一, Kärnutmaningar och fellägen för elektrisk isolering
1. Försämring av isoleringen orsakad av miljöfaktorer
Hög luftfuktighet: När luftfuktigheten överstiger 85 % RH, bildar vattenmolekyler ledande banor på ytan av isoleringsmaterial, vilket resulterar i en minskning av isoleringsmotståndet med mer än 50 %.
Temperaturcykel: Under en temperaturskillnad på -40 grader till +85 grader kan skillnaden i termisk expansionskoefficient för materialet orsaka mikrosprickor, vilket minskar krypavståndet med 30 %.
Kemisk förorening: Frätande ämnen som saltspray och oljefläckar kan skada isoleringsskiktet, vilket minskar ytbeständigheten till 1/10 av dess initiala värde inom 24 timmar.
2. Typiska fellägen
Elektriskt genombrott: Vid spänningar över 500V uppstår svaga punkter (som stiftlödning) omedelbart genombrott, vilket frigör en stor mängd värme.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), vilket i slutändan orsakar en kortslutning.
Statisk ackumulering: Statisk elektricitet (upp till 15kV) som genereras av friktion eller induktion kan penetrera känsliga enheter som MOSFET och orsaka permanent skada.
2, Val och prestandakrav för isoleringsmaterial
1. Grundläggande isoleringsmaterial
PCB-substrat: FR-4 (tål spänning Större än eller lika med 20kV/mm) eller PTFE (tål temperatur 260 grader) bör föredras, och pappersbaserade fenolskivor (tål spänning endast 5kV/mm) bör undvikas.
Tätningslim: med två-komponent epoxiharts (som EPON 828), med en volymresistivitet på 1 × 10 ¹⁵Ω· cm och ett temperaturmotståndsområde på -60 grader till +180 grader .
Isoleringspackning: Välj polyimid (PI) film (tjocklek 0,1 mm, tål spänning 10 kV), med stabil dielektricitetskonstant (3,4-3,6) och förlusttangent<0.005.
2. Speciella miljömaterial
Fuktsäker beläggning: Spraya trefast färg (som Humisay 1B31) på ytan av PCB, med en vattenabsorptionshastighet på mindre än 0,1 %, vilket kan öka isoleringsmotståndet med 2 storleksordningar.
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 sekunder (IEC 60112 standard).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz ) Säkerställ en pålitlig anslutning med jordledningen.
3, Isoleringsoptimeringsschema i strukturell design
1. Krypavstånd och elektriskt spelrum
Säkerhetsstandard: Enligt IEC 60664-1 måste krypavståndet för föroreningsnivå 3 (industriell miljö) vid 240V arbetsspänning vara större än eller lika med 3,2 mm, och det elektriska spelet måste vara större än eller lika med 2,0 mm.
Optimeringsåtgärder:
Ställ in isoleringsspår (bredd större än eller lika med 1 mm, djup större än eller lika med 0,5 mm) runt högspänningsstiften-
Använd SMD-komponenter istället för genomgående-hålskomponenter för att minska stiftexponeringslängden
Sätt skyddstejp (bredd större än eller lika med 2 mm) vid kanten av kretskortet för att förhindra kantutsläpp
2. Jordning och skärmningsdesign
Enpunktsjordning: Magnetisk pärlisolering används vid korsningen av analoga och digitala kretsar för att undvika störningar i jordslingor.
Behandling av skärmskikt:
Metallskalet måste få tillförlitlig kontakt med PCB-jordplanet genom fjäderplattor (kontaktmotstånd<10m Ω)
Täckningsgraden för det flätade lagret av den skärmade kabeln bör vara större än eller lika med 90 %, och en 360 graders krimpningsprocess bör användas för avslutning
3. Effekten av termisk design på isoleringen
Värmeavledningsväg: Se till att kylflänsen hålls på ett avstånd av större än eller lika med 5 mm från högspänningsområdet, eller använd en isolerad termisk dyna (som Bergquist GAP Pad) för att isolera den.
Temperaturövervakning: Installera NTC-termistorer nära nyckelkomponenter som bakgrundsbelysningsdrivrutin-IC:er för att utlösa nedstämplingsskydd när temperaturen överstiger 85 grader.
4, viktiga kontrollpunkter för installationsprocessen
1. Svetsning och rengöring
Blyfri lödning: Använd Sn Ag Cu-legering (smältpunkt 217 grader) för att undvika försämring av isoleringsprestanda orsakad av blyförorening.
Fluxrester: Använd icke-rengörande flussmedel eller använd ultraljudsrengöring (frekvens 40kHz, tid 3 minuter) efter lödning för att säkerställa jonrester<1.5 μ g/cm ².
2. Mekanisk fixering
Isoleringsskruvar: Använd PA66+30% GF-material (tål spänning 15 kV) för att undvika att använda metallskruvar för att direkt penetrera kretskortet.
Tryckreglering: Kontrollera det fasta trycket (0,5-0,7N · m) genom en momentnyckel för att förhindra att för högt tryck orsakar deformation av isoleringspackningen.
3. Förseglingsprocess
Vakuumavgasning: Innan förslutning, vakuumbehandla kolloiden (tryck<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Härdningskontroll: Tvåkomponents epoxiharts måste härdas vid 25 grader i 24 timmar, eller värmehärdas (80 grader /2 timmar) för att öka tvärbindningsdensiteten.
5, isoleringsprestanda testning och verifiering
1. Rutinmässig testning
Isolationsresistanstest: Använd en 500V DC megohmmeter, och det uppmätta värdet ska vara större än eller lika med 100M Ω (IEC 60529 standard).
Spänningshållfasthetstest: Applicera 1500V AC (1 minut) eller 2121V DC (1 sekund), och läckströmmen ska vara<5mA (UL 60950 standard).
2. Miljösimuleringstestning
Test av fuktig värme: Efter att ha placerats i en miljö med 85 grader/85 % relativ luftfuktighet i 96 timmar, bör isolationsmotståndsfallet vara mindre än 50 %.
Saltspraytest: när den exponeras för spraymiljö med 5 % NaCl-lösning i 48 timmar, finns det ingen korrosionsprodukt på ytan.
Temperaturcykler: Utför 20 cykler mellan -40 grader och +85 grader utan permanent försämring av isoleringsprestanda.
3. Långsiktig tillförlitlighetsverifiering
Accelererat livslängdstest: Efter kontinuerlig drift i 1000 timmar vid 60 grader, 85 % RH och 1,2 gånger märkspänningen, bör felfrekvensen vara mindre än 0,1 %.
HALT-testning: Identifiera designsvagheter genom extrema förhållanden som snabba temperaturförändringar (-55 grader till +125 grader /min) och slumpmässiga vibrationer (50 g RMS).
6, Typiska tillämpningsfall
I styrsystemet för en viss oljeborrplattform måste instrumentets LCD-skärm fungera stabilt i en 120 graders oljeförorenad miljö. Genom att genomföra följande åtgärder:
Använder PI tunnfilmsisoleringspackning (tjocklek 0,2 mm, temperaturbeständighet 300 grader)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 grader) för att förhindra att oljefläckar fastnar
Silikongummi (Shore A 30, temperaturbeständighet -60 grader till +200 grad ) används för tätning
Verifierad av "Oil Mist Corrosion Test" i IEC 60068-2-64 standard
Systemet har varit igång kontinuerligt i 5 år, med isolationsresistansen alltid hållen över 500M Ω och inga elektriska haverier eller krypfel har inträffat.
