一, Kerneudfordringer og fejltilstande for elektrisk isolering
1. Nedbrydning af isolering forårsaget af miljøfaktorer
Høj luftfugtighed: Når luftfugtigheden overstiger 85 % RH, danner vandmolekyler ledende baner på overfladen af isoleringsmaterialer, hvilket resulterer i et fald i isolationsmodstanden med mere end 50 %.
Temperaturcyklus: Under en temperaturforskel på -40 grader til +85 grader kan forskellen i materialets termiske udvidelseskoefficient forårsage mikrorevner, hvilket reducerer krybeafstanden med 30 %.
Kemisk forurening: Ætsende stoffer som saltspray og oliepletter kan beskadige isoleringslaget, hvilket reducerer overflademodstanden til 1/10 af dens oprindelige værdi inden for 24 timer.
2. Typiske fejltilstande
Elektrisk nedbrud: Ved spændinger over 500V oplever svage punkter (såsom stiftlodning) øjeblikkeligt nedbrud, hvilket frigiver en stor mængde varme.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), hvilket i sidste ende forårsager en kortslutning.
Statisk akkumulering: Statisk elektricitet (op til 15 kV) genereret af friktion eller induktion kan trænge ind i følsomme enheder såsom MOSFET'er og forårsage permanent skade.
2, Udvælgelse og ydeevnekrav til isoleringsmaterialer
1. Grundlæggende isoleringsmaterialer
PCB-substrat: FR-4 (modstå spænding større end eller lig med 20kV/mm) eller PTFE (modstå temperatur 260 grader) materialer bør foretrækkes, og papirbaserede phenolplader (modstår kun spænding 5kV/mm) bør undgås.
Forseglingslim: Brug af to--komponent epoxyharpiks (såsom EPON 828), med en volumenmodstand på 1 × 10 ¹⁵Ω· cm og et temperaturmodstandsområde på -60 grader til +180 grader.
Isoleringspakning: Vælg polyimid (PI) film (tykkelse 0,1 mm, modstå spænding 10 kV), med stabil dielektricitetskonstant (3,4-3,6) og tabstangens<0.005.
2. Særlige miljømaterialer
Fugtsikker belægning: Sprøjt trefast maling (såsom Humisay 1B31) på overfladen af PCB med en vandabsorptionshastighed på mindre end 0,1 %, hvilket kan øge isolationsmodstanden med 2 størrelsesordener.
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 )Sørg for en pålidelig forbindelse med jordledningen.
3, Isoleringsoptimeringsskema i konstruktionsdesign
1. Krybeafstand og elektrisk frigang
Sikkerhedsstandard: Efter IEC 60664-1 skal krybeafstanden for forureningsniveau 3 (industrielt miljø) ved 240V arbejdsspænding være større end eller lig med 3,2 mm, og den elektriske afstand skal være større end eller lig med 2,0 mm.
Optimeringsforanstaltninger:
Indstil isolationsslidser (bredde større end eller lig med 1 mm, dybde større end eller lig med 0,5 mm) omkring højspændingsbenene-
Brug af SMD-komponenter i stedet for gennemgående-hulkomponenter for at reducere stifteksponeringslængden
Sæt beskyttelsestape (bredde større end eller lig med 2 mm) ved kanten af printkortet for at forhindre kantudledning
2. Jordings- og afskærmningsdesign
Enkeltpunktsjording: Magnetisk perleisolering bruges ved krydset mellem analoge og digitale kredsløb for at undgå jordsløjfeinterferens.
Behandling af skærmlag:
Metalskallen skal have pålidelig kontakt med PCB-jordplanet gennem fjederplader (kontaktmodstand<10m Ω)
Dækningsgraden for det flettede lag af det skærmede kabel skal være større end eller lig med 90 %, og en 360 graders krympeproces bør anvendes til terminering
3. Virkningen af termisk design på isolering
Varmeafledningsvej: Sørg for, at kølepladen holdes i en afstand på mere end eller lig med 5 mm fra højspændingsområdet, eller brug en isoleret termisk pude (såsom Bergquist GAP Pad) til at isolere den.
Temperaturovervågning: Installer NTC-termistorer i nærheden af nøglekomponenter såsom baggrundsbelysningsdriver-IC'er for at udløse deratingbeskyttelse, når temperaturen overstiger 85 grader.
4, centrale kontrolpunkter i installationsprocessen
1. Svejsning og rengøring
Blyfri lodning: Brug af Sn Ag Cu-legering (smeltepunkt 217 grader) for at undgå forringelse af isoleringsevnen forårsaget af blyforurening.
Fluxrester: Brug ikke-rengørende flux eller anvend ultralydsrensning (frekvens 40kHz, tid 3 minutter) efter lodning for at sikre ionrester<1.5 μ g/cm ².
2. Mekanisk fiksering
Isoleringsskruer: Brug PA66+30% GF-materiale (modstår spænding 15 kV) for at undgå at bruge metalskruer til at trænge direkte ind i printet.
Trykkontrol: Styr det faste tryk (0,5-0,7N · m) gennem en momentnøgle for at forhindre for højt tryk i at forårsage deformation af isoleringspakningen.
3. Forseglingsproces
Vakuumafgasning: Inden forsegling, vakuumbehandle kolloidet (tryk<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Hærdningskontrol: To-komponent epoxyharpiks skal hærdes ved 25 grader i 24 timer, eller varmehærdes (80 grader /2 timer) for at øge tværbindingstætheden.
5, isolering ydeevne test og verifikation
1. Rutinemæssig test
Isolationsmodstandstest: Brug et 500V DC megohmmeter, og den målte værdi skal være større end eller lig med 100M Ω (IEC 60529 standard).
Spændingsmodstandstest: Påfør 1500V AC (1 minut) eller 2121V DC (1 sekund), og lækstrømmen skal være<5mA (UL 60950 standard).
2. Miljøsimuleringstest
Fugtig varmetest: Efter at have været anbragt i et miljø på 85 grader/85 % RF i 96 timer, skal isolationsmodstandens faldhastighed være mindre end 50 %.
Saltspraytest: når det udsættes for 5% NaCl opløsning spraymiljø i 48 timer, er der intet korrosionsprodukt på overfladen.
Temperaturcyklus: Udfør 20 cyklusser mellem -40 grader og +85 grader uden permanent forringelse af isoleringsevnen.
3. Langsigtet pålidelighedsbekræftelse
Accelereret levetidstest: Efter kontinuerlig drift i 1000 timer ved 60 grader, 85 % relativ luftfugtighed og 1,2 gange den nominelle spænding, bør fejlraten være mindre end 0,1 %.
HALT-test: Identificer designsvagheder gennem ekstreme forhold, såsom hurtige temperaturændringer (-55 grader til +125 grader /min) og tilfældige vibrationer (50 g RMS).
6, Typiske ansøgningssager
I kontrolsystemet på en bestemt olieboreplatform skal instrumentets LCD-skærm fungere stabilt i et 120 graders olieforurenet miljø. Ved at implementere følgende tiltag:
Brug af PI tyndfilmsisoleringspakning (tykkelse 0,2 mm, temperaturmodstand 300 grader)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 grader) for at forhindre oliepletter i at klæbe
Silikonegummi (Shore A 30, temperaturbestandighed -60 grader til +200 grader ) bruges til tætning
Verificeret af "Olie Mist Corrosion Test" i IEC 60068-2-64 standarden
Systemet har kørt uafbrudt i 5 år, med isolationsmodstanden altid holdt over 500M Ω, og der er ikke opstået elektriske nedbrud eller krybefejl.
