Test wytrzymałości napięciowej PCB Wprowadzenie Nauka: zasady, normy i podstawowe znaczenie

Istotą próby napięcia wytrzymywanego jest przyłożyć wysokie napięcie kilkakrotnie wyższe od napięcia roboczego pomiędzy przewodem PCB a przewodem i ziemią na określony czas, aby wykryć, czy występuje przebicie, przeskok lub przekroczenie progu prądu upływuSymuluje ekstremalne warunki pracy, takie jak przepięcia piorunowe, przepięcia przejściowe i wyładowania elektrostatyczne podczas pracy urządzeń, a także weryfikuje margines bezpieczeństwa systemu izolacji. Niewystarczające napięcie wytrzymywane przez płytkę PCB spowoduje wycieki i zakłócenia sygnałów, a w najgorszym przypadku awarię i pożar, powodując wypadki zagrażające bezpieczeństwu ludzi i urządzeń. Szczególnie w dziedzinach o wysokiej niezawodności, takich jak zasilanie, sterowanie przemysłowe, nowe źródła energii i opieka medyczna, testowanie napięcia wytrzymywanego jest kwestią sporną.

 

Z punktu widzenia fizycznego rezystancję napięciową płytki PCB określa się za pomocą wytrzymałość dielektryczna podłoża, odstępy między przewodnikami, czystość powierzchni i grubość warstwy dielektrycznejWytrzymałość dielektryczna konwencjonalnych płyt FR-4 wynosi około 20-25 kV/mm, a napięcie wytrzymywane podłoży aluminiowych jest znacznie niższe niż w przypadku zwykłych płyt sztywnych ze względu na cienką warstwę izolacyjną (50-150 μm). Gdy pole elektryczne przekracza wartość krytyczną materiału, warstwa izolacyjna ulega przebiciu, tworząc kanał przewodzący i powodując nieodwracalne uszkodzenia. Badanie rezystancji napięciowej ma na celu wcześniejsze wykrycie wad materiałowych, konstrukcyjnych i problemów procesowych poprzez kontrolowane wysokie ciśnienie.

 

Standardy testowe stosowane w branży to: IPC-6012 (płytki sztywne), IPC-TM-650 (metody badań) jako rdzeń i są zgodne z normami IEC 62368-1, UL 60950, GB 4943 i innymi normami bezpieczeństwa. Wzór na obliczenie napięcia testowego to powszechnie stosowana w branży wartość empiryczna: napięcie testowe = 2× szczytowe napięcie robocze + 1000 VNa przykład, przy napięciu roboczym 250 V, napięcie testowe wynosi około 1500 V. Na tej podstawie należy podwoić wzmocnienie izolacji, a nadrzędny będzie poziom bezpieczeństwa konkretnego produktu. Standardowy czas testu wynosi 60 sekund, a linia produkcyjna może zostać skrócona do 1-3 sekund w celu szybkiego przeprowadzenia testu, ale próbkowanie musi być przeprowadzone w pełnym zakresie czasu trwania testu. Próg prądu upływu jest zazwyczaj ustawiony na ≤ 1 mA, a płycina wysokonapięciowa może zostać obniżona do 5 mA. Jeśli próg zostanie przekroczony, zostanie uznana za niekwalifikowaną.

 

Proces testowania składa się z czterech etapów: wstępnej obróbki, okablowania, testu boost, określenia napięcia i rozładowania. Wstępna obróbka wymaga wyważenia płytki PCB w temperaturze 23 ± 2°C i wilgotności względnej 50 ± 5% przez 24 godziny, aby usunąć topnik powierzchniowy, kurz i olej, co pozwoli uniknąć zanieczyszczeń mogących prowadzić do błędnej oceny sytuacji. Podczas okablowania, wysokie napięcie jest doprowadzane do testowanego przewodu, a niskie napięcie do innej sieci lub uziemienia. Sonda musi być precyzyjnie dociśnięta, aby uniknąć zarysowania powierzchni płytki. Podwyższanie napięcia jest stopniowane, a jego częstotliwość nie przekracza 100 V/s, aby zapobiec natychmiastowemu przebiciu udarowemu. Po teście płytka musi zostać całkowicie rozładowana, aby uniknąć uszkodzenia urządzenia lub uszkodzenia ładunku resztkowego.

 

Badanie wytrzymałości napięciowej dzieli się na dwa tryby: AC I Prąd stały (prąd stały). Test wytrzymałości na napięcie przemienne jest szybki, odpowiedni do badań przesiewowych w produkcji masowej i umożliwia wykrycie ogólnych defektów izolacji. Test wytrzymałości na napięcie stałe pozwala jednocześnie mierzyć prąd upływu i rezystancję izolacji, co jest przydatne do weryfikacji niezawodności w płytach wysokiego napięcia oraz w wilgotnych i gorących środowiskach, a oba te elementy nie mogą być dowolnie wymieniane. Obiekty testowe obejmują: sąsiednie linie wysokiego i niskiego napięcia, okablowanie i płaszczyznę uziemienia, okablowanie i metalową obudowę, wewnętrzną i zewnętrzną izolację płyt wielowarstwowych oraz inne kluczowe obszary.

 

Wiele osób myli test wytrzymałości napięciowej z testem rezystancji izolacji. Zasadnicza różnica polega na tym, że test wytrzymałości napięciowej zdolność do awarii, który jest destrukcyjnym testem krytycznym; Pomiar rezystancji izolacji integralność izolacji i jest to nieniszcząca, długoterminowa próba wydajności. Nieprawidłowa wytrzymałość napięciowa oznacza, że ​​warstwa izolacji ma poważne wady, a niska rezystancja izolacji jest najczęściej spowodowana zanieczyszczeniem, wilgocią lub niewystarczającymi odstępami projektowymi.

 

Badanie rezystancji napięciowej to pierwsza linia obrony bezpieczeństwa elektrycznego PCB, będąc zarówno standardowym wymogiem, jak i podstawą jakości. Zrozumienie jego zasad i specyfikacji pozwala skutecznie uniknąć ryzyka projektowego i poprawić niezawodność produktu.