Was ist der IPC2221-Standard? Der IPC-2221-Standard dient seit seiner Erstveröffentlichung im Jahr 1998 als grundlegender Standard für das PCB-Design. Er legt allgemeine Anforderungen für das Design organischer PCBs fest, ist in der Elektronikindustrie weithin anerkannt und wird von PCB-Designern als wichtige Referenz verwendet. Im Laufe der Jahre wurde der Standard mehrfach grundlegend überarbeitet. Seine Prinzipien wurden schrittweise verbessert und moderneren Designanforderungen gerecht. Gleichzeitig wurde er durch die IPC-2220-Familie ergänzt. Ein umfassendes Verständnis des Standards hilft Ihnen, zuverlässige und zukunftssichere PCBs zu entwerfen.
IPC2221-Standard und seine 3 Revisionen
Der IPC2221-Standard wurde von der Association of Connecting Electronics Industries (IPC) viermal aktualisiert, und jede Weiterentwicklung brachte wichtige Überarbeitungen und Verbesserungen mit sich. Der allererste IPC2221 wurde 1998 veröffentlicht. Er enthält die grundlegenden Regeln für das PCB-Design, einschließlich Layoutprinzipien, Leiterbahnabstand, Leiterbahnbreite, Pads und Vias, Materialauswahl und mechanischem Design. Gleichzeitig etablierte er IPC-2220 als Serienfamilie, die sich auf bestimmte PCB-Designs spezialisiert. Diese Version von IPC 2221 war jedoch auf einfache Technologie und konservative Daten beschränkt und ging nicht ausführlich genug auf thermische Aspekte, Strombelastbarkeit und andere moderne Probleme ein, was in späteren Jahren zur Überarbeitung und Revolution des Standards führte.
IPC 2221A vs. IPC 2221B vs. IPC 2221C
IPC 2221A , die Hauptversion des IPC 2221, wurde 2003 veröffentlicht. Sie ergänzte Anhang B und präzisierte einen umfassenderen neuen Standard des IPC 2152. Sie spezifiziert außerdem die Berechnungsmethode für Luft- und Kriechstrecken und fügt einige zuverlässigkeitsrelevante Parameter für die Designsicherheit hinzu. Dennoch basiert sie weiterhin auf einer empirischen Formel, die zu konservativ ist und weit von der Praxis entfernt ist.
IPC 2221B ist die zweite überarbeitete Version aus dem Jahr 2012. Diese Revision entwickelte sich zum grundlegenden, langfristig weit verbreiteten Standard für das Leiterplattendesign. Sie berücksichtigte das Feedback aus IPC-2152 und korrigierte viele veraltete Werte für Leiterbahnbreite und Temperaturanstieg. Darüber hinaus modernisierte sie die Regeln und führte Richtlinien für neue Bereiche wie das Internet der Dinge (IoT) ein.
IPC 2221B ergänzt IPC 2152 hinsichtlich Leiterbreite, Strombelastbarkeit und Wärmemanagement. Mit seinen umfassenden Tests bietet IPC 2152 die für modernes Leiterplattendesign erforderliche praktische Genauigkeit und fungiert als praktische Erweiterung von IPC 2221B im Bereich des thermischen Designs. IPC 2221 ist für die Gestaltung des allgemeinen Rahmens verantwortlich, während IPC 2152 für die thermische Berechnung des Routings zuständig ist. IPC 2221 ist für die Gestaltung des allgemeinen Rahmens verantwortlich, während IPC 2152 für die thermischen Berechnungen des Routings zuständig ist.
IPC 2221C ist die neueste Version und wurde im Dezember 2023 veröffentlicht. Der Standard korrigierte frühere Unklarheiten, entfernte veraltete Richtlinien und aktualisierte Tabellen und Designkriterien für Material- und Wärmemanagement. Wichtig ist, dass IPC 2221C vollständig modernisiert wurde und nun auch Richtlinien für Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsdesign sowie fortschrittliche Fertigungstechniken umfasst. IPC 2221C wird für lange Zeit die wichtigste Referenz für die moderne Leiterplattenindustrie sein. Es müssen jedoch noch Querverweise zu anderen Dokumenten der Reihen IPC 2152 und IPC 2220 erstellt werden.
