一, Cabaran teras dan mod kegagalan penebat elektrik
1. Kemerosotan penebat disebabkan oleh faktor persekitaran
Kelembapan tinggi: Apabila kelembapan melebihi 85% RH, molekul air membentuk laluan konduktif pada permukaan bahan penebat, mengakibatkan penurunan rintangan penebat lebih daripada 50%.
Kitaran suhu: Di bawah perbezaan suhu -40 darjah hingga+85 darjah, perbezaan dalam pekali pengembangan haba bahan boleh menyebabkan retakan mikro, mengurangkan jarak rayapan sebanyak 30%.
Pencemaran kimia: Bahan menghakis seperti semburan garam dan kotoran minyak boleh merosakkan lapisan penebat, mengurangkan rintangan permukaan kepada 1/10 daripada nilai awalnya dalam masa 24 jam.
2. Mod Kegagalan Biasa
Kerosakan elektrik: Pada voltan melebihi 500V, titik lemah (seperti pematerian pin) mengalami kerosakan serta-merta, membebaskan sejumlah besar haba.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), akhirnya menyebabkan litar pintas.
Pengumpulan statik: Elektrik statik (sehingga 15kV) yang dijana oleh geseran atau aruhan boleh menembusi peranti sensitif seperti MOSFET, menyebabkan kerosakan kekal.
2, Pemilihan dan Keperluan Prestasi Bahan Penebat
1. Bahan penebat asas
Substrat PCB: FR-4 (voltan tahan Lebih besar daripada atau sama dengan 20kV/mm) atau bahan PTFE (tahan suhu 260 darjah ) harus diutamakan dan papan fenolik berasaskan kertas (tahan voltan hanya 5kV/mm) harus dielakkan.
Pelekat pengedap: menggunakan dua-resin epoksi komponen (seperti EPON 828), dengan kerintangan volum 1 × 10 ¹⁵Ω· cm dan julat rintangan suhu -60 darjah hingga+180 darjah .
Gasket penebat: Pilih filem poliimida (PI) (ketebalan 0.1mm, tahan voltan 10kV), dengan pemalar dielektrik yang stabil (3.4-3.6) dan tangen kehilangan<0.005.
2. Bahan persekitaran khas
Salutan kalis lembapan: Sembur tiga cat kalis (seperti Humisay 1B31) pada permukaan PCB, dengan kadar penyerapan air kurang daripada 0.1%, yang boleh meningkatkan rintangan penebat sebanyak 2 susunan magnitud.
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 saat (standard IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Pastikan sambungan yang boleh dipercayai dengan wayar pembumian.
3, Skim pengoptimuman penebat dalam reka bentuk struktur
1. Jarak rayap dan pelepasan elektrik
Standard keselamatan: Mengikut IEC 60664-1, jarak rayapan untuk tahap pencemaran 3 (persekitaran industri) pada voltan kerja 240V mestilah Lebih Besar daripada atau sama dengan 3.2mm, dan kelegaan elektrik mestilah Lebih Besar daripada atau sama dengan 2.0mm.
Langkah pengoptimuman:
Tetapkan slot pengasingan (lebar Lebih besar daripada atau sama dengan 1mm, kedalaman Lebih besar daripada atau sama dengan 0.5mm) di sekeliling pin-voltan tinggi
Menggunakan komponen SMD dan bukannya komponen melalui-lubang untuk mengurangkan panjang pendedahan pin
Tetapkan pita pelindung (lebar Lebih besar daripada atau sama dengan 2mm) di tepi PCB untuk mengelakkan pelepasan tepi
2. Reka bentuk pembumian dan perisai
Pembumian titik tunggal: Pengasingan manik magnetik digunakan pada persimpangan litar analog dan digital untuk mengelakkan gangguan gelung tanah.
Rawatan lapisan pelindung:
Cangkang logam perlu membuat sentuhan yang boleh dipercayai dengan satah tanah PCB melalui plat spring (rintangan sentuhan<10m Ω)
Kadar liputan lapisan jalinan kabel terlindung hendaklah Lebih besar daripada atau sama dengan 90%, dan proses pengeliman 360 darjah harus digunakan untuk penamatan
3. Kesan reka bentuk haba terhadap penebat
Laluan pelesapan haba: Pastikan bahawa sink haba disimpan pada jarak Lebih daripada atau sama dengan 5mm dari kawasan voltan-tinggi, atau gunakan pad haba terlindung (seperti Pad GAP Bergquist) untuk mengasingkannya.
