一, Ključni izazovi i načini kvara električne izolacije
1. Degradacija izolacije uzrokovana faktorima okoline
Visoka vlažnost: Kada vlažnost prelazi 85% RH, molekuli vode formiraju provodne puteve na površini izolacionih materijala, što rezultira smanjenjem otpora izolacije za više od 50%.
Temperaturni ciklus: Pod temperaturnom razlikom od -40 stepeni do +85 stepeni, razlika u koeficijentu termičke ekspanzije materijala može uzrokovati mikropukotine, smanjujući put puzanja za 30%.
Hemijsko zagađenje: Korozivne tvari kao što su slani sprej i uljne mrlje mogu oštetiti izolacijski sloj, smanjujući površinsku otpornost na 1/10 početne vrijednosti u roku od 24 sata.
2. Tipični načini kvara
Električni kvar: Pri naponu iznad 500V, slabe tačke (kao što je lemljenje pinova) doživljavaju trenutni kvar, oslobađajući veliku količinu toplote.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), što na kraju uzrokuje kratki spoj.
Statička akumulacija: Statički elektricitet (do 15kV) nastao trenjem ili indukcijom može prodrijeti u osjetljive uređaje kao što su MOSFET-ovi, uzrokujući trajno oštećenje.
2, Zahtjevi za izbor i performanse izolacijskih materijala
1. Osnovni izolacijski materijali
PCB supstrat: FR-4 (izdrži napon veći ili jednak 20kV/mm) ili PTFE (izdrži temperaturu 260 stepeni) treba dati prednost materijalima, a fenolne ploče na bazi papira (izdrži napon samo 5kV/mm) treba izbjegavati.
Ljepilo za zaptivanje: korištenjem dvokomponentne epoksidne smole- (kao što je EPON 828), zapreminskog otpora od 1 × 10 ¹⁵Ω· cm i raspona temperaturne otpornosti od -60 stepeni do +180 stepeni.
Izolacijska brtva: Odaberite poliimidni (PI) film (debljine 0,1 mm, izdrži napon 10 kV), sa stabilnom dielektričnom konstantom (3,4-3,6) i tangentom gubitka<0.005.
2. Specijalni ekološki materijali
Premaz otporan na vlagu: Naprskajte tri otporne boje (kao što je Humisay 1B31) na površinu PCB-a, sa stopom apsorpcije vode manjom od 0,1%, što može povećati otpornost izolacije za 2 reda veličine.
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 sekundi (IEC 60112 standard).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Osigurajte pouzdanu vezu sa žicom za uzemljenje.
3, Šema optimizacije izolacije u konstrukcijskom dizajnu
1. Puzna staza i električni razmak
Sigurnosni standard: U skladu sa IEC 60664-1, puzna staza za nivo zagađenja 3 (industrijsko okruženje) pri radnom naponu od 240 V mora biti veća ili jednaka 3,2 mm, a električni razmak mora biti veći ili jednak 2,0 mm.
Mjere optimizacije:
Postavite utore za izolaciju (širina veća ili jednaka 1 mm, dubina veća ili jednaka 0,5 mm) oko visokonaponskih-pinova
Korištenje SMD komponenti umjesto komponenti kroz-otvore za smanjenje dužine ekspozicije igle
Postavite zaštitnu traku (širina veća od ili jednaka 2 mm) na rub PCB-a kako biste spriječili pražnjenje ivica
2. Dizajn uzemljenja i zaštite
Uzemljenje u jednoj tački: Magnetna izolacija perli se koristi na spoju analognih i digitalnih kola kako bi se izbjegle smetnje petlje uzemljenja.
Obrada zaštitnog sloja:
Metalni omotač treba da uspostavi pouzdan kontakt sa uzemljenjem štampane ploče kroz opružne ploče (otpor na kontakt<10m Ω)
Stopa pokrivenosti opletenog sloja oklopljenog kabla treba da bude veća ili jednaka 90%, a za završetak treba koristiti proces presovanja od 360 stepeni
3. Uticaj toplotnog dizajna na izolaciju
Put odvođenja topline: Osigurajte da hladnjak bude na udaljenosti većoj ili jednakoj 5 mm od područja visokog napona, ili koristite izoliranu termalnu podlogu (kao što je Bergquist GAP Pad) da biste ga izolirali.
