一, provocări de bază și moduri de defectare a izolației electrice
1. Degradarea izolației cauzată de factorii de mediu
Umiditate ridicată: Când umiditatea depășește 85% RH, moleculele de apă formează căi conductoare pe suprafața materialelor izolatoare, ducând la o scădere a rezistenței de izolație cu mai mult de 50%.
Ciclu de temperatură: la o diferență de temperatură de la -40 grade până la +85 grade , diferența de coeficient de dilatare termică a materialului poate provoca microfisuri, reducând distanța de curgere cu 30%.
Poluarea chimică: Substanțele corozive precum spray-ul de sare și petele de ulei pot deteriora stratul izolator, reducând rezistența suprafeței la 1/10 din valoarea sa inițială în decurs de 24 de ore.
2. Moduri tipice de eroare
Defecțiune electrică: la tensiuni de peste 500 V, punctele slabe (cum ar fi lipirea cu pini) suferă o defecțiune instantanee, eliberând o cantitate mare de căldură.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), provocând în cele din urmă un scurtcircuit.
Acumulare statică: electricitatea statică (până la 15 kV) generată de frecare sau inducție poate pătrunde în dispozitivele sensibile, cum ar fi MOSFET-urile, provocând daune permanente.
2, Cerințe de selecție și performanță ale materialelor de izolare
1. Materiale izolante de bază
Substratul PCB: materiale FR-4 (tensiune de rezistență mai mare sau egală cu 20 kV/mm) sau PTFE (temperatura de rezistență 260 de grade) ar trebui să fie preferate, iar plăcile fenolice pe bază de hârtie (tensiune de rezistență de numai 5 kV/mm) trebuie evitate.
Adeziv de etanșare: folosind rășină epoxidică cu două-componente (cum ar fi EPON 828), cu o rezistivitate de volum de 1 × 10 ¹⁵Ω· cm și un interval de rezistență la temperatură de la -60 grade până la +180 grade .
Garnitură de izolație: Selectați folie de poliimidă (PI) (grosime 0,1 mm, tensiune de rezistență 10 kV), cu constantă dielectrică stabilă (3,4-3,6) și tangentă de pierdere<0.005.
2. Materiale speciale de mediu
Acoperire rezistentă la umiditate: Pulverizați vopsea cu trei rezistențe (cum ar fi Humisay 1B31) pe suprafața PCB, cu o rată de absorbție a apei mai mică de 0,1%, ceea ce poate crește rezistența izolației cu 2 ordine de mărime.
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 de secunde (standard IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz) Asigurați o conexiune fiabilă cu firul de împământare.
3, Schema de optimizare a izolației în proiectarea structurală
1. Distanța de curgere și spațiul electric
Standard de siguranță: În conformitate cu IEC 60664-1, distanța de curgere pentru nivelul de poluare 3 (mediu industrial) la o tensiune de lucru de 240 V trebuie să fie mai mare sau egală cu 3,2 mm, iar spațiul electric trebuie să fie mai mare sau egal cu 2,0 mm.
Măsuri de optimizare:
Setați fante de izolare (lățime mai mare sau egală cu 1 mm, adâncime mai mare sau egală cu 0,5 mm) în jurul pinii-de înaltă tensiune
Folosirea componentelor SMD în locul componentelor-pentru orificii pentru a reduce lungimea expunerii pinului
Setați bandă de protecție (lățime mai mare sau egală cu 2 mm) la marginea PCB-ului pentru a preveni descărcarea pe margine
2. Proiectare de împământare și ecranare
Împământare cu un singur punct: Izolarea magnetică a granulelor este utilizată la joncțiunea circuitelor analogice și digitale pentru a evita interferența buclei de masă.
Tratamentul stratului de protecție:
Carcasa metalică trebuie să facă contact fiabil cu planul de masă PCB prin plăci cu arc (rezistență la contact<10m Ω)
Rata de acoperire a stratului împletit al cablului ecranat ar trebui să fie mai mare sau egală cu 90%, iar pentru terminare trebuie utilizat un proces de sertizare la 360 de grade.