Pemantauan suhu: Pasang termistor NTC berhampiran komponen utama seperti IC pemacu lampu latar untuk mencetuskan perlindungan penurunan apabila suhu melebihi 85 darjah .
4, titik kawalan utama proses pemasangan
1. Kimpalan dan Pembersihan
Pematerian bebas plumbum: Menggunakan aloi Sn Ag Cu (takat lebur 217 darjah) untuk mengelakkan kemerosotan prestasi penebat yang disebabkan oleh pencemaran plumbum.
Sisa fluks: Gunakan fluks bukan pembersihan atau gunakan pembersihan ultrasonik (frekuensi 40kHz, masa 3 minit) selepas pematerian untuk memastikan sisa ion<1.5 μ g/cm ².
2. Penetapan mekanikal
Skru penebat: Gunakan bahan PA66+30% GF (tahan voltan 15kV) untuk mengelak daripada menggunakan skru logam untuk menembusi terus PCB.
Kawalan tekanan: Kawal tekanan tetap (0.5-0.7N · m) melalui sepana tork untuk mengelakkan tekanan berlebihan daripada menyebabkan ubah bentuk gasket penebat.
3. Proses pengedap
Penyahgasan vakum: Sebelum mengedap, vakum merawat koloid (tekanan<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Kawalan pengawetan: Dua komponen resin epoksi perlu diawet pada 25 darjah selama 24 jam, atau haba diawet (80 darjah /2 jam) untuk meningkatkan ketumpatan silang silang.
5, ujian dan pengesahan prestasi penebat
1. Ujian rutin
Ujian rintangan penebat: Gunakan megohmmeter DC 500V, dan nilai yang diukur hendaklah Lebih Besar daripada atau sama dengan 100M Ω (standard IEC 60529).
Ujian tahan voltan: Sapukan 1500V AC (1 minit) atau 2121V DC (1 saat), dan arus bocor hendaklah<5mA (UL 60950 standard).
2. Ujian simulasi alam sekitar
Ujian haba lembap: Selepas diletakkan dalam persekitaran 85 darjah /85% RH selama 96 jam, kadar penurunan rintangan penebat hendaklah kurang daripada 50%.
Ujian semburan garam: apabila terdedah kepada persekitaran semburan larutan NaCl 5% selama 48 jam, tiada produk kakisan pada permukaan.
Berbasikal suhu: Lakukan 20 kitaran antara -40 darjah dan+85 darjah tanpa kemerosotan kekal prestasi penebat.
3. Pengesahan kebolehpercayaan jangka panjang
Ujian hayat dipercepatkan: Selepas operasi berterusan selama 1000 jam pada 60 darjah, 85% RH, dan 1.2 kali voltan undian, kadar kegagalan harus kurang daripada 0.1%.
Ujian HALT: Kenal pasti kelemahan reka bentuk melalui keadaan yang melampau seperti perubahan suhu yang pantas (-55 darjah hingga{1}} darjah /min) dan getaran rawak (50g RMS).
6, kes aplikasi biasa
Dalam sistem kawalan platform penggerudian minyak tertentu, LCD instrumen perlu berfungsi dengan stabil dalam persekitaran tercemar minyak 120 darjah. Dengan melaksanakan langkah-langkah berikut:
Menggunakan gasket penebat filem nipis PI (ketebalan 0.2mm, rintangan suhu 300 darjah)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 darjah ) untuk mengelakkan kesan minyak daripada melekat
Getah silikon (Shore A 30, rintangan suhu -60 darjah hingga+200 darjah ) digunakan untuk pengedap
Disahkan oleh "Ujian Kakisan Kabus Minyak" dalam piawaian IEC 60068-2-64
Sistem ini telah berjalan secara berterusan selama 5 tahun, dengan rintangan penebat sentiasa dikekalkan melebihi 500M Ω dan tiada kerosakan elektrik atau kerosakan rayapan telah berlaku.