Praćenje temperature: Instalirajte NTC termistore blizu ključnih komponenti kao što su IC-ovi drajvera pozadinskog osvetljenja da biste aktivirali zaštitu od smanjenja snage kada temperatura pređe 85 stepeni.
4, Ključne kontrolne točke procesa instalacije
1. Zavarivanje i čišćenje
Lemljenje bez olova: Korišćenje legure Sn Ag Cu (tačka topljenja 217 stepeni) da bi se izbegla degradacija performansi izolacije uzrokovana kontaminacijom olovom.
Ostaci fluksa: Koristite fluks koji ne čisti ili koristite ultrazvučno čišćenje (frekvencija 40kHz, vrijeme 3 minute) nakon lemljenja kako biste osigurali ostatke jona<1.5 μ g/cm ².
2. Mehanička fiksacija
Izolacijski zavrtnji: Koristite PA66+30% GF materijala (izdrži napon 15kV) kako biste izbjegli korištenje metalnih vijaka za direktan prodor u PCB.
Kontrola pritiska: Kontrolišite fiksni pritisak (0,5-0,7N · m) pomoću moment ključa kako biste sprečili prekomerni pritisak da izazove deformaciju izolacione brtve.
3. Proces zaptivanja
Vakuumsko otplinjavanje: Prije zaptivanja, vakumirajte koloid (pritisak<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Kontrola očvršćavanja: Dvokomponentna epoksidna smola treba da se osuši na 25 stepeni tokom 24 sata, ili toplotno očvrsne (80 stepeni/2 sata) da bi se povećala gustina umrežavanja.
5, Ispitivanje i provjera performansi izolacije
1. Rutinsko testiranje
Test izolacionog otpora: Koristite 500V DC megohmmetar, a izmjerena vrijednost bi trebala biti veća ili jednaka 100M Ω (IEC 60529 standard).
Test otpornosti na napon: Primijenite 1500V AC (1 minuta) ili 2121V DC (1 sekunda), a struja curenja bi trebala biti<5mA (UL 60950 standard).
2. Ispitivanje simulacijom okoline
Test vlažne toplote: Nakon postavljanja u okruženje od 85 stepeni/85% relativne vlažnosti tokom 96 sati, stopa pada otpora izolacije treba da bude manja od 50%.
Ispitivanje slanom sprejom: kada se 48 sati izloži 5% rastvoru NaCl, na površini nema proizvoda korozije.
Ciklus temperature: Izvršite 20 ciklusa između -40 stepeni i +85 stepeni bez trajne degradacije performansi izolacije.
3. Dugoročna verifikacija pouzdanosti
Test ubrzanog vijeka trajanja: Nakon kontinuiranog rada od 1000 sati na 60 stepeni, 85% relativne vlažnosti i 1,2 puta većem od nazivnog napona, stopa kvara bi trebala biti manja od 0,1%.
HALT testiranje: Identifikujte slabosti dizajna kroz ekstremne uslove kao što su brze promene temperature (-55 stepeni do +125 stepen/min) i nasumične vibracije (50g RMS).
6, Tipični slučajevi primjene
U kontrolnom sistemu određene platforme za bušenje nafte, LCD instrument treba da radi stabilno u okruženju od 120 stepeni zagađenom uljem. Sprovođenjem sljedećih mjera:
Korištenje PI tankog filma izolacijske brtve (debljine 0,2 mm, otpornost na temperaturu 300 stepeni)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 stepeni) kako bi se spriječilo prianjanje mrlja od ulja
Za zaptivanje se koristi silikonska guma (Shore A 30, otpornost na temperaturu -60 stepeni do +200 stepeni)
Provjereno "Testom korozije uljnom maglom" u standardu IEC 60068-2-64
Sistem je radio neprekidno 5 godina, sa otporom izolacije koji je uvijek održavan iznad 500M Ω i nije došlo do električnog kvara ili puzanja.
