一, אתגרי ליבה ואופני כשל של בידוד חשמלי
1. השחתת בידוד הנגרמת על ידי גורמים סביבתיים
לחות גבוהה: כאשר הלחות עולה על 85% RH, מולקולות מים יוצרות מסלולים מוליכים על פני השטח של חומרי בידוד, וכתוצאה מכך ירידה של התנגדות הבידוד ביותר מ-50%.
מחזור טמפרטורה: תחת הפרש טמפרטורה של -40 מעלות עד +85 מעלות, ההבדל במקדם ההתפשטות התרמית של החומר עלול לגרום למיקרו-סדקים, ולהקטין את מרחק הזחילה ב-30%.
זיהום כימי: חומרים קורוזיביים כמו תרסיס מלח וכתמי שמן עלולים לפגוע בשכבת הבידוד ולהפחית את עמידות פני השטח ל-1/10 מערכו ההתחלתי תוך 24 שעות.
2. מצבי כשל אופייניים
קלקול חשמלי: במתחים מעל 500V, נקודות תורפה (כגון הלחמת סיכות) חוות התמוטטות מיידית, ומשחררת כמות גדולה של חום.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), בסופו של דבר גורם לקצר חשמלי.
הצטברות סטטית: חשמל סטטי (עד 15kV) הנוצר מחיכוך או אינדוקציה עלול לחדור להתקנים רגישים כגון MOSFETs ולגרום לנזק קבוע.
2, דרישות בחירה וביצועים של חומרי בידוד
1. חומרי בידוד בסיסיים
מצע PCB: יש להעדיף חומרים FR-4 (עמיד במתח גדול מ-20kV/mm או שווה ל-20kV/mm) או PTFE (עמיד בטמפרטורה של 260 מעלות), ויש להימנע מלוחות פנולים מבוססי נייר (עמידים במתח של 5kV/mm בלבד).
דבק איטום: באמצעות שרף אפוקסי דו--רכיבי (כגון EPON 828), עם התנגדות נפח של 1 × 10 ¹⁵Ω· ס"מ וטווח עמידות בטמפרטורה של -60 מעלות עד +180 מעלות.
אטם בידוד: סרט פוליאימיד (PI) בחר (עובי 0.1 מ"מ, עמיד במתח 10kV), עם קבוע דיאלקטרי יציב (3.4-3.6) ואבדן משיק<0.005.
2. חומרים סביבתיים מיוחדים
ציפוי עמיד בפני לחות: ריסוס צבע עמיד בשלושה (כגון Humisay 1B31) על פני השטח של PCB, עם קצב ספיגת מים של פחות מ-0.1%, מה שיכול להגביר את עמידות הבידוד ב-2 סדרי גודל.
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 שניות (תקן IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )הבטח חיבור אמין עם חוט ההארקה.
3, ערכת אופטימיזציה של בידוד בתכנון מבני
1. מרחק זחילה ומרווח חשמלי
תקן בטיחות: בהתאם לתקן IEC 60664-1, מרחק הזחילה עבור רמת זיהום 3 (סביבה תעשייתית) במתח עבודה של 240V חייב להיות גדול או שווה ל-3.2 מ"מ, והמרווח החשמלי חייב להיות גדול או שווה ל-2.0 מ"מ.
אמצעי אופטימיזציה:
הגדר חריצי בידוד (רוחב גדול מ-1 מ"מ או שווה ל-1 מ"מ, עומק גדול או שווה ל-0.5 מ"מ) סביב פיני המתח הגבוה-
שימוש ברכיבי SMD במקום רכיבים דרך-חור כדי להפחית את אורך חשיפת הפינים
הגדר סרט מגן (רוחב גדול מ-2 מ"מ או שווה ל-2 מ"מ) בקצה ה-PCB כדי למנוע פריקת קצה
2. עיצוב הארקה ומיגון
הארקה נקודתית אחת: בידוד חרוז מגנטי משמש במפגש של מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים כדי למנוע הפרעות בלולאת הארקה.
טיפול בשכבת מיגון:
מעטפת המתכת צריכה ליצור מגע אמין עם מישור ההארקה של PCB דרך לוחות קפיצים (התנגדות למגע<10m Ω)
שיעור הכיסוי של השכבה הקלועה של הכבל הממוגן צריך להיות גדול או שווה ל-90%, ויש להשתמש בתהליך כיווץ של 360 מעלות לסיום
3. השפעת התכנון התרמי על הבידוד
נתיב פיזור חום: ודא שגוף הקירור נשמר במרחק גדול או שווה ל-5 מ"מ מאזור המתח הגבוה-, או השתמש ברפידה תרמית מבודדת (כגון Bergquist GAP Pad) כדי לבודד אותו.
