレーティング係数は √ (高度/3048) です。誘電体は周囲圧力に関係なく固体積層体であるため、内部導体 (B1) は影響を受けません。これはアビオニクス、衛星、および高高度機器にとって重要です。

計算例

付属: 120 VAC 主電源 (ピーク = 170V)、B2 (外部コーティングなし)、海面 ステップ 1: 電圧の決定

使用ピーク電圧: $V_ {ピーク} = 120\ sqrt {2} = 170$ V

ステップ 2: テーブルブレークポイントを見つける

170VはB2カラムの150V (間隔 = 0.60 mm) と170V (間隔 = 1.25 mm) の間にあります。

実際には、IPC-2221B テーブル 6.1 B2 カラム:170V での値はちょうど 1.25 mm です。

ステップ 3: 高度ディレーティング

標高 = 0 m (海面)、しきい値が 3048 m 未満 → ディレーティング係数 = 1.0

ステップ 4: 結果

d_ {min} = 1.25\ times 1.0 = 1.25

mm = 49.2 ミル 170V での条件間の比較: -B1 (内蔵): 0.20 ミリメートル -B2 (外部コーティングなし): 1.25 mm -B3 (ポリマーコーティング): 0.40 mm -B4 (コンフォーマルコーティング): 0.40 mm 注意: IEC 60664-1 安全認証 (医療/産業機器) では、沿面距離の要件が IPC クリアランス値を超える場合があります。必ず両方の規格を確認してください。

実践的なヒント

✓常にピーク電圧 (または DC) を使用してください。整流型 AC の場合は、リップルピークを含めてください。スイッチモードコンバータの場合は、フライバックスパイクを含めてください。
✓ソルダーマスク（B3）は、裸銅（B2）と比較して必要な間隔を約3倍削減し、常に高電圧領域をマスクします
✓高電圧導体の間にスロットまたは配線チャネルを追加して、直線クリアランスを超える沿面距離経路を増やします。
✓安全性が重要な設計（医療用、主電源接続）の場合、IEC 60664-1とIEC 62368-1はIPCよりも厳しい要件を課しています。両方を確認してください
✓基板の端では、クリアランス要件はシステムエンクロージャ内の隣接する基板上の最も近い導体に適用されます。

よくある間違い

✗ピーク電圧の代わりに実効電圧を使用する — IPC-2221Bにはピーク電圧またはDC電圧が必要です。240V RMS = 340Vピーク、つまり必要な間隔が2倍になります
✗外部導体へのB1（内部）間隔の適用 — 内部間隔は固体積層誘電体に依存し、外部表面にはさらに多くのクリアランスが必要です
✗航空機や衛星電子機器の高度ディレーティングを忘れてしまう — 高度12,000 mでは、間隔をほぼ2倍にする必要があります（係数約2.0）
✗クリアランスと沿面距離が混同されがちです。クリアランスは空気によるもので、沿面距離はサーフェスに沿ったものです。PCBの表面には汚染物質が蓄積され、表面の絶縁破壊電圧が低下します。
✗過渡現象は考慮に入れていません。雷サージやESDによって、公称値をはるかに上回る瞬間的な電圧が発生する可能性があります。間隔の計算にはワーストケースの過渡電圧を使用してください。

よくある質問

48V DCにはどのくらいの間隔が必要ですか？

IPC-2221B B2 (外側はコーティングなし) によると、30V (0.10 mm) と50V (0.60 mm) の間を補間すると約 0.50 mm になります。B1 (内部) の場合:0.10 mm。製造業者の最小クリアランス能力 (通常は 0.1 mm) を追加して、製造可能性を確保してください。

ソルダーマスクはB3のコーティングとしてカウントされますか？

はい。IPC-2221Bは、条件B3として「ソルダーレジストなどの永久ポリマーコーティング」を明示的に記載しています。重要な要件は、コーティングが永久的で、組み立て後ではなく PCB 製造プロセスの一部として塗布されることです。

高度は必要な間隔にどのように影響しますか？

3048 m (10,000 フィート) を超えると、外部間隔に √ (高度/3048) が掛けられます。6096 メートルでは、係数 = 1.41。12,192 m の場合:ファクター = 2.0。これは内部導体 (B1) や密閉/加圧されたエンクロージャーには適用されません。

同じ電圧でのDCとACはどうですか？

この表はDCとピークACにも等しく当てはまります。ブレークダウンは波形ではなく瞬時電圧に依存します。AC の場合は、必ずピーク電圧 (RMS × √2) を使用してください。パルス DC にはパルスピークを使用してください。

コンフォーマルコーティングで間隔を狭めることはできますか？

はい。コンフォーマルコーティング（B4）では、ポリマーコーティング（B3）と同じ間隔が可能で、どちらも外側のベア（B2）よりも大幅に小さくなります。ただし、コンフォーマルコーティングには、高電圧ギャップにボイド、ピンホール、またはホリデーがないことを確認する必要があります。

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