为什么 PCB 设计人员要使用 IPC 标准？

最近，我再次意识到行业标准对于所有参与 PCB 设计和生产的人都非常重要。所有行业标准都是内容庞杂的文档，包含海量信息，没有任何人能够记住我们这个行业中的每一项标准，也不可能在实际工作中用到每一项标准。但现有标准在为所有参与设计和制造的人设定预期方面，发挥着极其重要的作用。

这种“设定预期”听起来似乎会限制设计人员，但实际上，它能保证他们设计出的电路板是可以被制造出来的，甚至能够进行大批量生产。下面我会举一些例子，说明这为什么如此重要，以及如何理解电子行业标准随时间推移而演变的过程。

如何理解 IPC 标准中的指导内容

我认为，IPC 标准的重要性最好通过一个例子来说明。

最近之所以谈到 IPC 标准，是因为我在 LinkedIn 上收到了一条消息。消息内容涉及 IPC-7351 标准，具体是 Revision B 和 Revision C 中关于 courtyard 的指导。下方两张图片展示了针对有引脚四边封装的 courtyard 指导。

围绕这两张图片的问题很简单：

• 在 PCB 封装中，应该遵循哪一种 courtyard 设计？
• 虽然这个问题看起来非常简单，但答案却可能同时既简单又复杂！

先说结论：针对这个具体问题，两种 courtyard 格式都可以使用。Courtyard 用于在 PCB 布局中统一元件的放置边界，并统一 SMD 元件铜焊盘之间的距离。这些数值针对低密度、中密度和高密度放置分别进行了定义。如果你理解了元件封装中 courtyard 层存在的原因，就会很快明白 IPC-7351C 修订版背后的意图：它通过标准化一种新的 courtyard 格式来适应更高密度的布局。

这就形成了两方面的预期：

• PCB 设计人员有理由期望，任何提供封装创建服务的人，或任何提供免费下载封装服务的人，都会在 courtyard 层中包含这一标准化边界。
• PCB 组装厂则应当预期，设计人员会将元件一直放置到 IPC-7351 标准所定义的 courtyard 边界附近，而他们的组装能力也应当能够适应这种情况。

理想情况下，在这个例子中，无论是封装创建者还是 PCB 组装厂，都应当满足 IPC-7351C 中规定的余量要求。就这个具体案例而言，Revision C 标准中的指导之所以被制定出来，是因为设计人员在更高密度设计中其实早已这样做了，而 PCB 组装厂总体上也能够在 SMT 工艺中适应这种放置方式。因此，标准被更新，以便将所有参与 PCB 设计与制造的各方之间的这些预期正式规范化。

IPC 标准设定预期的其他例子

我们还能找到很多其他例子，说明标准如何为设计实践、可靠性、验证和安全性设定预期。下面我整理了一些更重要的例子。

• 设计实践：高压设计中的一个典型例子是 IPC-2221B 和 IPC-2221C。这些标准规定了导体之间的电气间隙值，使设计人员能够较有把握地认为产品具备合理的防电弧保护能力。
• 材料替代： IPC 斜杠页（slash sheets）在 IPC-4101 中有定义，它们从处理和加工角度规定了替代材料的兼容性。
• 测试方法：测试标准的制定，是为了确保制造商在对裸 PCB、PCBA 及其工艺进行认证时，采用的是同一套测试方法。
• 可靠性分类： IPC 产品等级与 PCB 和 PCBA 的可靠性相关。这进一步决定了某些设计和制造标准，例如过孔焊盘尺寸中的最小环宽要求，以及过孔镀层厚度要求。

除了 IPC 标准之外，还有其他行业标准同样发挥着设定预期的作用。例如，以太网标准规定，任何合格的以太网变压器都应在峰值电压下提供 2.1 kV 的电流隔离能力。另一个很好的例子是 JEDEC 标准化封装，它定义了集成电路封装尺寸和引脚形式。这些集成电路封装标准确保了例如所有 SOIC-8 封装都能在机械尺寸层面彼此互换。

PCB 设计人员必须遵循 IPC 标准吗？

这个问题的答案稍微有些复杂。遵循 IPC 标准的设计人员，通常更有可能获得可靠、可规模化制造且能够被独立验证的 PCBA；这是一个非常明确的激励，促使人们在可能或适用的情况下尽量遵循 IPC 标准。

不过，也有许多情况下，设计人员会因为各种原因偏离 IPC 标准，而这并不自动意味着产品不可靠或无法生产。有时，PCB 中采用的设计实践甚至会超出 IPC 标准化要求，因为某家公司可能发现，只有这样做，才能确保其特定产品的可靠性和可制造性。偏离 IPC 标准当然是可以有正当理由的，这也并不意味着产品会因此直接被拒绝报价。

话虽如此，如果你违反或忽视了某些 IPC 标准，那么当制造商表示他们无法保证某些方面的大规模制造可靠性或可制造性时，也不必感到意外。制造商的 CAM 部门在批准设计投产之前，会对PCB 制造输出文件进行全面审核，目的正是识别这些问题并告知设计人员。这样一来，对于他们认为存在失效风险的产品，制造商就不必承担责任。

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