一, Principaux défis et modes de défaillance de l'isolation électrique
1. Dégradation de l’isolation causée par des facteurs environnementaux
Humidité élevée : lorsque l'humidité dépasse 85 % d'humidité relative, les molécules d'eau forment des chemins conducteurs à la surface des matériaux isolants, entraînant une diminution de la résistance d'isolation de plus de 50 %.
Cycle de température : sous une différence de température de -40 degrés à +85 degrés, la différence de coefficient de dilatation thermique du matériau peut provoquer des microfissures, réduisant ainsi la ligne de fuite de 30 %.
Pollution chimique : Les substances corrosives telles que le brouillard salin et les taches d'huile peuvent endommager la couche isolante, réduisant la résistance de surface à 1/10 de sa valeur initiale en 24 heures.
2. Modes de défaillance typiques
Panne électrique : À des tensions supérieures à 500 V, les points faibles (comme la soudure des broches) subissent une panne instantanée, libérant une grande quantité de chaleur.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), provoquant finalement un court-circuit.
Accumulation statique : l'électricité statique (jusqu'à 15 kV) générée par friction ou induction peut pénétrer dans les appareils sensibles tels que les MOSFET, provoquant des dommages permanents.
2, Exigences de sélection et de performance des matériaux d'isolation
1. Matériaux isolants de base
Substrat PCB : les matériaux FR-4 (résistant à une tension supérieure ou égale à 20 kV/mm) ou PTFE (résistant à une température de 260 degrés) doivent être préférés, et les panneaux phénoliques à base de papier (résistant à une tension de seulement 5 kV/mm) doivent être évités.
Adhésif d'étanchéité : utilisant une résine époxy à deux -composants (telle que EPON 828), avec une résistivité volumique de 1 × 10 ¹⁵Ω· cm et une plage de résistance à la température de -60 degrés à +180 degrés.
Joint d'isolation : sélectionnez un film en polyimide (PI) (épaisseur 0,1 mm, tension de tenue 10 kV), avec une constante diélectrique stable (3,4-3,6) et une tangente de perte<0.005.
2. Matériaux environnementaux spéciaux
Revêtement résistant à l'humidité : pulvérisez une peinture à trois épreuves (telle que Humisay 1B31) sur la surface du PCB, avec un taux d'absorption d'eau inférieur à 0,1 %, ce qui peut augmenter la résistance d'isolation de 2 ordres de grandeur.
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 secondes (norme CEI 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80 dB à 1 GHz) Assurez une connexion fiable avec le fil de terre.
3, schéma d'optimisation de l'isolation dans la conception structurelle
1. Distance d'isolement et distance électrique
Norme de sécurité : Conformément à la norme CEI 60664-1, la ligne de fuite pour le niveau de pollution 3 (environnement industriel) à une tension de fonctionnement de 240 V doit être supérieure ou égale à 3,2 mm et le dégagement électrique doit être supérieur ou égal à 2,0 mm.
Mesures d'optimisation :
Définissez des fentes d'isolation (largeur supérieure ou égale à 1 mm, profondeur supérieure ou égale à 0,5 mm) autour des broches haute tension-
Utiliser des composants CMS au lieu de-composants traversants pour réduire la longueur d'exposition des broches
Placez du ruban de protection (largeur supérieure ou égale à 2 mm) sur le bord du PCB pour éviter toute décharge de bord.
2. Conception de mise à la terre et de blindage
Mise à la terre en un seul point : une isolation par perle magnétique est utilisée à la jonction des circuits analogiques et numériques pour éviter les interférences de boucle de terre.
Traitement de la couche de blindage :
La coque métallique doit établir un contact fiable avec le plan de masse du PCB via des plaques à ressort (résistance de contact<10m Ω)
Le taux de couverture de la couche tressée du câble blindé doit être supérieur ou égal à 90 % et un processus de sertissage à 360 degrés doit être utilisé pour la terminaison.
