一، چالش های اصلی و حالت های شکست عایق الکتریکی
1. تخریب عایق ناشی از عوامل محیطی
رطوبت بالا: هنگامی که رطوبت از 85% RH فراتر رود، مولکول های آب مسیرهای رسانایی را روی سطح مواد عایق تشکیل می دهند که در نتیجه مقاومت عایق بیش از 50% کاهش می یابد.
چرخه دما: تحت اختلاف دمای -40 درجه تا{1} درجه، اختلاف ضریب انبساط حرارتی ماده ممکن است باعث ایجاد ریزترک شود و فاصله خزش را تا 30 درصد کاهش دهد.
آلودگی شیمیایی: مواد خورنده مانند اسپری نمک و لکه های روغن می توانند به لایه عایق آسیب وارد کنند و مقاومت سطح را به 1/10 مقدار اولیه آن در عرض 24 ساعت کاهش دهند.
2. حالت های شکست معمولی
خرابی الکتریکی: در ولتاژهای بالاتر از 500 ولت، نقاط ضعیف (مانند لحیم کاری پین) دچار خرابی آنی می شوند و مقدار زیادی گرما آزاد می شود.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm)، در نهایت باعث اتصال کوتاه می شود.
تجمع ساکن: الکتریسیته ساکن (حداکثر 15 کیلو ولت) تولید شده توسط اصطکاک یا القاء ممکن است به دستگاه های حساس مانند ماسفت ها نفوذ کند و باعث آسیب دائمی شود.
2، انتخاب و عملکرد مورد نیاز مواد عایق
1. مواد عایق اولیه
بستر PCB: مواد FR{3}}4 (مقاوم در برابر ولتاژ بیشتر یا مساوی 20 کیلو ولت بر میلیمتر) یا PTFE (مقاوم در دمای 260 درجه) باید ترجیح داده شوند و از تختههای فنولی مبتنی بر کاغذ (فقط ولتاژ 5 کیلو ولت بر میلیمتر) اجتناب شود.
چسب آب بندی: با استفاده از رزین اپوکسی دو جزئی (مانند EPON 828)، با مقاومت حجمی 1 × 10 ¹5Ω· سانتی متر و محدوده مقاومت دمایی -60 درجه تا+180 درجه.
واشر عایق: فیلم پلیآمید (PI) (ضخامت 0.1 میلیمتر، مقاومت در برابر ولتاژ 10 کیلو ولت)، با ثابت دی الکتریک (3.4-3.6) و مماس تلفات را انتخاب کنید.<0.005.
2. مواد محیطی خاص
پوشش ضد رطوبت: سه رنگ ضد رطوبت (مانند Humisay 1B31) را روی سطح PCB با میزان جذب آب کمتر از 0.1٪ اسپری کنید که می تواند مقاومت عایق را تا 2 مرتبه افزایش دهد.
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 ثانیه (استاندارد IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz)از اتصال مطمئن با سیم زمین اطمینان حاصل کنید.
3، طرح بهینه سازی عایق در طراحی سازه
1. فاصله خزش و ترخیص الکتریکی
استاندارد ایمنی: طبق استاندارد IEC 60664-1، فاصله خزش برای سطح آلودگی 3 (محیط صنعتی) در ولتاژ کاری 240 ولت باید بیشتر یا مساوی 3.2 میلی متر باشد و فاصله الکتریکی باید بیشتر یا مساوی 2.0 میلی متر باشد.
اقدامات بهینه سازی:
شکاف های جداسازی (عرض بزرگتر یا مساوی 1 میلی متر، عمق بیشتر یا مساوی 0.5 میلی متر) را در اطراف پایه های ولتاژ بالا- تنظیم کنید
استفاده از اجزای SMD به جای اجزای سوراخ{0}برای کاهش طول نوردهی پین
برای جلوگیری از تخلیه لبه، نوار محافظ (عرض بزرگتر یا مساوی 2 میلی متر) را در لبه PCB قرار دهید.
2. طراحی زمین و محافظ
اتصال زمین تک نقطه ای: جداسازی مهره های مغناطیسی در محل اتصال مدارهای آنالوگ و دیجیتال برای جلوگیری از تداخل حلقه زمین استفاده می شود.
درمان لایه محافظ:
پوسته فلزی باید از طریق صفحات فنری (مقاومت در برابر تماس) با صفحه زمین PCB تماس مطمئن برقرار کند<10m Ω)
میزان پوشش لایه بافته شده کابل محافظ باید بزرگتر یا مساوی 90 درصد باشد و برای خاتمه باید از فرآیند چین خوردگی 360 درجه استفاده شود.