| Version | Wichtige Überarbeitungen | Hauptmerkmale | Einschränkungen |
| IPC 2221 (1998) | Erste Veröffentlichung, Basisstandard für PCB-Design | Definierte allgemeine Anforderungen für das PCB-Design | Es fehlten detaillierte Wärme-/Stromführungen; veraltet im Zuge des technologischen Fortschritts |
| IPC 2221A (2003) | Aktualisierte Materialien und Designpraktiken | Allgemeine PCB-Designregeln mit verbesserter Anleitung | Immer noch auf alte Strömungs-Temperatur-Diagramme angewiesen (weniger genau) |
| IPC 2221B (2012) | In Übereinstimmung mit IPC-2152; Richtlinien für die neuen Felder | Klarere und erweiterte Regeln; Bessere Verknüpfung mit IPC-2152 | Komplexer, deckt Hochgeschwindigkeitsdesigns noch nicht vollständig ab |
| IPC 2221C (2023) | Modernisiert für HDI, Hochgeschwindigkeit, fortschrittliche Materialien | Integriert sich in neue Designstandards; vollständig auf IPC-2152 abgestimmt | Wird noch entwickelt; die Implementierung kann je nach Hersteller unterschiedlich sein |
Anwendungsempfehlung
IPC-2221 und IPC-2221A gelten mittlerweile als veraltet und werden für neue Designs nicht empfohlen, sie sind jedoch hilfreich, um die frühen PCB-Designstandards zu verstehen.
IPC-2221B ist weiterhin eine sichere Basis für allgemeine und einfache PCB-Designs, ist jedoch für moderne Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzdesigns nur eingeschränkt geeignet. Sie können IPC 2152 für Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei thermischem und aktuellem Design kombinieren.
IPC-2221C ist die Standardlösung für moderne Elektronikdesignanforderungen, insbesondere für hochdichte, schnelle oder zuverlässigkeitskritische Designs wie 5G-Telekommunikation und medizinische Geräte. Es entspricht IPC-2152 mit modernen Stapelverfahren und verbesserten Zuverlässigkeitstests und wird für zukünftige Produkte empfohlen, die voraussichtlich jahrelang halten.
Schlüsselfunktionen von IPC2221 im PCB-Design
IPC2221 dient als universelles Regelwerk für das PCB-Design. Es bietet allgemeine Hinweise zu Material, Leitern, Löchern und Durchkontaktierungen, Wärmekontrolle, mechanischer Struktur, elektrischer Leistung und vielen weiteren Aspekten. Sehen wir uns die einzelnen Aspekte genauer an.
Leiterdesign
IPC-2221 bietet PC-Designern Regeln zur Bestimmung von Leiterbreite , -abstand und -dicke, um eine zuverlässige Strombelastbarkeit zu gewährleisten und Überhitzung zu vermeiden. Die Norm führte Formeln und Diagramme zur Berechnung der Leiterbahnbreite basierend auf Temperaturanstieg, Stromstärke und Kupferdicke ein, um elektrische Leistung und Zuverlässigkeit in Einklang zu bringen.
Materialauswahl
Die Norm definiert Richtlinien für die Auswahl von Laminat- und Prepreg-Materialien. Sie betont die praktischen Anforderungen, das Material an die jeweilige Endanwendungsumgebung anzupassen und bietet Richtlinien basierend auf Eigenschaften wie Wärmeausdehnung, Dielektrizitätskonstante und mechanischer Festigkeit, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Durchkontaktierungen und Vias
IPC2221 klärt die Regeln für Lochgrößen, Jahresringe, Seitenverhältnisse, Beschichtungsdicken und Empfehlungen für Via-Typen und deren strukturelle Integrität in Mehrschichtplatinen. Dies gewährleistet zuverlässige elektrische Verbindungen zwischen den Schichten und vermeidet thermische Zyklen und mechanische Belastungen.
Wärmemanagement
Die Norm regelt die Wärmeableitung auf der Leiterplatte. Sie umfasst den Einsatz von Wärmeleitblechen, Wärmeverteilungsflächen und Kupferguss, um einen stabilen Zustand und Betrieb zu gewährleisten. IPC-2221 regelt außerdem das Leiterplattendesign und die Platzierung von Komponenten, um Hotspots zu vermeiden und das Leiterplattensubstrat und die Komponenten vor thermischer Belastung zu schützen.
Mechanisches Design und Zuverlässigkeit
IPC-2221 bietet Regeln für Platinenumriss, Panelisierung, Platzierung der Montagelöcher, Handhabung, Montage, Vibration und andere mechanische Kräfte. Das Dokument legt die allgemeine mechanische Robustheit der Leiterplatte fest, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Elektrische Leistungsanforderungen
Der Standard bietet Richtlinien zu kontrollierter Impedanz, Übersprechen, Signalintegrität und dielektrischem Abstand und trägt dazu bei, die elektrische Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten, elektromagnetische Störungen zu reduzieren und die Leistung verschiedener Anwendungen zu gewährleisten.
