一, Elektriisolatsiooni peamised väljakutsed ja rikete viisid
1. Keskkonnategurite põhjustatud isolatsiooni halvenemine
Kõrge õhuniiskus: kui õhuniiskus ületab 85% suhtelisest õhuniiskusest, moodustavad veemolekulid isolatsioonimaterjalide pinnal juhtivaid teid, mille tulemuseks on isolatsioonitakistuse vähenemine rohkem kui 50%.
Temperatuuritsükkel: temperatuurierinevuse korral -40 kraadi kuni +85 kraadi võib materjali soojuspaisumisteguri erinevus põhjustada mikropragusid, vähendades roomamiskaugust 30%.
Keemiline saaste: Söövitavad ained, nagu soolaprits ja õliplekid, võivad kahjustada isolatsioonikihti, vähendades pinnakindlust 24 tunni jooksul 1/10-ni selle algväärtusest.
2. Tüüpilised rikkerežiimid
Elektriline rike: üle 500 V pingel tekivad nõrgad kohad (nt tihvtidega jootmine) hetkelise rikke, millest eraldub suur hulk soojust.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000 V/mm), põhjustades lõpuks lühise.
Staatilise elektri kogunemine: hõõrdumisest või induktsioonist tekkiv staatiline elekter (kuni 15 kV) võib tungida tundlikesse seadmetesse, nagu MOSFET, põhjustades püsivaid kahjustusi.
2, Isolatsioonimaterjalide valik ja jõudlusnõuded
1. Põhilised isolatsioonimaterjalid
PCB substraat: Eelistada tuleks FR-4 (taluvuspinge 20kV/mm või suurem) või PTFE (taluv temperatuuri 260 kraadi) materjale ning paberipõhiseid fenoolplaate (taluvuspingele ainult 5kV/mm) tuleks vältida.
Tihendusliim: kasutatakse kahe-komponendilist epoksüvaiku (nt EPON 828), mille mahutakistus on 1 × 10 ¹⁵Ω· cm ja temperatuuritaluvus vahemikus -60 kraadi kuni +180 kraadi.
Isolatsioonitihend: valige polüimiidkile (PI) (paksus 0,1 mm, pingetaluvus 10 kV), stabiilse dielektrilise konstandi (3,4-3,6) ja kadude tangensiga<0.005.
2. Erilised keskkonnamaterjalid
Niiskuskindel kate: Pihustage PCB pinnale kolm värvikindlat värvi (nt Humisay 1B31), mille veeimavus on alla 0,1%, mis võib suurendada isolatsioonitakistust 2 suurusjärku.
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 sekundit (standard IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Tagage usaldusväärne ühendus maandusjuhtmega.
3, Isolatsiooni optimeerimise skeem konstruktsiooni projekteerimisel
1. Roomamiskaugus ja elektriline kliirens
Ohutusstandard: Vastavalt standardile IEC 60664-1 peab saastetaseme 3 (tööstuskeskkond) roomemiskaugus 240 V tööpinge korral olema suurem kui 3,2 mm või sellega võrdne ja elektriline vahekaugus peab olema suurem või võrdne 2,0 mm.
Optimeerimismeetmed:
Seadke kõrgepinge kontaktide ümber isolatsioonipilud (laius 1 mm või suurem, sügavus 0,5 mm või suurem)
SMD-komponentide kasutamine läbi{0}}avade komponentide asemel, et vähendada tihvti särituse pikkust
Asetage kaitseteip (laius 2 mm või suurem) PCB servale, et vältida serva tühjenemist
2. Maanduse ja varjestuse disain
Ühepunktiline maandus: analoog- ja digitaalahelate ristmikul kasutatakse magnetilist isolatsiooni, et vältida maandusahela häireid.
Varjestuskihi töötlemine:
Metallkest peab looma vedruplaatide kaudu usaldusväärse kontakti PCB alusplaadiga (kontakttakistus<10m Ω)
Varjestatud kaabli põimitud kihi katvus peaks olema suurem kui 90% või sellega võrdne ja lõpetamiseks tuleks kasutada 360-kraadist pressimisprotsessi
3. Soojuskujunduse mõju isolatsioonile
Soojuse hajumise tee: veenduge, et jahutusradiaator oleks kõrgepingealast vähemalt 5 mm kaugusel, või kasutage selle isoleerimiseks isoleeritud termopatja (nt Bergquist GAP Pad).
