一, pagrindiniai elektros izoliacijos iššūkiai ir gedimo būdai
1. Izoliacijos degradacija dėl aplinkos veiksnių
Didelė drėgmė: Kai drėgmė viršija 85 % santykinio drėgnumo, vandens molekulės sudaro laidžius kelius ant izoliacinių medžiagų paviršiaus, todėl izoliacijos varža sumažėja daugiau nei 50 %.
Temperatūros ciklas: esant temperatūrų skirtumui nuo -40 laipsnių iki +85 laipsnių, dėl medžiagos šiluminio plėtimosi koeficiento skirtumo gali atsirasti mikroįtrūkimų, todėl valkšnumo atstumas sumažėja 30%.
Cheminė tarša: korozinės medžiagos, tokios kaip druskos purslai ir alyvos dėmės, gali pažeisti izoliacijos sluoksnį, per 24 valandas sumažindamos paviršiaus atsparumą iki 1/10 pradinės vertės.
2. Tipiniai gedimų režimai
Elektros gedimas: esant aukštesnei nei 500 V įtampai, silpnosios vietos (pavyzdžiui, kaiščių litavimas) nutrūksta akimirksniu ir išsiskiria daug šilumos.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000 V/mm), galiausiai sukelia trumpąjį jungimą.
Statinė akumuliacija: dėl trinties arba indukcijos susidaranti statinė elektra (iki 15 kV) gali prasiskverbti į jautrius įrenginius, tokius kaip MOSFET, ir sukelti negrįžtamus pažeidimus.
2, Izoliacinių medžiagų parinkimas ir eksploataciniai reikalavimai
1. Pagrindinės izoliacinės medžiagos
PCB substratas: pirmenybė turėtų būti teikiama FR-4 (atsparumo įtampai, didesnei nei 20 kV/mm) arba PTFE (atlaiko temperatūrą 260 laipsnių) medžiagoms, o popieriaus pagrindu pagamintų fenolio plokščių (atlaiko įtampą tik 5 kV/mm) reikėtų vengti.
Sandarinimo klijai: naudojant dvi-komponentines epoksidines dervas (pvz., EPON 828), kurių savitoji tūrinė varža yra 1 × 10 ¹⁵Ω· cm, o atsparumas temperatūrai – nuo -60 laipsnių iki +180 laipsnių.
Izoliacijos tarpiklis: pasirinkite poliimido (PI) plėvelę (storis 0,1 mm, atsparumo įtampa 10 kV), su stabilia dielektrine konstanta (3,4-3,6) ir nuostolių tangentu<0.005.
2. Specialios aplinkosaugos medžiagos
Drėgmei atspari danga: ant PCB paviršiaus užpurkškite tris atsparius dažus (pvz., Humisay 1B31), kurių vandens sugerties greitis yra mažesnis nei 0,1%, todėl izoliacijos varža gali padidėti 2 dydžiais.
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 sekundžių (IEC 60112 standartas).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Užtikrinkite patikimą jungtį su įžeminimo laidu.
3, Izoliacijos optimizavimo schema konstrukcijų projekte
1. Valkšnumo atstumas ir elektrinis atstumas
Saugos standartas: pagal IEC 60664-1 3 taršos lygio (pramoninė aplinka) valkšnumo atstumas, esant 240 V darbinei įtampai, turi būti didesnis nei 3,2 mm arba lygus jai, o elektros atstumas turi būti didesnis arba lygus 2,0 mm.
Optimizavimo priemonės:
Aplink aukštos įtampos kaiščius nustatykite izoliacines angas (plotis didesnis nei 1 mm arba lygus 1 mm, gylis didesnis arba lygus 0,5 mm)
Naudokite SMD komponentus, o ne per{0}}angas, kad sumažintumėte kaiščio išlaikymo ilgį
Ant PCB krašto uždėkite apsauginę juostelę (plotis didesnis arba lygus 2 mm), kad išvengtumėte krašto išsikrovimo
2. Įžeminimo ir ekranavimo projektavimas
Vieno taško įžeminimas: siekiant išvengti įžeminimo kilpos trikdžių, analoginių ir skaitmeninių grandinių sandūroje naudojama magnetinė granulių izoliacija.
Apsauginio sluoksnio apdorojimas:
Metalinis apvalkalas turi patikimai susisiekti su PCB įžeminimo plokšte per spyruoklines plokštes (kontaktinė varža<10m Ω)
Ekranuoto kabelio pinto sluoksnio aprėpties koeficientas turi būti didesnis arba lygus 90%, o užbaigimui turėtų būti naudojamas 360 laipsnių užspaudimo procesas.
