PCB multistrato ad alta tensione

Voglio progettare un PCB a quattro strati, dove sul secondo e sul secondo strato sono presenti tensioni fino a 600 V. Mentre trovo molte informazioni sulla spaziatura delle tracce, non trovo nulla sull'isolamento tra i diversi livelli. È possibile e sicuro avere una tensione (differenza) di 600 V tra due (o più) strati? Sto programmando di utilizzare un normale PCB FR4 e conosco la tensione di rottura di 300 V / mil. Ma anche la tensione di rottura è sicura?

Sì, dovresti stare bene purché ti occupi del design

IPC-2221 offre proprietà elettriche tipiche per materiali comuni (FR4, Polyimide ecc ...) e, come hai affermato, la resistenza elettrica è di circa 39kV / mm.

Un laminato rivestito di rame sarebbe quindi, in teoria, perfettamente in grado di resistere a 600V.

Detto questo ... Ci sono alcune considerazioni e non solo nel piano xy per quanto riguarda la separazione delle tracce (di nuovo IPC-2221)

1. Design degli angoli di pad e track. Arrotondali per mitigare l'accumulo di carica e massimizzare la tensione di inizio della corona. Questo è un must per le medie tensioni e non tanto con le basse tensioni di 600 V, a meno che l'altitudine non sia una vera considerazione.

2. FR4 assorbe abbastanza rapidamente l'umidità e questo riduce la capacità di resistenza elettrica.

3. Prepreg voiding (e anche laminazioni) Mentre in teoria la resistenza elettrica è di 39kV / mm, in pratica la produzione può provocare aree localizzate che non soddisfano questo.

La mia raccomandazione personale sarebbe quella di separare l'alta tensione tramite il preimpregnato anziché il laminato. Pre-preimpostare anche lo stackup per mitigare l'istanza di svuotamento (qual è la probabilità che si verifichino due occorrenze di svuotamenti?).

La suddivisione dielettrica per i laminati PCB è di solito testata con il metodo di prova IPC TM-650 2.5.6 per rotture del materiale e con il metodo di prova 2.5.6.2 per la rottura del materiale ; cioè strato a strato.

Il testo in 2.5.6 è:

Questo metodo descrive una procedura per determinare la capacità dei materiali isolanti rigidi di resistere alla rottura parallela alle laminazioni (o nel piano del materiale) quando sottoposti a tensioni estremamente elevate a frequenze di alimentazione CA standard di 50-60Hz.

Per passare 2.5.6, la ripartizione dielettrica è> 50kV / pollici, che fornisce una guida per le regole di dispersione e liquidazione , come hai già trovato.

Il testo per 2.5.6.2 è:

Questo metodo descrive una tecnica per valutare la capacità di un materiale isolante di resistere alla rottura elettrica perpendicolare al piano del materiale quando sottoposto a brevi tensioni elevate a frequenze di alimentazione CA standard di 50-60 Hz.

Un passaggio per la prova 2.5.6.2 è 30kV / mm o 750V / tu (limite di specifica). Per lo spessore laminato standard più sottile di 100 micron / 4 mila, che fornisce una tensione di rottura di 3kV. Anche con l'assorbimento di umidità, non mi aspetterei che i 600 V rappresentino un problema da strato a strato. Nota, tuttavia, le parole "a breve termine". Se il tuo setup avrà molto più tempo del test con tensioni elevate, per un certo margine declasserei il guasto del 50%.

Lo strato su strato per qualsiasi costruzione ragionevole dovrebbe quindi resistere facilmente a 600 V, anche se, come notato, lo svuotamento localizzato può causare una forza di rottura efficace inferiore.

L'uso di un doppio prepreg (anche come notato) è una cosa abbastanza comune da fare in questi casi per evitare problemi di annullamento, quindi il tuo stack potrebbe assomigliare a questo:

IPC2221A è lo standard, ma tende ad essere piuttosto conservativo (il che è una buona cosa in realtà in HV) ma è anche un po 'costoso. Lo uso ampiamente, ma è perché progetto l'avionica (tra le altre cose), dove gli effetti dell'altitudine sono piuttosto critici.

Anche gli altri commenti, come l'eliminazione di spigoli vivi sui binari, sono una buona pratica.