3. L'impact de la conception thermique sur l'isolation
Chemin de dissipation thermique : assurez-vous que le dissipateur thermique est maintenu à une distance supérieure ou égale à 5 mm de la zone à haute tension-, ou utilisez un tampon thermique isolé (tel que Bergquist GAP Pad) pour l'isoler.
Surveillance de la température : installez des thermistances NTC à proximité des composants clés tels que les circuits intégrés de pilote de rétroéclairage pour déclencher une protection contre le déclassement lorsque la température dépasse 85 degrés.
4, points de contrôle clés du processus d'installation
1. Soudage et nettoyage
Soudure sans plomb : Utilisation de l'alliage Sn Ag Cu (point de fusion 217 degrés) pour éviter la dégradation des performances d'isolation causée par la contamination au plomb.
Résidu de flux : utilisez un flux non nettoyant ou utilisez un nettoyage par ultrasons (fréquence 40 kHz, durée 3 minutes) après le soudage pour garantir les résidus d'ions.<1.5 μ g/cm ².
2. Fixation mécanique
Vis d'isolation : utilisez un matériau PA66+30 % GF (résistant à une tension de 15 kV) pour éviter d'utiliser des vis métalliques pour pénétrer directement dans le PCB.
Contrôle de la pression : contrôlez la pression fixe (0,5-0,7N · m) à l'aide d'une clé dynamométrique pour éviter qu'une pression excessive ne provoque une déformation du joint d'isolation.
3. Processus de scellement
Dégazage sous vide : Avant de sceller, traiter sous vide le colloïde (pression<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Contrôle du durcissement : la résine époxy à deux composants doit être durcie à 25 degrés pendant 24 heures, ou durcie à la chaleur (80 degrés/2 heures) pour augmenter la densité de réticulation.
5, tests et vérification des performances d'isolation
1. Tests de routine
Test de résistance d'isolation : utilisez un mégohmmètre 500 V CC et la valeur mesurée doit être supérieure ou égale à 100 M Ω (norme CEI 60529).
Test de tenue à la tension : appliquez 1 500 V CA (1 minute) ou 2 121 V CC (1 seconde), et le courant de fuite doit être<5mA (UL 60950 standard).
2. Tests de simulation environnementale
Test de chaleur humide : après avoir été placé dans un environnement de 85 degrés/85 % RH pendant 96 heures, le taux de chute de la résistance d'isolation doit être inférieur à 50 %.
Test au brouillard salin : lorsqu'il est exposé à un environnement de pulvérisation de solution NaCl à 5 % pendant 48 heures, il n'y a aucun produit de corrosion sur la surface.
Cycle de température : effectuez 20 cycles entre -40 degrés et +85 degrés sans dégradation permanente des performances d'isolation.
3. Vérification de la fiabilité à long terme
Test de durée de vie accéléré : après un fonctionnement continu pendant 1 000 heures à 60 degrés, 85 % d'humidité relative et 1,2 fois la tension nominale, le taux de défaillance doit être inférieur à 0,1 %.
Tests HALT : identifiez les faiblesses de conception dans des conditions extrêmes telles que des changements rapides de température (-55 degrés à +125 degrés/min) et des vibrations aléatoires (50 g RMS).
6, cas d'application typiques
Dans le système de contrôle d'une certaine plate-forme de forage pétrolier, l'instrument LCD doit fonctionner de manière stable dans un environnement contaminé par le pétrole à 120 degrés. En mettant en œuvre les mesures suivantes :
Utilisation d'un joint d'isolation à couche mince PI (épaisseur 0,2 mm, résistance à la température 300 degrés)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 degrés) pour empêcher les taches d'huile d'adhérer
Le caoutchouc de silicone (Shore A 30, résistance à la température de -60 degrés à +200 degrés) est utilisé pour l'étanchéité.
Vérifié par le « Test de corrosion par brouillard d'huile » de la norme CEI 60068-2-64
Le système fonctionne en continu depuis 5 ans, avec une résistance d'isolement toujours maintenue au-dessus de 500 M Ω et aucune panne électrique ou défaut de fuite ne s'est produit.
