一, Kernuitdagingen en faalwijzen van elektrische isolatie
1. Verslechtering van de isolatie veroorzaakt door omgevingsfactoren
Hoge luchtvochtigheid: Wanneer de luchtvochtigheid hoger is dan 85% RH, vormen watermoleculen geleidende paden op het oppervlak van isolatiematerialen, wat resulteert in een afname van de isolatieweerstand met meer dan 50%.
Temperatuurcyclus: Bij een temperatuurverschil van -40 graden tot+85 graden kan het verschil in thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal microscheuren veroorzaken, waardoor de kruipafstand met 30% wordt verminderd.
Chemische vervuiling: Bijtende stoffen zoals zoutnevel en olievlekken kunnen de isolatielaag beschadigen, waardoor de oppervlakteweerstand binnen 24 uur tot 1/10 van de oorspronkelijke waarde afneemt.
2. Typische storingsmodi
Elektrische storing: Bij spanningen boven 500 V ervaren zwakke punten (zoals pin-solderen) onmiddellijke storing, waardoor een grote hoeveelheid warmte vrijkomt.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000 V/mm), waardoor uiteindelijk kortsluiting ontstaat.
Statische accumulatie: Statische elektriciteit (tot 15 kV) gegenereerd door wrijving of inductie kan gevoelige apparaten zoals MOSFET's binnendringen en permanente schade veroorzaken.
2, Selectie en prestatie-eisen van isolatiematerialen
1. Basisisolatiematerialen
PCB-substraat: FR-4 (bestand tegen een spanning groter dan of gelijk aan 20 kV/mm) of PTFE (bestand tegen een temperatuur van 260 graden) verdient de voorkeur, en op papier gebaseerde fenolplaten (bestand tegen een spanning van slechts 5 kV/mm) moeten worden vermeden.
Afdichtingslijm: gebruik van twee- componenten epoxyhars (zoals EPON 828), met een volumeweerstand van 1 × 10 ¹⁵Ω· cm en een temperatuurbestendigheidsbereik van -60 graden tot+180 graden.
Isolatiepakking: Selecteer polyimide (PI) film (dikte 0,1 mm, bestand tegen spanning 10 kV), met stabiele diëlektrische constante (3,4-3,6) en verliestangens<0.005.
2. Speciale milieumaterialen
Vochtbestendige coating: spuit driebestendige verf (zoals Humisay 1B31) op het oppervlak van de PCB, met een waterabsorptiesnelheid van minder dan 0,1%, wat de isolatieweerstand met 2 ordes van grootte kan verhogen.
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 seconden (IEC 60112-standaard).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Zorg voor een betrouwbare verbinding met de aardedraad.
3, Isolatie-optimalisatieschema in structureel ontwerp
1. Kruipafstand en elektrische speling
Veiligheidsnorm: Volgens IEC 60664-1 moet de kruipafstand voor vervuilingsniveau 3 (industriële omgeving) bij een werkspanning van 240 V groter dan of gelijk zijn aan 3,2 mm, en moet de elektrische speling groter dan of gelijk zijn aan 2,0 mm.
Optimalisatiemaatregelen:
Stel isolatiesleuven in (breedte groter dan of gelijk aan 1 mm, diepte groter dan of gelijk aan 0,5 mm) rond de hoog-spanningspinnen
Het gebruik van SMD-componenten in plaats van componenten met doorlopende- gaten om de lengte van de pinbelichting te verkleinen
Plaats beschermtape (breedte groter dan of gelijk aan 2 mm) aan de rand van de printplaat om randontlading te voorkomen
2. Aardings- en afschermingsontwerp
Eénpuntsaarding: Magnetische kraalisolatie wordt gebruikt op de kruising van analoge en digitale circuits om aardlusinterferentie te voorkomen.
Behandeling van afschermingslagen:
De metalen schaal moet betrouwbaar contact maken met het PCB-grondvlak via veerplaten (contactweerstand<10m Ω)
Het dekkingspercentage van de gevlochten laag van de afgeschermde kabel moet groter zijn dan of gelijk zijn aan 90% en voor de aansluiting moet een krimpproces van 360 graden worden gebruikt
3. De impact van thermisch ontwerp op isolatie
Warmteafvoerpad: Zorg ervoor dat het koellichaam op een afstand groter dan of gelijk aan 5 mm van het hoog- spanningsgebied wordt gehouden, of gebruik een geïsoleerd thermisch kussen (zoals Bergquist GAP Pad) om het te isoleren.