Hierarchie der IPC 2220-Reihe: Die wesentliche Ergänzung zu IPC2221
Die IPC 2220-Reihe ergänzt die IPC 2221 um Standards für spezifische Leiterplattendesigns, wie z. B. starre, flexible und starrflexible Leiterplattendesigns. In dieser Normenfamilie ist die IPC 2221 der allgemeine und übergreifende Standard für das gesamte Leiterplattendesign. Die anderen Normen der Reihe konzentrieren sich auf spezifische Anwendungen.
IPC-2221 – allgemeiner Standard für PCB-Design
Die IPC-2221 ist das grundlegende Dokument für alle Leiterplattendesigns. Sie bietet allgemeine Richtlinien, wie z. B. Leiterbahnbreite, -abstand und -material, für jeden Leiterplattentyp. Alle anderen Unternormen der IPC 2220-Familie bauen auf dieser Grundlage auf.
IPC-2222 für starres organisches Leiterplattendesign
IPC-2222 befasst sich hauptsächlich mit dem Design starrer Leiterplatten aus organischen Materialien wie FR4. Es bietet Hinweise zu Leiterbahnbreite, Lagenaufbau, Herstellbarkeit und Via-Strukturen. Es wird häufig für Unterhaltungselektronik, industrielle Steuerplatinen und andere Anwendungen mit starren Leiterplatten verwendet.
IPC-2223 für flexibles und starr/flexibles Leiterplattendesign
IPC-2223 bietet Richtlinien für flexible und starrflexible Leiterplatten. Sie behandelt Biegeradien, dynamische Biegung, Materialauswahl und mechanisches Design, um die Zuverlässigkeit bei wiederholtem Verkauf und Temperaturwechseln zu gewährleisten. Sie spielt eine wichtige Rolle bei Anwendungen, die hohe Flexibilität und Kompaktheit erfordern, wie z. B. medizinische Geräte, tragbare Elektronik und Luft- und Raumfahrtsysteme.
IPC-2225 für organisches MCM-L-Leiterplattendesign
IPC-2225 wird auf Multichip-Module auf Basis organischer Substrate angewendet, die mehrere nackte Chips auf einer Platine integrieren. Es legt die Anforderungen an hochdichte Verbindungen, Signalintegrität, Zuverlässigkeit und andere Designregeln für diese Module fest, die typischerweise in der fortgeschrittenen Computer- und Telekommunikationstechnik zum Einsatz kommen.
IPC-2226 für High-Density Interconnect (HDI)-Leiterplattendesign
Diese Norm wird speziell für HDI-Leiterplatten verwendet. Sie definiert Regeln für Via-in-Pad-Strukturen, sequentiellen Aufbau, dünne dielektrische Schichten usw. Sie ist grundlegend für mobile Geräte, Hochgeschwindigkeitsnetzwerke und viele andere kompakte und leistungsintensive Anwendungen.
IPC-2228 für HF-/Mikrowellen-Leiterplattendesign
IPC-2228 ist auf moderne HF- und Mikrowellen-Leiterplatten zugeschnitten. Es ist verantwortlich für kontrollierte Impedanz, verlustarme Materialien, Übertragungsleitungsdesign und andere Faktoren, die für hohe Frequenzen wichtig sind. Es ist besonders wichtig für Anwendungen wie drahtlose Kommunikation, Radar, Satelliten und viele andere Hochfrequenzanwendungen
Hinweis: IPC 2224 wurde vom IPC aufgehoben, und die entsprechenden PCB-Formulare wurden seit 2012, als IPC 2221B veröffentlicht wurde, in die Revision von IPC 2221 und IPC 2222 übertragen. IPC-2227 wurde nicht entwickelt und veröffentlicht.
Abschluss
Die IPC 2221 hat ihre Bedeutung für das gesamte Leiterplattendesign über Jahre hinweg unter Beweis gestellt. Von frühen Basisregeln bis zu den aktuellsten modernen Richtlinien IPC-2221C bietet der Standard PCB-Designern einen zuverlässigen Rahmen. Darüber hinaus unterstützt die ergänzende IPC-2220-Reihe IPC2221 auch in einigen spezifischen PCB-Designs. Für jeden, der sich mit PCB-Design und -Herstellung beschäftigt, ist es wichtig, über die neuesten Standards und Prinzipien der Branche informiert zu bleiben, damit Designer zuverlässige und qualitativ hochwertige PCBs erstellen können. Wenn Sie Zweifel an Ihrem PCB-Design haben oder einen vertrauenswürdigen Hersteller suchen, wenden Sie sich an MOKOPCB! Unsere Experten können Ihnen optimale Lösungen anbieten, um Ihre Projektanforderungen vollständig zu erfüllen.
