一, Glavni izzivi in načini odpovedi električne izolacije
1. Degradacija izolacije zaradi okoljskih dejavnikov
Visoka vlažnost: Ko vlažnost preseže 85 % RH, molekule vode tvorijo prevodne poti na površini izolacijskih materialov, kar povzroči zmanjšanje izolacijske upornosti za več kot 50 %.
Temperaturni cikel: Pri temperaturni razliki od -40 stopinj do +85 stopinj lahko razlika v koeficientu toplotnega raztezanja materiala povzroči mikrorazpoke, kar zmanjša plazilno pot za 30 %.
Kemično onesnaženje: jedke snovi, kot so solni razpršilci in oljni madeži, lahko poškodujejo izolacijsko plast in zmanjšajo površinsko odpornost na 1/10 začetne vrednosti v 24 urah.
2. Tipični načini okvar
Električna okvara: Pri napetostih nad 500 V pride do šibkih točk (kot je spajkanje igel) v trenutku okvara, pri čemer se sprosti velika količina toplote.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000 V/mm), kar na koncu povzroči kratek stik.
Kopičenje statične elektrike: statična elektrika (do 15 kV), ki nastane zaradi trenja ali indukcije, lahko prodre skozi občutljive naprave, kot so MOSFET-ji, in povzroči trajno škodo.
2, Zahteve glede izbire in učinkovitosti izolacijskih materialov
1. Osnovni izolacijski materiali
Substrat PCB: Prednost imajo materiali FR-4 (odporna napetost večja ali enaka 20 kV/mm) ali PTFE (odporna temperatura 260 stopinj), izogibati pa se je treba fenolnim ploščam na osnovi papirja (odporna napetost samo 5 kV/mm).
Tesnilno lepilo: z uporabo dvo-komponentne epoksi smole (kot je EPON 828), z volumsko upornostjo 1 × 10 ¹⁵Ω· cm in temperaturno obstojnostjo od -60 stopinj do +180 stopinj.
Izolacijsko tesnilo: Izberite poliimidno (PI) folijo (debelina 0,1 mm, vzdržljiva napetost 10 kV), s stabilno dielektrično konstanto (3,4–3,6) in tangensom izgube<0.005.
2. Posebni okoljski materiali
Premaz, odporen proti vlagi: Na površino PCB razpršite triodporno barvo (kot je Humisay 1B31) s stopnjo absorpcije vode manj kot 0,1 %, kar lahko poveča izolacijsko odpornost za 2 reda velikosti.
Arc resistant material: Ceramic coating (Al ₂ O ∝, thickness 50 μ m) is used in high-voltage contact areas, with an arc resistance time of>180 sekund (standard IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Zagotovite zanesljivo povezavo z ozemljitveno žico.
3, Shema optimizacije izolacije v konstrukcijskem načrtovanju
1. Plazna pot in električna zračnost
Varnostni standard: Po IEC 60664-1 mora biti plazilna pot za stopnjo onesnaženosti 3 (industrijsko okolje) pri delovni napetosti 240 V večja ali enaka 3,2 mm, električna zračnost pa mora biti večja ali enaka 2,0 mm.
Optimizacijski ukrepi:
Nastavite izolacijske reže (širina večja ali enaka 1 mm, globina večja ali enaka 0,5 mm) okoli visoko-napetostnih zatičev
Uporaba komponent SMD namesto komponent s -luknjami za zmanjšanje dolžine izpostavljenosti zatičev
Namestite zaščitni trak (širina večja ali enaka 2 mm) na rob tiskanega vezja, da preprečite praznjenje robov
2. Zasnova ozemljitve in zaščite
Enotočkovna ozemljitev: Izolacija magnetnih kroglic se uporablja na stičišču analognih in digitalnih vezij, da se prepreči motenje ozemljitvene zanke.
Obdelava zaščitne plasti:
Kovinska lupina mora vzpostaviti zanesljiv stik z ozemljitveno ploščo tiskanega vezja prek vzmetnih plošč (kontaktni upor<10m Ω)
Stopnja pokritosti pletene plasti oklopljenega kabla mora biti večja ali enaka 90 %, za zaključek pa je treba uporabiti 360-stopinjski postopek stiskanja
3. Vpliv toplotne zasnove na izolacijo
Pot odvajanja toplote: Zagotovite, da je hladilno telo na razdalji več kot ali enako 5 mm od območja visoke -napetosti, ali pa uporabite izolirano toplotno blazinico (kot je Bergquist GAP Pad), da jo izolirate.