Temperatuurbewaking: Installeer NTC-thermistors in de buurt van belangrijke componenten, zoals IC's voor achtergrondverlichting, om deratingbescherming te activeren wanneer de temperatuur hoger wordt dan 85 graden.
4, Belangrijke controlepunten van het installatieproces
1. Lassen en reinigen
Loodvrij solderen: gebruik van Sn Ag Cu-legering (smeltpunt 217 graden) om verslechtering van de isolatieprestaties veroorzaakt door loodverontreiniging te voorkomen.
Vloeimiddelresten: Gebruik een niet-reinigend vloeimiddel of gebruik ultrasone reiniging (frequentie 40 kHz, tijd 3 minuten) na het solderen om er zeker van te zijn dat er ionenresten achterblijven<1.5 μ g/cm ².
2. Mechanische bevestiging
Isolatieschroeven: gebruik PA66+30% GF-materiaal (bestand tegen een spanning van 15 kV) om te voorkomen dat metalen schroeven rechtstreeks in de printplaat dringen.
Drukregeling: Regel de vaste druk (0,5-0,7 N · m) met een momentsleutel om te voorkomen dat overmatige druk vervorming van de isolatiepakking veroorzaakt.
3. Afdichtingsproces
Vacuümontgassing: Vóór het sealen het colloïd vacuüm behandelen (druk<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Uithardingscontrole: Tweecomponenten epoxyhars moet 24 uur bij 25 graden worden uitgehard, of door hitte worden uitgehard (80 graden /2 uur) om de vernettingsdichtheid te vergroten.
5, testen en verifiëren van isolatieprestaties
1. Routinematig testen
Isolatieweerstandstest: Gebruik een megohmmeter van 500 V DC en de gemeten waarde moet groter zijn dan of gelijk zijn aan 100 M Ω (IEC 60529-standaard).
Spanningsbestendigheidstest: Pas 1500 V AC (1 minuut) of 2121 V DC (1 seconde) toe en de lekstroom moet zijn<5mA (UL 60950 standard).
2. Testen van omgevingssimulaties
Vochtige hittetest: Nadat het gedurende 96 uur in een omgeving van 85 graden /85% RH is geplaatst, moet de daling van de isolatieweerstand minder dan 50% zijn.
Zoutsproeitest: bij blootstelling aan een spuitomgeving met 5% NaCl-oplossing gedurende 48 uur is er geen corrosieproduct op het oppervlak.
Temperatuurcycli: voer 20 cycli uit tussen -40 graden en +85 graden zonder permanente verslechtering van de isolatieprestaties.
3. Betrouwbaarheidsverificatie op lange termijn
Versnelde levensduurtest: na 1000 uur continu gebruik bij 60 graden, 85% RH en 1,2 keer de nominale spanning, zou het uitvalpercentage minder dan 0,1% moeten zijn.
HALT-testen: Identificeer zwakke punten in het ontwerp door extreme omstandigheden, zoals snelle temperatuurveranderingen (-55 graden tot +125 graden/min) en willekeurige trillingen (50 g RMS).
6, Typische toepassingsgevallen
In het besturingssysteem van een bepaald olieboorplatform moet het LCD-instrument stabiel werken in een olieverontreinigde omgeving van 120 graden. Door de volgende maatregelen te implementeren:
Gebruik van PI dunne filmisolatiepakking (dikte 0,2 mm, temperatuurbestendigheid 300 graden)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 graden) om te voorkomen dat olievlekken zich hechten
Voor de afdichting wordt siliconenrubber (Shore A 30, temperatuurbestendigheid -60 graden tot +200 graden) gebruikt
Geverifieerd door de "Oil Mist Corrosion Test" in de IEC 60068-2-64 standaard
Het systeem heeft 5 jaar onafgebroken gewerkt, waarbij de isolatieweerstand altijd boven de 500M Ω werd gehouden en er zich geen elektrische storingen of kruipstoringen hebben voorgedaan.