3. تاثیر طراحی حرارتی بر عایق
مسیر اتلاف گرما: اطمینان حاصل کنید که سینک حرارتی در فاصله بیشتر یا مساوی 5 میلیمتر از ناحیه ولتاژ بالا قرار دارد، یا از یک پد حرارتی عایقشده (مانند پد GAP Bergquist) برای جداسازی آن استفاده کنید.
نظارت بر دما: ترمیستورهای NTC را در نزدیکی اجزای کلیدی مانند آیسیهای درایور نور پسزمینه نصب کنید تا هنگامی که دما از 85 درجه فراتر میرود، حفاظت از کاهش دما را ایجاد کنید.
4، نقاط کنترل کلیدی فرآیند نصب
1. جوشکاری و تمیز کردن
لحیم کاری بدون سرب: استفاده از آلیاژ Sn Ag Cu (نقطه ذوب 217 درجه) برای جلوگیری از تخریب عملکرد عایق ناشی از آلودگی سرب.
باقیمانده شار: پس از لحیم کاری از شار غیر تمیز کننده استفاده کنید یا از تمیز کردن اولتراسونیک (فرکانس 40 کیلوهرتز، زمان 3 دقیقه) پس از لحیم کاری استفاده کنید تا از باقی مانده یون اطمینان حاصل کنید.<1.5 μ g/cm ².
2. تثبیت مکانیکی
پیچ های عایق: برای جلوگیری از استفاده از پیچ های فلزی برای نفوذ مستقیم به PCB از مواد PA{0}}% GF (مقاوم در برابر ولتاژ ۱۵ کیلوولت) استفاده کنید.
کنترل فشار: فشار ثابت (0.5-0.7N · متر) را از طریق یک آچار گشتاور کنترل کنید تا از فشار بیش از حد از ایجاد تغییر شکل واشر عایق جلوگیری کنید.
3. فرآیند آب بندی
گاز زدایی با خلاء: قبل از آب بندی، کلوئید را تحت خلاء قرار دهید (فشار<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
کنترل پخت: رزین اپوکسی دو جزئی باید در دمای 25 درجه به مدت 24 ساعت و یا حرارت (80 درجه / 2 ساعت) پخت شود تا چگالی اتصال عرضی افزایش یابد.
5، آزمایش و تأیید عملکرد عایق
1. آزمایش روتین
تست مقاومت عایق: از یک مگاهم متر 500 ولت DC استفاده کنید و مقدار اندازه گیری شده باید بزرگتر یا مساوی 100M Ω (استاندارد IEC 60529) باشد.
تست مقاومت ولتاژ: 1500 ولت AC (1 دقیقه) یا 2121 ولت DC (1 ثانیه) را اعمال کنید و جریان نشتی باید باشد.<5mA (UL 60950 standard).
2. آزمایش شبیه سازی محیطی
تست گرمای مرطوب: پس از قرار گرفتن در محیطی با رطوبت 85 درجه / 85 درصد RH به مدت 96 ساعت، میزان افت مقاومت عایق باید کمتر از 50 درصد باشد.
تست اسپری نمک: هنگامی که به مدت 48 ساعت در معرض محیط اسپری محلول NaCl 5 درصد قرار می گیرد، هیچ محصول خوردگی روی سطح وجود ندارد.
چرخه دما: 20 چرخه بین -40 درجه و{2}} درجه بدون تخریب دائمی عملکرد عایق انجام دهید.
3. تأیید قابلیت اطمینان طولانی مدت
تست عمر تسریع شده: پس از کارکرد مداوم به مدت 1000 ساعت در دمای 60 درجه، 85% RH و 1.2 برابر ولتاژ نامی، میزان خرابی باید کمتر از 0.1٪ باشد.
تست HALT: نقاط ضعف طراحی را از طریق شرایط شدید مانند تغییرات سریع دما (55- درجه تا{1}} درجه در دقیقه) و ارتعاشات تصادفی (50 گرم RMS) شناسایی کنید.
6، موارد کاربردی معمولی
در سیستم کنترل یک پلت فرم حفاری نفت خاص، ال سی دی ابزار باید در یک محیط 120 درجه آلوده به روغن کار کند. با اجرای اقدامات زیر:
با استفاده از واشر عایق لایه نازک PI (ضخامت 0.2 میلی متر، مقاومت در برابر دما 300 درجه)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 درجه) برای جلوگیری از چسبیدن لکه های روغن
برای آب بندی از لاستیک سیلیکونی (Shore A 30، مقاومت دمایی -60 درجه تا{2}} درجه) استفاده می شود.
تایید شده توسط "تست خوردگی مه روغن" در استاندارد IEC 60068-2-64
این سیستم به مدت 5 سال به طور مداوم کار می کند، با مقاومت عایق همیشه بالای 500M Ω حفظ شده و هیچ خرابی الکتریکی یا خطای خزش رخ نداده است.