3. Impactul proiectării termice asupra izolației
Calea de disipare a căldurii: asigurați-vă că radiatorul este menținut la o distanță mai mare sau egală cu 5 mm față de zona de-înaltă tensiune sau utilizați un tampon termic izolat (cum ar fi Bergquist GAP Pad) pentru a-l izola.
Monitorizarea temperaturii: instalați termistori NTC în apropierea componentelor cheie, cum ar fi circuitele integrate ale driverului de iluminare de fundal, pentru a declanșa protecția la derating atunci când temperatura depășește 85 de grade.
4, puncte cheie de control ale procesului de instalare
1. Sudarea și curățarea
Lipire fără plumb: Folosind aliaj Sn Ag Cu (punct de topire 217 grade) pentru a evita degradarea performanței izolației cauzată de contaminarea cu plumb.
Reziduuri de flux: Utilizați flux care nu se curăță sau utilizați curățare cu ultrasunete (frecvență 40 kHz, timp 3 minute) după lipire pentru a asigura reziduuri de ioni<1.5 μ g/cm ².
2. Fixare mecanică
Șuruburi de izolare: utilizați material PA66+30% GF (rezistență la tensiune 15kV) pentru a evita utilizarea șuruburilor metalice pentru a pătrunde direct în PCB.
Controlul presiunii: Controlați presiunea fixă (0,5-0,7N · m) printr-o cheie dinamometrică pentru a preveni ca presiunea excesivă să provoace deformarea garniturii de izolație.
3. Procesul de etanșare
Degazare în vid: înainte de sigilare, tratați coloidul (presiune).<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Controlul întăririi: Rășina epoxidică cu două componente trebuie întărită la 25 de grade timp de 24 de ore sau întărită la căldură (80 de grade/2 ore) pentru a crește densitatea de reticulare.
5, Testarea și verificarea performanței izolației
1. Testare de rutină
Test de rezistență de izolație: Utilizați un megohmmetru de 500 V CC, iar valoarea măsurată ar trebui să fie mai mare sau egală cu 100 M Ω (standard IEC 60529).
Test de rezistență la tensiune: Aplicați 1500 V AC (1 minut) sau 2121 V DC (1 secundă), iar curentul de scurgere ar trebui să fie<5mA (UL 60950 standard).
2. Testare de simulare a mediului
Test de căldură umedă: După ce a fost plasat într-un mediu de 85 de grade/85% RH timp de 96 de ore, rata de cădere a rezistenței izolației ar trebui să fie mai mică de 50%.
Test de pulverizare cu sare: atunci când este expus la un mediu de pulverizare cu soluție de NaCl 5% timp de 48 de ore, nu există niciun produs de coroziune pe suprafață.
Ciclul de temperatură: efectuați 20 de cicluri între -40 de grade și +85 grade fără degradarea permanentă a performanței izolației.
3. Verificarea fiabilității pe termen lung
Test de viață accelerat: După funcționare continuă timp de 1000 de ore la 60 de grade, 85% RH și de 1,2 ori tensiunea nominală, rata de eșec ar trebui să fie mai mică de 0,1%.
Testarea HALT: identificați punctele slabe ale designului în condiții extreme, cum ar fi schimbări rapide de temperatură (de la -55 grade până la +125 grade/min) și vibrații aleatorii (50 g RMS).
6, Cazuri tipice de aplicare
În sistemul de control al unei anumite platforme de foraj de petrol, instrumentul LCD trebuie să funcționeze stabil într-un mediu contaminat cu ulei de 120 de grade. Prin implementarea următoarelor măsuri:
Folosind garnitură de izolație cu peliculă subțire PI (grosime 0,2 mm, rezistență la temperatură 300 de grade)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 de grade) pentru a preveni lipirea petelor de ulei
Cauciucul siliconic (Shore A 30, rezistență la temperatură de la -60 grade până la +200 grade) este utilizat pentru etanșare
Verificat prin „Testul de coroziune în ceață de ulei” în standardul IEC 60068-2-64
Sistemul funcționează continuu timp de 5 ani, cu rezistența de izolație menținută întotdeauna peste 500M Ω și nu au apărut defecțiuni electrice sau defecțiuni de scurgere.