Nadzor temperature: namestite termistorje NTC v bližino ključnih komponent, kot so IC-ji gonilnika za osvetlitev ozadja, da sprožite zaščito pred znižanjem moči, ko temperatura preseže 85 stopinj.
4, ključne kontrolne točke postopka namestitve
1. Varjenje in čiščenje
Spajkanje brez svinca: uporaba zlitine Sn Ag Cu (tališče 217 stopinj), da se prepreči poslabšanje izolacijske učinkovitosti zaradi kontaminacije s svincem.
Ostanki talila: uporabite talilo, ki ni čistilno, ali uporabite ultrazvočno čiščenje (frekvenca 40kHz, čas 3 minute) po spajkanju, da zagotovite ostanke ionov<1.5 μ g/cm ².
2. Mehanska fiksacija
Izolacijski vijaki: uporabite material PA66+30% GF (vzdržna napetost 15 kV), da se izognete uporabi kovinskih vijakov, ki bi neposredno predrli PCB.
Nadzor tlaka: Nadzirajte fiksni tlak (0,5–0,7 N · m) z momentnim ključem, da preprečite, da bi previsok pritisk povzročil deformacijo izolacijskega tesnila.
3. Postopek tesnjenja
Vakuumsko razplinjevanje: Pred tesnjenjem koloid obdelajte z vakuumom (tlak<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Nadzor strjevanja: Dvokomponentno epoksidno smolo je treba strjevati pri 25 stopinjah 24 ur ali toplotno strjevati (80 stopinj/2 uri), da se poveča gostota zamreženja.
5, Testiranje in preverjanje učinkovitosti izolacije
1. Rutinsko testiranje
Preizkus izolacijske upornosti: Uporabite megaommeter 500 V DC in izmerjena vrednost mora biti večja ali enaka 100 M Ω (standard IEC 60529).
Preskus vzdržljivosti napetosti: uporabite 1500 V AC (1 minuta) ali 2121 V DC (1 sekunda), tok uhajanja pa mora biti<5mA (UL 60950 standard).
2. Okoljsko simulacijsko testiranje
Preskus vlažne toplote: Po 96 urah v okolju 85 stopinj /85 % RH mora biti stopnja padca izolacijskega upora manjša od 50 %.
Preskus s slanim pršenjem: ko je 48 ur izpostavljen razpršenemu okolju s 5 % raztopino NaCl, na površini ni produkta korozije.
Kroženje temperature: Izvedite 20 ciklov med -40 stopinj in +85 stopinj brez trajnega poslabšanja izolacijske učinkovitosti.
3. Preverjanje dolgoročne zanesljivosti
Preizkus pospešene življenjske dobe: Po neprekinjenem delovanju 1000 ur pri 60 stopinjah, 85 % RH in 1,2-kratni nazivni napetosti mora biti stopnja napak manjša od 0,1 %.
Preskušanje HALT: Prepoznajte pomanjkljivosti konstrukcije v ekstremnih pogojih, kot so hitre spremembe temperature (-55 stopinj do +125 stopinj/min) in naključne vibracije (50 g RMS).
6, Tipični primeri uporabe
V nadzornem sistemu določene ploščadi za vrtanje nafte mora LCD instrumenta delovati stabilno v okolju, onesnaženem z nafto 120 stopinj. Z izvajanjem naslednjih ukrepov:
Uporaba izolacijskega tesnila iz tankega filma PI (debelina 0,2 mm, temperaturna odpornost 300 stopinj)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 stopinj), da preprečite oprijem oljnih madežev
Silikonska guma (Shore A 30, temperaturna odpornost -60 stopinj do +200 stopinj) se uporablja za tesnjenje
Preverjeno s "preskusom korozije z oljno meglo" v standardu IEC 60068-2-64
Sistem neprekinjeno deluje že 5 let, pri čemer se izolacijski upor vedno vzdržuje nad 500 M Ω in ni prišlo do električne okvare ali napak pri lezenju.
