一 Основні проблеми та способи відмови електричної ізоляції
1. Деградація ізоляції, викликана факторами навколишнього середовища
Висока вологість: коли вологість перевищує 85% RH, молекули води утворюють провідні шляхи на поверхні ізоляційних матеріалів, що призводить до зниження опору ізоляції більш ніж на 50%.
Температурний цикл: за різниці температур від -40 градусів до +85 градусів різниця в коефіцієнті теплового розширення матеріалу може спричинити мікротріщини, зменшуючи шлях витоку на 30%.
Хімічне забруднення: корозійні речовини, такі як сольовий спрей і масляні плями, можуть пошкодити ізоляційний шар, зменшуючи поверхневий опір до 1/10 початкового значення протягом 24 годин.
2. Типові режими відмови
Електричний пробій: при напрузі вище 500 В слабкі місця (наприклад, пайка штифтів) миттєво виходять з ладу, вивільняючи велику кількість тепла.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000 В/мм), що зрештою спричинить коротке замикання.
Накопичення статичної електрики: статична електрика (до 15 кВ), що утворюється в результаті тертя або індукції, може проникати в чутливі пристрої, такі як MOSFET, спричиняючи незворотні пошкодження.
2, Вимоги до вибору і характеристик ізоляційних матеріалів
1. Основні теплоізоляційні матеріали
Підкладка друкованої плати: слід віддавати перевагу матеріалам FR-4 (витримує напругу більше або дорівнює 20 кВ/мм) або PTFE (витримує температуру 260 градусів), а також уникати фенольних плат на паперовій основі (витримує напругу лише 5 кВ/мм).
Герметизуючий клей: з використанням дво-компонентної епоксидної смоли (наприклад, EPON 828) з питомим об’ємним опором 1 × 10 ¹⁵Ω· см і діапазоном температурної стійкості від -60 градусів до +180 градусів.
Ізоляційна прокладка: Виберіть поліімідну (PI) плівку (товщина 0,1 мм, витримує напругу 10 кВ), зі стабільною діелектричною проникністю (3,4-3,6) і тангенсом втрат<0.005.
2. Спеціальні екологічні матеріали
Вологозахисне покриття: розпиліть тристійку фарбу (наприклад, Humisay 1B31) на поверхню друкованої плати зі ступенем водопоглинання менше 0,1%, що може збільшити опір ізоляції на 2 порядки.
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 секунд (стандарт IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Забезпечте надійне з’єднання з проводом заземлення.
3, Схема оптимізації ізоляції в структурному проектуванні
1. Шлях витоку та електричний зазор
Стандарт безпеки: відповідно до IEC 60664-1 шлях витоку для рівня забруднення 3 (промислове середовище) при робочій напрузі 240 В має бути більше або дорівнювати 3,2 мм, а електричний зазор має бути більше або дорівнювати 2,0 мм.
Заходи з оптимізації:
Встановіть ізоляційні прорізи (ширина більше або дорівнює 1 мм, глибина більше або дорівнює 0,5 мм) навколо контактів високої-напруги
Використання SMD-компонентів замість-компонентів із отворами для зменшення довжини контакту
Встановіть захисну стрічку (шириною більше або дорівнює 2 мм) на краю друкованої плати, щоб запобігти краєвому розряду
2. Конструкція заземлення та екранування
Заземлення в одній точці: ізоляція магнітних кульок використовується на стику аналогових і цифрових ланцюгів, щоб уникнути перешкод контуру заземлення.
Обробка екрануючого шару:
Металева оболонка повинна забезпечити надійний контакт із заземленою площиною друкованої плати через пружинні пластини (контактний опір<10m Ω)
Рівень покриття плетеного шару екранованого кабелю має бути більше або дорівнювати 90%, а для завершення слід використовувати процес обжиму на 360 градусів
3. Вплив теплової конструкції на теплоізоляцію
Шлях розсіювання тепла: переконайтеся, що радіатор знаходиться на відстані більше ніж 5 мм від зони високої-напруги, або використовуйте ізольовану термопрокладку (наприклад, Bergquist GAP Pad), щоб ізолювати його.
Контроль температури: установіть термістори NTC поблизу ключових компонентів, таких як інтегральні схеми драйверів підсвічування, щоб активувати захист від зниження номінальних характеристик, коли температура перевищує 85 градусів.
4. Ключові контрольні точки процесу встановлення
1. Зварювання та очищення
Пайка без свинцю: використання сплаву Sn Ag Cu (температура плавлення 217 градусів), щоб уникнути погіршення ізоляції через забруднення свинцем.
Залишки флюсу: Використовуйте флюс, що не очищає, або використовуйте ультразвукове очищення (частота 40 кГц, час 3 хвилини) після паяння, щоб забезпечити залишок іонів<1.5 μ g/cm ².
2. Механічна фіксація
Ізоляційні гвинти: використовуйте матеріал PA66+30% GF (витримує напругу 15 кВ), щоб уникнути використання металевих гвинтів для прямого проникнення в друковану плату.
Контроль тиску: контролюйте фіксований тиск (0,5-0,7 Н·м) за допомогою динамометричного ключа, щоб запобігти деформації ізоляції через надмірний тиск.
3. Процес ущільнення
Вакуумна дегазація: перед ущільненням обробіть колоїд вакуумом (тиск<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Контроль затвердіння: двокомпонентну епоксидну смолу необхідно затвердіти при 25 градусах протягом 24 годин або затвердіти при нагріванні (80 градусів / 2 години), щоб збільшити щільність зшивання.
5, Тестування та перевірка ефективності ізоляції
1. Планове тестування
Перевірка опору ізоляції: використовуйте мегомметр постійного струму на 500 В, і виміряне значення має бути більше або дорівнювати 100 М Ом (стандарт IEC 60529).
Тест на витримку напруги: подайте 1500 В змінного струму (1 хвилина) або 2121 В постійного струму (1 секунда), і струм витоку має бути<5mA (UL 60950 standard).
2. Тестування моделювання навколишнього середовища
Випробування на вологе тепло: після перебування в середовищі 85 градусів / 85% RH протягом 96 годин швидкість падіння опору ізоляції повинна бути менше 50%.
Тест із сольовим туманом: під впливом 5% розчину NaCl протягом 48 годин на поверхні немає продуктів корозії.
Зміна температури: виконайте 20 циклів від -40 градусів до +85 градусів без постійного погіршення характеристик ізоляції.
3. Перевірка довгострокової надійності
Прискорене випробування на термін служби: після безперервної роботи протягом 1000 годин при 60 градусах, 85% відносної вологості та напрузі, що в 1,2 рази перевищує номінальну, частота відмов повинна бути менше 0,1%.
Випробування HALT: виявлення недоліків конструкції через екстремальні умови, такі як швидкі зміни температури (від -55 градусів до +125 градусів/хв) і випадкові вібрації (50 г RMS).
6, Типові випадки застосування
У системі керування певної нафтової бурової платформи РК-дисплей приладу повинен працювати стабільно в середовищі, забрудненому нафтою 120 градусів. Здійснюючи наступні заходи:
Використовуючи тонкоплівкову ізоляційну прокладку PI (товщина 0,2 мм, термостійкість 300 градусів)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 градусів), щоб запобігти прилипанню масляних плям
Для ущільнення використовується силіконова гума (Shore A 30, термостійкість від -60 градусів до +200 градусів )
Перевірено «Тестом на корозію масляним туманом» у стандарті IEC 60068-2-64
Система працювала безперервно протягом 5 років, опір ізоляції завжди підтримувався вище 500 М Ом, і не виникало жодних електричних пробоїв або несправностей на шляху витоку.
