Hochspannungs-Mehrschichtplatine

Ich möchte eine vierschichtige Leiterplatte entwerfen, bei der auf der oberen und zweiten Schicht eine Spannung von bis zu 600 V anliegt. Während ich viele Informationen über den Spurabstand finde, finde ich nichts über die Isolation zwischen den verschiedenen Ebenen. Ist es möglich und sicher, zwischen zwei (oder mehr) Schichten eine Spannung (Differenz) von 600 V zu haben? Ich plane die Verwendung einer normalen FR4-Platine und kenne die Durchbruchspannung von 300 V / mil. Aber ist die Durchbruchspannung auch sicher?

Ja, es sollte dir gut gehen, solange du dich um das Design kümmerst

Der IPC-2221 bietet typische elektrische Eigenschaften für gängige Materialien (FR4, Polyimid usw.). Wie Sie bereits angegeben haben, liegt die elektrische Festigkeit bei etwa 39 kV / mm.

Ein kupferkaschiertes Laminat wäre daher theoretisch perfekt in der Lage, 600 V zu widerstehen.

Das heißt ... Es gibt einige Überlegungen und nicht nur in der xy-Ebene in Bezug auf die Spurentrennung (wieder IPC-2221)

1. Pad & Track Corner Design. Runden Sie sie ab, um den Ladungsaufbau zu verringern und die Corona-Anfangsspannung zu maximieren. Dies ist ein Muss für mittlere Spannungen und nicht so sehr für die niedrigen Spannungen von 600 V, es sei denn, die Höhe ist eine echte Überlegung.

2. FR4 nimmt Feuchtigkeit sehr leicht auf und dies verringert die elektrische Festigkeit.

3. Prepreg-Entleerung (und auch Laminierungen) Während theoretisch die elektrische Festigkeit 39 kV / mm beträgt, kann die Herstellung in der Praxis zu lokalisierten Bereichen führen, die diese nicht erfüllen.

Meine persönliche Empfehlung wäre, die Hochspannung über das Prepreg anstelle des Laminats zu trennen. Verdoppeln Sie den Stapel ebenfalls doppelt, um die Entleerung zu verringern (wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Entleerungen übereinstimmen?).

Der dielektrische Durchschlag für Leiterplattenlaminate wird normalerweise nach der IPC TM-650- Prüfmethode 2.5.6 auf Durchbrüche im Material und nach der Prüfmethode 2.5.6.2 auf den Durchbruch durch das Material geprüft . dh Schicht zu Schicht.

Der Text in 2.5.6 lautet:

Dieses Verfahren beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Fähigkeit starrer Isoliermaterialien, einem Durchschlag parallel zu Laminierungen (oder in der Ebene des Materials) zu widerstehen, wenn sie extrem hohen Spannungen bei Standard-Wechselstromfrequenzen von 50 bis 60 Hz ausgesetzt werden.

Um 2.5.6 zu bestehen, beträgt der dielektrische Durchschlag> 50 kV / Zoll, was , wie Sie bereits festgestellt haben , eine Anleitung für die Creepage- und Clearance- Regeln gibt .

Der Text für 2.5.6.2 lautet:

Dieses Verfahren beschreibt eine Technik zur Bewertung der Fähigkeit eines Isoliermaterials, einem elektrischen Durchschlag senkrecht zur Materialebene zu widerstehen, wenn es kurzfristig hohen Spannungen bei Standard-Wechselstromfrequenzen von 50 bis 60 Hz ausgesetzt wird.

Ein Pass für Test 2.5.6.2 ist 30 kV / mm oder 750 V / Tausend (Spezifikationsgrenze). Für die dünnste Standardlaminatdicke von 100 Mikron / 4 Tausend ergibt dies eine Durchbruchspannung von 3 kV. Selbst bei Feuchtigkeitsaufnahme würde ich nicht erwarten, dass 600 V Schicht für Schicht ein Problem darstellen. Beachten Sie jedoch die Wörter "kurzfristig". Wenn Ihr Setup viel länger als der Test mit erhöhten Spannungen sein wird, würde ich den Durchschlag für einen gewissen Spielraum um 50% herabsetzen.

Schicht für Schicht für jede vernünftige Konstruktion sollte daher leicht 600 V standhalten, obwohl, wie erwähnt, eine lokalisierte Entleerung geringere effektive Durchschlagfestigkeiten verursachen kann.

Die Verwendung eines doppelten Prepregs (auch wie angegeben) ist in diesen Fällen ziemlich häufig, um Probleme mit dem Entleeren zu vermeiden. Ihr Stack könnte also ungefähr so ​​aussehen:

IPC2221A ist der Standard, aber es ist eher konservativ (was in HV wirklich gut ist), aber es ist auch ein bisschen teuer. Ich benutze es ausgiebig, aber das liegt daran, dass ich (unter anderem) Avionik entwerfe, bei der Höheneffekte sehr kritisch sind.

Die anderen Kommentare, wie das Eliminieren scharfer Ecken auf Schienen, sind ebenfalls eine gute Praxis.