Temperatuuri jälgimine: paigaldage NTC termistorid peamiste komponentide, näiteks taustvalgustuse draiveri IC-de lähedusse, et käivitada kaitse alandamisest, kui temperatuur ületab 85 kraadi.
4, paigaldusprotsessi peamised kontrollpunktid
1. Keevitamine ja puhastamine
Pliivaba jootmine: Sn Ag Cu sulami kasutamine (sulamistemperatuur 217 kraadi), et vältida plii saastumisest tingitud isolatsiooni jõudluse halvenemist.
Räbustijääk: Ioonijääkide tagamiseks kasutage pärast jootmist mittepuhastavat räbustit või ultrahelipuhastust (sagedus 40 kHz, aeg 3 minutit)<1.5 μ g/cm ².
2. Mehaaniline fikseerimine
Isolatsioonikruvid: kasutage PA66+30% GF materjali (talub pinget 15 kV), et vältida metallkruvide kasutamist PCB-i otse läbistamiseks.
Rõhu juhtimine: kontrollige fikseeritud rõhku (0,5–0,7 N · m) pöördemomendivõtmega, et vältida isolatsioonitihendi deformatsiooni põhjustavat liigset survet.
3. Tihendamisprotsess
Vaakumdegaseerimine: enne tihendamist töödelge kolloid vaakumiga (surve<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Kõvenemise kontroll: Kahekomponendilist epoksüvaiku tuleb 24 tundi 25 kraadi juures kõvastada või ristsidumise tiheduse suurendamiseks kuumkõveneda (80 kraadi / 2 tundi).
5, isolatsiooni jõudluse testimine ja kontrollimine
1. Rutiinne testimine
Isolatsioonitakistuse test: kasutage 500 V alalisvoolu megaohmomeetrit ja mõõdetud väärtus peab olema suurem või võrdne 100 M Ω (IEC 60529 standard).
Pingekindluse test: rakendage 1500 V vahelduvvoolu (1 minut) või 2121 V alalisvoolu (1 sekund) ja lekkevool peaks olema<5mA (UL 60950 standard).
2. Keskkonnasimulatsiooni testimine
Niiske kuumuse test: pärast 96 tunniks keskkonda, mille suhteline õhuniiskus on 85 kraadi / 85%, peaks isolatsioonitakistuse langus olema alla 50%.
Soolapihustustest: 48 tunni jooksul 5% NaCl lahuse pihustuskeskkonnaga kokkupuutel pinnal korrosiooniprodukti ei esine.
Temperatuuri tsükkel: tehke 20 tsüklit vahemikus -40 kraadi kuni +85 kraadi ilma isolatsiooni jõudluse püsiva halvenemiseta.
3. Pikaajaline töökindluse kontroll
Kiirendatud kasutusiga: pärast pidevat töötamist 1000 tundi temperatuuril 60 kraadi, 85% suhtelist õhuniiskust ja 1,2-kordset nimipinget peaks rikkemäär olema väiksem kui 0,1%.
HALT-testimine: tuvastage disaini nõrkused äärmuslike tingimuste, näiteks kiirete temperatuurimuutuste (-55 kraadi kuni +125 kraadi /min) ja juhusliku vibratsiooni (50 g RMS) kaudu.
6, tüüpilised rakendusjuhud
Teatud naftapuurimisplatvormi juhtimissüsteemis peab instrumendi LCD töötama stabiilselt 120-kraadises õliga saastunud keskkonnas. Rakendades järgmisi meetmeid:
PI õhukese kilega isolatsioonitihendi kasutamine (paksus 0,2 mm, temperatuurikindlus 300 kraadi)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 kraadi), et vältida õliplekkide kleepumist
Tihendamiseks kasutatakse silikoonkummi (Shore A 30, temperatuuritaluvus -60 kraadi kuni +200 kraadi)
Kontrollitud standardi IEC 60068-2-64 "Õliudu korrosioonikatsega"
Süsteem on pidevalt töötanud 5 aastat, isolatsioonitakistus on alati üle 500M Ω ning elektrikatkestusi ega roomamishäireid pole esinenud.
