Cos’è lo standard IPC2221? Lo standard IPC-2221 è uno standard fondamentale per la progettazione di PCB sin dalla sua prima pubblicazione nel 1998. Stabilisce requisiti generici per la progettazione di PCB organici ed è ampiamente riconosciuto nel settore elettronico e utilizzato come riferimento essenziale dai progettisti di PCB. Nel corso degli anni, lo standard ha subito diverse importanti revisioni. Ha gradualmente migliorato i principi e soddisfatto le esigenze di progettazione più moderne, integrandosi anche con la famiglia IPC-2220. Una comprensione completa dello standard aiuta a progettare PCB affidabili e a prova di futuro.
Standard IPC2221 e le sue 3 revisioni
Lo standard IPC2221 è stato aggiornato 4 volte dall’Association of Connecting Electronics Industries (IPC) e ogni evoluzione è accompagnata da importanti revisioni e miglioramenti. Il primo IPC2221 è stato rilasciato nel 1998. Fornisce le regole di base per la progettazione di PCB, inclusi principi di layout, spaziatura dei conduttori, larghezza delle tracce, pad e via, selezione dei materiali e progettazione meccanica. Nel frattempo, ha anche definito l’IPC-2220 come una famiglia di prodotti specializzata in progetti PCB specifici. Tuttavia, limitato da una tecnologia semplice e da dati conservativi, l’IPC 2221 non aveva la profondità necessaria per affrontare problemi termici, di portata di corrente e altre problematiche moderne, portando alla revisione e alla rivoluzione dello standard negli anni successivi.
IPC 2221A contro IPC 2221B contro IPC 2221C
dell’IPC 2221 , l’IPC 2221A, è stata pubblicata nel 2003. Ha aggiunto l’Appendice B, ha chiarito un nuovo standard più completo dell’IPC 2152. Specifica inoltre chiaramente il metodo di calcolo per le distanze in aria e superficiali e aggiunge alcuni parametri relativi all’affidabilità per la sicurezza di progettazione. Tuttavia, si basa ancora su una formula empirica, che è troppo conservativa e si discosta dalla pratica.
L’IPC 2221B è la seconda versione rivista, pubblicata nel 2012. Questa revisione è poi diventata lo standard fondamentale per la progettazione di PCB generici, ampiamente utilizzato a lungo termine. Ha incorporato il feedback dell’IPC-2152 e ha corretto molti valori obsoleti per la larghezza delle tracce e l’aumento di temperatura. Ha inoltre modernizzato le norme e introdotto linee guida specifiche per settori emergenti, come l’Internet of Things (IoT).
Lo standard IPC 2221B è complementare allo standard IPC 2152 in termini di larghezza del conduttore, capacità di trasporto di corrente e gestione termica. Lo standard IPC 2152, con test completi, offre la precisione pratica necessaria nella moderna progettazione di PCB, fungendo da estensione pratica dello standard IPC 2221B nell’ambito della progettazione termica.
L’IPC 2221C è l’ultima versione pubblicata a dicembre 2023. Lo standard ha corretto le ambiguità precedenti, rimosso le linee guida obsolete e aggiornato tabelle e criteri di progettazione. È importante sottolineare che l’IPC 2221C è completamente modernizzato con linee guida di progettazione ad alta frequenza e alta velocità e tecniche di produzione avanzate. L’IPC 2221C diventerà a lungo il riferimento di base per l’industria PCB moderna. Tuttavia, deve ancora fare riferimento ad altri documenti delle serie IPC 2152 e IPC 2220.
