一, Основни предизвикателства и режими на повреда на електрическата изолация
1. Деградация на изолацията, причинена от фактори на околната среда
Висока влажност: Когато влажността надвиши 85% относителна влажност, водните молекули образуват проводими пътища по повърхността на изолационните материали, което води до намаляване на изолационното съпротивление с повече от 50%.
Температурен цикъл: При температурна разлика от -40 градуса до +85 градуса, разликата в коефициента на топлинно разширение на материала може да причини микропукнатини, намалявайки пътя на пълзене с 30%.
Химическо замърсяване: Корозивни вещества като солен спрей и маслени петна могат да повредят изолационния слой, намалявайки повърхностното съпротивление до 1/10 от първоначалната му стойност в рамките на 24 часа.
2. Типични режими на повреда
Електрическа повреда: При напрежение над 500 V слабите точки (като запояване на щифтове) претърпяват мигновена повреда, освобождавайки голямо количество топлина.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), което в крайна сметка причинява късо съединение.
Натрупване на статично електричество: Статичното електричество (до 15 kV), генерирано от триене или индукция, може да проникне в чувствителни устройства като MOSFET, причинявайки трайни щети.
2, Изисквания за избор и изпълнение на изолационни материали
1. Основни изолационни материали
PCB субстрат: FR-4 (издържа на напрежение по-голямо или равно на 20kV/mm) или PTFE (издържа на температура 260 градуса) материали трябва да се предпочитат, а фенолни платки на хартиена основа (издържат на напрежение само 5kV/mm) трябва да се избягват.
Уплътняващо лепило: използване на дву-компонентна епоксидна смола (като EPON 828), с обемно съпротивление от 1 × 10 ¹⁵Ω· cm и диапазон на температурна устойчивост от -60 градуса до +180 градуса.
Изолационно уплътнение: Изберете полиимиден (PI) филм (дебелина 0,1 mm, издържано напрежение 10 kV), със стабилна диелектрична константа (3,4-3,6) и тангенс на загубите<0.005.
2. Специални екологични материали
Влагоустойчиво покритие: Напръскайте триустойчива боя (като Humisay 1B31) върху повърхността на PCB със степен на водопоглъщане по-малка от 0,1%, което може да повиши изолационното съпротивление с 2 порядъка.
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 секунди (стандарт IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz ) Осигурете надеждна връзка със заземяващия проводник.
3, Схема за оптимизиране на изолацията в структурния дизайн
1. Плъзгаща пътека и електрическа хлабина
Стандарт за безопасност: Следвайки IEC 60664-1, пътят на пълзене за ниво на замърсяване 3 (промишлена среда) при работно напрежение 240 V трябва да бъде по-голямо или равно на 3,2 mm, а електрическото разстояние трябва да бъде по-голямо или равно на 2,0 mm.
Мерки за оптимизация:
Задайте изолационни слотове (ширина по-голяма или равна на 1 мм, дълбочина по-голяма или равна на 0,5 мм) около щифтовете за високо-напрежение
Използване на SMD компоненти вместо-компоненти с отвори за намаляване на дължината на излагане на щифта
Поставете защитна лента (широчина по-голяма или равна на 2 мм) на ръба на печатната платка, за да предотвратите разреждане на ръба
2. Проектиране на заземяване и екраниране
Заземяване в една точка: Изолацията на магнитни зърна се използва на кръстопътя на аналогови и цифрови вериги, за да се избегнат смущения в земния контур.
Обработка на екраниращ слой:
Металната обвивка трябва да осъществи надежден контакт със заземената равнина на PCB чрез пружинни плочи (контактно съпротивление<10m Ω)
Степента на покритие на плетения слой на екранирания кабел трябва да бъде по-голяма или равна на 90%, а за терминиране трябва да се използва процес на кримпване на 360 градуса
3. Въздействието на топлинния дизайн върху изолацията
Път на разсейване на топлината: Уверете се, че радиаторът се държи на разстояние, по-голямо или равно на 5 mm от зоната с високо-напрежение, или използвайте изолирана термична подложка (като Bergquist GAP Pad), за да го изолирате.