3. Šilumos projektavimo įtaka izoliacijai
Šilumos išsklaidymo kelias: įsitikinkite, kad šilumos kriauklė yra ne didesniu kaip 5 mm atstumu nuo aukštos įtampos srities, arba naudokite izoliuotą šiluminę trinkelę (pvz., Bergquist GAP Pad), kad ją izoliuotumėte.
Temperatūros stebėjimas: prie pagrindinių komponentų, pvz., foninio apšvietimo tvarkyklės IC, įdiekite NTC termistorius, kad suaktyvintumėte apsaugą nuo sumažinimo, kai temperatūra viršija 85 laipsnius.
4, pagrindiniai diegimo proceso valdymo taškai
1. Suvirinimas ir valymas
Litavimas be švino: naudojant Sn Ag Cu lydinį (lydymosi temperatūra 217 laipsnių), kad būtų išvengta izoliacijos savybių pablogėjimo dėl švino užteršimo.
Srauto likučiai: po litavimo naudokite nevalantį srautą arba ultragarsinį valymą (dažnis 40 kHz, laikas 3 min.), kad užtikrintumėte jonų likučius<1.5 μ g/cm ².
2. Mechaninis fiksavimas
Izoliaciniai varžtai: naudokite PA66+30% GF medžiagą (atlaiko 15 kV įtampą), kad nenaudotumėte metalinių varžtų tiesiogiai įsiskverbti į PCB.
Slėgio valdymas: fiksuotą slėgį (0,5–0,7 N · m) valdykite dinamometriniu veržliarakčiu, kad per didelis slėgis nesukeltų izoliacijos tarpiklio deformacijos.
3. Sandarinimo procesas
Vakuuminis degazavimas: prieš sandarinimą koloidą apdorokite vakuumu (slėgiu<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Kietėjimo kontrolė: Dviejų komponentų epoksidinė derva turi būti kietinama 25 laipsnių temperatūroje 24 valandas arba termiškai (80 laipsnių / 2 val.), kad padidėtų kryžminio ryšio tankis.
5, Izoliacijos charakteristikų bandymas ir patikra
1. Įprastas testavimas
Izoliacijos atsparumo bandymas: naudokite 500 V nuolatinės srovės megohmetrą, o išmatuota vertė turi būti didesnė nei 100 M Ω arba lygi (IEC 60529 standartas).
Atsparumo įtampai bandymas: įjunkite 1500 V kintamosios srovės (1 minutę) arba 2121 V DC (1 sekundę), o nuotėkio srovė turi būti<5mA (UL 60950 standard).
2. Aplinkos modeliavimo bandymai
Drėgno karščio bandymas: 96 valandas pabuvus 85 laipsnių / 85% RH aplinkoje, izoliacijos varžos kritimo greitis turi būti mažesnis nei 50%.
Druskos purškimo bandymas: 48 valandas veikiant 5% NaCl tirpalo purškimo aplinkoje, paviršiuje nėra korozijos produkto.
Temperatūros ciklas: atlikite 20 ciklų nuo -40 laipsnių iki +85 laipsnių, nepablogindami izoliacijos savybių.
3. Ilgalaikis patikimumo patikrinimas
Pagreitinto eksploatavimo trukmės bandymas: po nepertraukiamo veikimo 1000 valandų esant 60 laipsnių, 85 % santykiniam drėgnumui ir 1,2 karto didesnei už vardinę įtampą, gedimo lygis turėtų būti mažesnis nei 0,1 %.
STABDYMO bandymas: nustatykite konstrukcijos trūkumus ekstremaliomis sąlygomis, pvz., staigiais temperatūros pokyčiais (nuo -55 laipsniais iki +125 laipsniais per minutę) ir atsitiktine vibracija (50 g RMS).
6, tipiniai taikymo atvejai
Tam tikros naftos gręžimo platformos valdymo sistemoje prietaiso LCD turi stabiliai veikti 120 laipsnių alyva užterštoje aplinkoje. Įgyvendinant šias priemones:
Naudojant PI plonos plėvelės izoliacijos tarpiklį (storis 0,2 mm, atsparumas temperatūrai 300 laipsnių)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 laipsnių), kad neliktų aliejaus dėmių
Sandarinimui naudojama silikoninė guma (Shore A 30, atsparumas temperatūrai nuo -60 laipsnių iki +200 laipsnių).
Patvirtinta pagal IEC 60068-2-64 standarto „Alyvos miglos korozijos bandymą“
Sistema nepertraukiamai veikė 5 metus, o izoliacijos varža visada buvo didesnė nei 500M Ω ir nebuvo jokių elektros gedimų ar valkšnumo gedimų.