| Versione | Revisioni importanti | Caratteristiche principali | Limitazioni |
| IPC 2221 (1998) | Prima versione, standard di base per la progettazione di PCB | Requisiti generali definiti per la progettazione di PCB | Mancanza di una guida termica/corrente dettagliata; obsoleto rispetto al progresso tecnologico |
| IPC 2221A (2003) | Materiali e pratiche di progettazione aggiornati | Regole di progettazione PCB generiche con guida migliorata | Si basa ancora sui vecchi grafici temperatura-corrente (meno accurati) |
| IPC 2221B (2012) | Allineato con IPC-2152; Linee guida per i campi emergenti | Regole più chiare e ampliate; migliore collegamento con IPC-2152 | Più complesso, non copre ancora completamente i progetti ad alta velocità |
| IPC 2221C (2023) | Modernizzato per HDI, alta velocità, materiali avanzati | Si integra con i nuovi standard di progettazione; Completamente allineato con IPC-2152 | In continua evoluzione; da utilizzare con altri documenti |
Raccomandazione d’uso
Gli standard IPC-2221 e IPC-2221A sono ormai considerati obsoleti e non consigliati per i nuovi progetti, ma sono utili per comprendere i primi standard di progettazione PCB.
Lo standard IPC-2221B è ancora una base sicura, utilizzabile per progetti PCB semplici e generici, ma è limitato ai moderni progetti ad alta velocità e alta frequenza. È possibile combinare lo standard IPC-2152 per ottenere precisione e affidabilità nella progettazione termica e di corrente.
IPC-2221C è la scelta predefinita per le moderne esigenze di progettazione elettronica, in particolare per progetti ad alta densità, alta velocità o in cui l’affidabilità è fondamentale, come i dispositivi medicali e per le telecomunicazioni 5G. È in linea con IPC-2152 con moderne pratiche di stack-up e test di affidabilità migliorati, consigliandolo per prodotti futuri destinati a durare anni.
Funzioni chiave dell’IPC2221 nella progettazione PCB
L’IPC2221 funge da manuale universale per la progettazione di PCB. Fornisce indicazioni generali su materiali, conduttori, fori e via, controllo termico, struttura meccanica, prestazioni elettriche e molti altri aspetti. Analizziamoli uno per uno.
Progettazione del conduttore
Lo standard IPC-2221 fornisce regole ai progettisti IPC per determinare la larghezza , la spaziatura e lo spessore dei conduttori al fine di garantire una capacità di corrente affidabile ed evitare il surriscaldamento. Ha introdotto formule e grafici per il calcolo della larghezza delle tracce in base all’aumento di temperatura, alla corrente e allo spessore del rame, bilanciando prestazioni elettriche e affidabilità.
Selezione dei materiali
Lo standard definisce le linee guida per la scelta dei materiali laminati e preimpregnati. Sottolinea le esigenze pratiche di adattare il materiale all’ambiente di utilizzo finale e fornisce indicazioni basate su proprietà quali dilatazione termica, costante dielettrica e resistenza meccanica per garantirne l’affidabilità.
Fori passanti e vie placcati
Lo standard IPC2221 chiarisce le regole per le dimensioni dei fori, gli anelli anulari, i rapporti di aspetto, lo spessore del rivestimento e le raccomandazioni per i tipi di via e la loro integrità strutturale nelle schede multistrato. Ciò garantisce connessioni elettriche affidabili tra gli strati ed evita cicli termici e stress meccanici.
Gestione termica
Lo standard fornisce indicazioni su come gestire la dissipazione del calore sul PCB. Include l’uso di supporti termici, piani di distribuzione del calore e colate di rame per mantenere uno stato e un funzionamento stabili. L’IPC-2221 guida anche la progettazione della scheda e il posizionamento dei componenti per evitare punti caldi, proteggendo il substrato della scheda e i componenti dallo stress termico.
Progettazione meccanica e affidabilità
Lo standard IPC-2221 fornisce regole per il profilo della scheda, la pannellizzazione, il posizionamento dei fori di montaggio, la resistenza alla manipolazione, all’assemblaggio, alle vibrazioni e ad altre forze meccaniche. Il documento definisce le linee guida per la robustezza meccanica complessiva del PCB al fine di garantirne l’affidabilità.
Requisiti di prestazione elettrica
Lo standard fornisce indicazioni sull’impedenza controllata, la diafonia, l’integrità del segnale e la spaziatura dielettrica, contribuendo a mantenere l’affidabilità elettrica, ridurre le interferenze elettromagnetiche e soddisfare le prestazioni di varie applicazioni.
