Введение в испытание печатных плат на выдерживаемое напряжение: наука, принципы, стандарты и основное значение.

Суть испытания на выдерживаемое напряжение заключается в следующем: Для обнаружения пробоя, перекрытия или превышения порогового значения тока утечки необходимо подать высокое напряжение, в несколько раз превышающее рабочее напряжение, между проводником печатной платы и проводником относительно земли на определенный период времени.Это позволяет имитировать экстремальные условия эксплуатации, такие как скачки напряжения от молнии, переходные перенапряжения при переключении и электростатические разряды во время работы оборудования, а также проверить запас прочности изоляционной системы. Если выдерживаемое напряжение печатной платы недостаточно, это приведет к утечке и помехам, а в худшем случае — к пробою и возгоранию, что может стать причиной несчастных случаев с персоналом и оборудованием. Особенно в таких высоконадежных областях, как электроснабжение, промышленное управление, возобновляемая энергетика и здравоохранение, испытания на выдерживаемое напряжение являются обязательным условием.

 

С физической точки зрения, сопротивление печатной платы определяется следующим образом: диэлектрическая прочность подложки, расстояние между проводниками, чистота поверхности и толщина диэлектрического слоя.Диэлектрическая прочность обычных пластин FR-4 составляет около 20-25 кВ/мм, а выдерживаемое напряжение алюминиевых подложек значительно ниже, чем у обычных жестких пластин, из-за тонкого изоляционного слоя (50-150 мкм). Когда электрическое поле превышает критическое значение материала, изоляционный слой разрушается, образуя проводящий канал и вызывая необратимые повреждения. Испытание на сопротивление напряжению позволяет заблаговременно выявить дефекты материала, конструктивные недостатки и проблемы процесса путем контролируемого высокого давления.

 

Общие стандарты тестирования в отрасли следующие: IPC-6012 (жесткие печатные платы), IPC-TM-650 (методы испытаний) в качестве сердечника и совместимы со стандартами безопасности IEC 62368-1, UL 60950, GB 4943 и другими. Формула расчета испытательного напряжения является общепринятым эмпирическим значением в отрасли: Испытательное напряжение = 2 × пиковое рабочее напряжение + 1000 ВНапример, при рабочем напряжении 250 В испытательное напряжение составляет около 1500 В. В этом случае усиление изоляции необходимо удвоить, и приоритет должен отдаваться конкретному уровню безопасности изделия. Стандартное время испытания составляет 60 секунд, а на линии массового производства его можно сократить до 1-3 секунд для быстрого тестирования, но отбор проб должен проводиться в течение всего испытания. Пороговое значение тока утечки обычно устанавливается ≤ 1 мА, а для высоковольтных пластин допустимое значение может быть снижено до 5 мА; если оно превышено, изделие считается некачественным.

 

Процесс тестирования состоит из четырех этапов: предварительная обработка, подключение проводов, тест на повышение напряжения, определение параметров и разряд. Предварительная обработка требует, чтобы печатная плата была сбалансирована при температуре 23±2°C и относительной влажности 50±5% в течение 24 часов для удаления поверхностного флюса, пыли и масла, чтобы избежать загрязнения, которое может привести к ошибочным выводам. При подключении проводов высокое напряжение подается на тестируемый проводник, а низкое напряжение — на другую сеть или заземление, при этом зонд должен находиться в точном контакте, чтобы избежать царапин на поверхности платы. Повышение напряжения происходит ступенчато, и скорость не превышает 100 В/с, чтобы предотвратить мгновенный ударный пробой. После тестирования необходимо полностью разрядить плату, чтобы избежать повреждения прибора остаточным зарядом.

 

Испытание на выдерживаемое напряжение делится на два режима: кондиционер и DC (DC). Испытание на выдерживаемое напряжение переменного тока является быстрым, подходит для проверки в серийном производстве и позволяет выявлять общие дефекты изоляции; испытание на выдерживаемое напряжение постоянного тока позволяет одновременно измерять ток утечки и сопротивление изоляции, что подходит для проверки надежности в высоковольтных платах и ​​в условиях повышенной влажности и высоких температур, где эти два параметра не могут произвольно совпадать. Объектами испытания являются: прилегающие высоковольтные и низковольтные линии, проводка и заземляющая плоскость, проводка и металлический корпус, внутренняя и внешняя изоляция многослойной платы и другие ключевые области.

 

Многие путают испытание на выдерживаемое напряжение с испытанием сопротивления изоляции. Основное различие заключается в следующем: испытание на выдерживаемое напряжение способность к разрушению, который представляет собой разрушающий критический тест; измерение сопротивления изоляции. целостность изоляции Это неразрушающий долговременный тест на работоспособность. Несоответствие требуемому напряжению означает наличие критических дефектов в изоляционном слое, а низкое сопротивление изоляции чаще всего обусловлено загрязнением, влажностью или недостаточным расчетным расстоянием между элементами.

 

Испытание на сопротивление напряжению является первой линией защиты электробезопасности печатных плат, выступая как стандартное требование, так и определяющий фактор качества. Понимание его принципов и технических характеристик позволяет эффективно предотвращать риски проектирования и повышать надежность продукции.