Наблюдение на температурата: Инсталирайте NTC термистори в близост до ключови компоненти, като интегрални схеми на драйвери за подсветка, за да задействате защита срещу намаляване на мощността, когато температурата надвиши 85 градуса.
4, Ключови контролни точки на инсталационния процес
1. Заваряване и почистване
Запояване без олово: Използване на сплав Sn Ag Cu (точка на топене 217 градуса), за да се избегне влошаване на ефективността на изолацията, причинено от замърсяване с олово.
Остатък от флюс: Използвайте непочистващ флюс или използвайте ултразвуково почистване (честота 40 kHz, време 3 минути) след запояване, за да осигурите остатък от йони<1.5 μ g/cm ².
2. Механична фиксация
Изолационни винтове: Използвайте PA66+30% GF материал (издържащо напрежение 15kV), за да избегнете използването на метални винтове за директно проникване в печатната платка.
Контрол на налягането: Контролирайте фиксираното налягане (0,5-0,7N · m) чрез динамометричен ключ, за да предотвратите прекомерното налягане да причини деформация на изолационното уплътнение.
3. Процес на запечатване
Вакуумна дегазация: Преди запечатване, обработете колоида с вакуум (налягане<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Контрол на втвърдяването: Двукомпонентната епоксидна смола трябва да бъде втвърдена при 25 градуса за 24 часа или топлинно втвърдена (80 градуса /2 часа), за да се увеличи плътността на омрежване.
5, Тестване и проверка на ефективността на изолацията
1. Рутинно тестване
Тест за съпротивление на изолацията: Използвайте 500V DC мегаомметър и измерената стойност трябва да бъде по-голяма или равна на 100M Ω (стандарт IEC 60529).
Тест за устойчивост на напрежение: Приложете 1500V AC (1 минута) или 2121V DC (1 секунда) и токът на утечка трябва да бъде<5mA (UL 60950 standard).
2. Симулационно тестване на околната среда
Тест за влажна топлина: След като бъде поставен в среда от 85 градуса /85% RH за 96 часа, скоростта на падане на съпротивлението на изолацията трябва да бъде по-малко от 50%.
Тест със солен спрей: когато е изложен на среда за пръскане с 5% разтвор на NaCl в продължение на 48 часа, няма корозионен продукт на повърхността.
Температурни цикли: Извършете 20 цикъла между -40 градуса и +85 градуса без постоянно влошаване на изолационните характеристики.
3. Дългосрочна проверка на надеждността
Ускорен тест за живот: След непрекъсната работа в продължение на 1000 часа при 60 градуса, 85% относителна влажност и 1,2 пъти номиналното напрежение, процентът на отказ трябва да бъде по-малък от 0,1%.
HALT тестване: Идентифицирайте слабостите на дизайна чрез екстремни условия като бързи температурни промени (-55 градуса до +125 градуса /мин) и произволни вибрации (50g RMS).
6, Типични случаи на приложение
В системата за управление на определена нефтена сондажна платформа, LCD инструментът трябва да работи стабилно в среда, замърсена с нефт от 120 градуса. Чрез прилагане на следните мерки:
Използване на PI тънкослойно изолационно уплътнение (дебелина 0,2 mm, температурна устойчивост 300 градуса)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 градуса), за да предотвратите полепването на маслени петна
За уплътняване се използва силиконова гума (Shore A 30, температурна устойчивост -60 градуса до +200 градуса )
Проверено от "Тест за корозия с маслена мъгла" в стандарт IEC 60068-2-64
Системата работи непрекъснато в продължение на 5 години, като съпротивлението на изолацията винаги се поддържа над 500M Ω и не са настъпили електрически повреди или повреди при пълзене.