ניטור טמפרטורה: התקן תרמיסטורים NTC ליד רכיבים מרכזיים כגון ICs של מנהל ההתקן של תאורה אחורית כדי להפעיל הגנת הורדה כאשר הטמפרטורה עולה על 85 מעלות.
4, נקודות בקרה מרכזיות בתהליך ההתקנה
1. ריתוך וניקוי
הלחמה נטולת עופרת: שימוש בסגסוגת Sn Ag Cu (נקודת התכה 217 מעלות) כדי למנוע פגיעה בביצועי הבידוד הנגרמת על ידי זיהום עופרת.
שאריות שטף: השתמש בשטף שאינו מנקה או השתמש בניקוי קולי (תדר 40kHz, זמן 3 דקות) לאחר ההלחמה כדי להבטיח שאריות יונים<1.5 μ g/cm ².
2. קיבוע מכני
ברגי בידוד: השתמש בחומר PA66+30% GF (עמיד במתח 15kV) כדי להימנע משימוש בברגי מתכת כדי לחדור ישירות ל-PCB.
בקרת לחץ: בקרת הלחץ הקבוע (0.5-0.7N · m) באמצעות מפתח מומנט כדי למנוע מלחץ מוגזם לגרום לעיוות של אטם הבידוד.
3. תהליך איטום
הסרת גז בוואקום: לפני האיטום, טפל בוואקום בקולואיד (לחץ<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
בקרת אשפרה: יש לרפא שרף אפוקסי דו-רכיבי ב-25 מעלות למשך 24 שעות, או לרפא בחום (80 מעלות/שעתיים) כדי להגביר את צפיפות ההצלבה.
5, בדיקת ביצועי בידוד ואימות
1. בדיקות שגרתיות
בדיקת התנגדות בידוד: השתמש במגוהמטר 500V DC, והערך הנמדד צריך להיות גדול או שווה ל-100M Ω (תקן IEC 60529).
בדיקת עמידה במתח: הפעל 1500V AC (דקה אחת) או 2121V DC (שנייה אחת), וזרם הדליפה צריך להיות<5mA (UL 60950 standard).
2. בדיקת סימולציה סביבתית
בדיקת חום לח: לאחר מיקום בסביבה של 85 מעלות /85% RH במשך 96 שעות, שיעור ירידת התנגדות הבידוד צריכה להיות פחות מ-50%.
בדיקת ריסוס מלח: בחשיפה לסביבת ריסוס 5% NaCl למשך 48 שעות, אין מוצר קורוזיה על פני השטח.
מחזורי טמפרטורה: בצע 20 מחזורים בין -40 מעלות ל-+85 מעלות ללא פגיעה קבועה בביצועי הבידוד.
3. אימות אמינות לטווח ארוך
בדיקת חיים מואצת: לאחר פעולה רציפה במשך 1000 שעות ב-60 מעלות, 85% RH, ופי 1.2 מהמתח המדורג, שיעור הכשל צריך להיות פחות מ-0.1%.
בדיקת HALT: זיהוי חולשות בתכנון באמצעות תנאים קיצוניים כגון שינויי טמפרטורה מהירים (-55 מעלות ל-+125 מעלות/דקה) ורעידות אקראיות (50 גרם RMS).
6, מקרי יישום אופייניים
במערכת הבקרה של פלטפורמת קידוח נפט מסוימת, ה-LCD של המכשיר צריך לעבוד ביציבות בסביבה מזוהמת שמן של 120 מעלות. על ידי יישום האמצעים הבאים:
באמצעות אטם בידוד סרט דק PI (עובי 0.2 מ"מ, עמידות בטמפרטורה 300 מעלות)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 מעלות) כדי למנוע הידבקות כתמי שמן
גומי סיליקון (Shore A 30, עמידות בטמפרטורה -60 מעלות ל-+200 מעלות) משמש לאיטום
מאומת על ידי "בדיקת קורוזיה של ערפל שמן" בתקן IEC 60068-2-64
המערכת פועלת ברציפות במשך 5 שנים, כאשר התנגדות הבידוד נשמרת תמיד מעל 500M Ω ולא התרחשו תקלות חשמליות או תקלות זחילה.