Gerarchia della serie IPC 2220: il supplemento essenziale a IPC2221
La serie IPC 2220 integra la serie IPC 2221 con standard per specifiche progettazioni di PCB, come quelle rigide, flessibili e rigido-flessibili. In questa famiglia di standard, la serie IPC 2221 è lo standard generico e generale per la progettazione di PCB, mentre gli altri standard della serie si concentrano su altre applicazioni specifiche.
IPC-2221—standard generico sulla progettazione di PCB
Lo standard IPC-2221 è il documento di base per tutti i progetti di circuiti stampati. Fornisce linee guida generali, come larghezza delle tracce, spaziatura e materiali, per ogni tipo di PCB. Tutti gli altri sotto-standard della famiglia IPC2220 si basano su questa base.
IPC-2222 per la progettazione di circuiti stampati organici rigidi
Lo standard IPC-2222 si concentra principalmente sulla progettazione di PCB rigidi realizzati con materiali organici come FR4. Fornisce indicazioni su larghezza dei conduttori, disposizione degli strati, producibilità e strutture dei fori di via. È ampiamente utilizzato per l’elettronica di consumo, schede di controllo industriali e altre applicazioni che utilizzano schede rigide.
IPC-2223 per la progettazione di circuiti stampati flessibili e rigidi/flessibili
Lo standard IPC-2223 fornisce linee guida per PCB flessibili e rigido-flessibili. Si occupa di raggio di curvatura, flessione dinamica, scelta dei materiali e progettazione meccanica per garantire l’affidabilità in caso di cicli termici e di utilizzo ripetuto. Svolge un ruolo importante nelle applicazioni che richiedono elevata flessibilità e compattezza, come dispositivi medicali, dispositivi elettronici indossabili e sistemi aerospaziali.
IPC-2225 per la progettazione di circuiti stampati organici, MCM-L
Lo standard IPC-2225 si applica ai moduli multichip basati su substrato organico, che integrano più chip nudi su un’unica scheda. Definisce le interconnessioni ad alta densità, l’integrità del segnale, l’affidabilità e altre regole di progettazione per questi moduli, tipicamente utilizzati per l’informatica avanzata e le telecomunicazioni.
IPC-2226 per la progettazione di schede stampate ad alta densità di interconnessione (HDI)
Questo standard è utilizzato specificamente per i PCB HDI. Definisce le regole per le strutture via-in-pad, la costruzione sequenziale, gli strati dielettrici sottili e così via. È fondamentale per i dispositivi mobili, le reti ad alta velocità e molte altre applicazioni compatte e ad alte prestazioni.
IPC-2228 per la progettazione di schede stampate RF/microonde
Lo standard IPC-2228 è progettato specificamente per i moderni PCB RF e microonde. È responsabile dell’impedenza controllata, dei materiali a bassa perdita, della progettazione delle linee di trasmissione e di altri fattori importanti per le alte frequenze. È particolarmente essenziale per applicazioni come comunicazioni wireless, radar, satelliti e molte altre applicazioni ad alta frequenza.
Nota: la norma IPC 2224 è stata annullata dall’IPC e i relativi moduli PCB sono stati trasferiti alla revisione di IPC-2221 e IPC-2222 dal 2012, anno in cui è stata rilasciata la norma IPC 2221B. La norma IPC-2227 non è stata sviluppata né rilasciata.
Conclusione
Lo standard IPC2221 ha dimostrato la sua importanza nella progettazione di PCB in generale attraverso anni di rivoluzione. Dalle prime norme di base alle più recenti linee guida IPC-2221C, lo standard fornisce ai progettisti di PCB un quadro affidabile da seguire. Inoltre, la serie supplementare IPC-2220 supporta anche lo standard IPC2221 in alcuni progetti PCB specifici. È importante per chiunque si occupi di progettazione e produzione di PCB rimanere aggiornato sugli standard e i principi più recenti del settore per aiutare i progettisti a realizzare PCB affidabili e di alta qualità. In caso di dubbi sulla progettazione del PCB o se si necessita di un produttore affidabile, contattare MOKOPCB ! I nostri esperti possono fornire soluzioni ottimali per soddisfare appieno i requisiti del progetto.
