Perché instradare i vuoti d'aria per l'isolamento della tensione sui PCB?

Conoscendo la progettazione dei PCB per gli alimentatori, vedo spesso schede con lacune indirizzate per separare sezioni di bassa e alta tensione del layout.

Perché andare al problema di instradare un vuoto d'aria quando si attacca il rame dovrebbe creare lo stesso livello di isolamento? La tensione di rottura dell'aria è molto più alta di FR4?

Presumo che tali lacune vengano utilizzate per evitare situazioni in cui il rame non può essere inciso perfettamente.

Design PCB ad alta tensione

Design PCB ad alta tensione per la prevenzione dell'arco

Alcuni motivi per cui:

1. Quando si verifica un arc-over, potrebbe causare carbonizzazione (nota anche come "combustione") sulla superficie del PCB. Ciò potrebbe tradursi in un corto permanente. Questo è anche un danno irreversibile, laddove non lo è l'arco in aria (a meno che qualcos'altro vada storto). Ciò sarebbe particolarmente negativo se un singolo picco di alta tensione creasse un cortocircuito permanente, quindi qualsiasi sorgente di tensione "di basso livello" avrebbe comunque un percorso a bassa impedenza disponibile.
2. Hai la possibilità di installare uno scudo ad alta rigidità dielettrica (qualcosa di molto meglio di FR4 / soldermask e migliore dell'aria).
3. Polvere / sporco possono accumularsi su una superficie del pannello, riducendo la rigidità dielettrica. Non è un grosso problema (anche se potrebbe ancora essere un problema) se quella superficie non è lì.
4. Nel secondo collegamento, hanno fatto alcuni esperimenti in cui l'umidità ha avuto un effetto drastico sulla tensione di rottura del soldermask e un effetto più piccolo (sebbene potenzialmente ancora significativo) su uno slot. Il loro miglior risultato è stato la rimozione del soldermask e il taglio di uno slot (nessun risultato significativo).
5. Eventuali errori involontari di dispersione verranno rimossi dal router, anche se in realtà questo dovrebbe essere colto in fase di progettazione, specialmente con il CAD moderno. Il PCB potrebbe non funzionare correttamente se le tracce hanno circuiti aperti imprevisti e la riduzione di una traccia ad alta corrente potrebbe causare altri problemi: P
6. Il gioco d'aria richiesto sembra essere inferiore alla distanza di dispersione superficiale richiesta dalla superficie.

Una rapida occhiata ad alcune tabelle di dispersione / gioco:

tabella delle distanze III

tabella di dispersione IV

sembra confermare che creepage distance> clearance distance, soprattutto con livelli di inquinamento più elevati.

Il grado di inquinamento è una misura di come l'ambiente potrebbe influire sul PCB. Vedi: Design for Dust .

Descrizione di vari gradi di inquinamento (tabella 1):

1. Nessun inquinamento o solo inquinamento secco, non conduttivo, che non influisce sulla sicurezza. È possibile raggiungere il grado di inquinamento 1 attraverso l'incapsulamento o l'uso di componenti ermeticamente sigillati o attraverso il rivestimento conforme dei PCB.
2. Inquinamento non conduttivo in cui può verificarsi occasionalmente condensa temporanea. Questo è l'ambiente più comune e generalmente è richiesto per i prodotti utilizzati in case, uffici e laboratori.
3. Inquinamento conduttivo o inquinamento secco non conduttivo, che potrebbe diventare conduttivo a causa della condensa prevista. Ciò si applica generalmente agli ambienti industriali. È possibile utilizzare custodie con protezione di ingresso (IP) per raggiungere il grado di inquinamento 3.
4. Inquinamento che genera conduttività persistente, ad esempio pioggia, neve o polvere conduttiva. Questa categoria si applica agli ambienti esterni e non è applicabile quando lo standard del prodotto specifica l'uso interno.

Un gap d'aria ha un livello di rottura molto più elevato rispetto alle superfici non ramate su un circuito. Ci sono due meccanismi in gioco: il traferro fisico (gioco) e quello che viene chiamato "tracking" sulle superfici del PCB (scorrimento).

Distanza di dispersione. La dispersione è il percorso più breve tra due parti conduttive (o tra una parte conduttiva e la superficie di delimitazione dell'attrezzatura) misurata lungo la superficie dell'isolamento. Una distanza di dispersione adeguata e adeguata protegge dal tracciamento, un processo che produce un percorso parzialmente conduttivo di deterioramento localizzato sulla superficie di un materiale isolante a seguito delle scariche elettriche su o vicino a una superficie di isolamento. Il grado di tracciabilità richiesto dipende da due fattori principali: l'indice di tracciabilità comparativa (CTI) del materiale e il grado di inquinamento nell'ambiente.

e,

Distanza di sicurezza. Il gioco è la distanza più breve tra due parti conduttive (o tra una parte conduttiva e la superficie di delimitazione dell'attrezzatura) misurata attraverso l'aria. La distanza di sicurezza aiuta a prevenire la rottura dielettrica tra gli elettrodi causata dalla ionizzazione dell'aria. Il livello di guasto dielettrico è ulteriormente influenzato dall'umidità relativa, dalla temperatura e dal grado di inquinamento nell'ambiente.

Come esempio pratico di intercapedine d'aria sulla distanza del PCB, una volta ho progettato un alimentatore ad alta tensione (50 kV cc). Gli stadi di uscita erano triplicatori di diodi (non importante per questo esempio) ma il PCB che montava i diodi e i condensatori che prendevano 6kV e lo trasformava in 50kV doveva avere grandi buchi attorno ai componenti, quindi la "piega" attraverso il circuito non poteva fare un diretto linea retta attraverso la superficie del PCB, piuttosto ha dovuto intrecciare le fessure e i fori e questo gli ha dato capacità di tensione di rottura significativamente più elevate.

C'è una domanda simile sullo scambio di stack qui che ha tabelle di tensioni e lacune per creapage e gioco.