Mengapa rute celah udara untuk isolasi tegangan pada PCB?

Belajar tentang desain PCB untuk catu daya, saya sering melihat papan dengan celah yang dialihkan untuk memisahkan bagian tegangan rendah dan tinggi dari tata letak.

Mengapa harus repot-repot mengatur celah udara saat mengetsa tembaga harus membuat tingkat isolasi yang sama? Apakah tegangan tembus udara jauh lebih tinggi daripada FR4?

Saya berasumsi bahwa celah seperti itu digunakan untuk menghindari situasi di mana tembaga mungkin tidak terukir dengan sempurna.

Desain PCB tegangan tinggi

Desain PCB Tegangan Tinggi untuk pencegahan busur

Beberapa alasan mengapa:

1. Ketika arc-over terjadi, itu dapat menyebabkan karbonisasi (alias "terbakar") pada permukaan PCB. Ini bisa menghasilkan short permanen. Ini juga kerusakan yang tidak dapat dipulihkan, di mana tidak ada busur di udara (kecuali ada sesuatu yang salah). Ini akan sangat buruk jika lonjakan tegangan tinggi tunggal menciptakan pendek permanen, maka setiap sumber tegangan "tingkat rendah" masih akan memiliki jalur impedansi rendah yang tersedia.
2. Anda memiliki opsi untuk memasang perisai kekuatan dielektrik tinggi (sesuatu yang jauh lebih baik daripada FR4 / soldermask, dan lebih baik daripada udara).
3. Debu / kotoran dapat menumpuk di permukaan papan, mengurangi kekuatan dielektrik. Tidak banyak masalah (meskipun masih bisa menjadi masalah) jika permukaan itu tidak ada.
4. Pada tautan kedua, mereka melakukan beberapa percobaan di mana kelembaban memiliki efek drastis pada voltase rusak dari soldermask, dan efek yang lebih kecil (meskipun berpotensi masih signifikan) pada slot. Hasil terbaik mereka adalah dari melepas soldermask dan memotong slot (tidak ada hit kinerja yang signifikan).
5. Setiap kesalahan rambat yang tidak disengaja akan dihapus oleh router, meskipun sebenarnya ini harus ditangkap pada tahap desain, terutama dengan CAD modern. PCB mungkin tidak berfungsi dengan benar jika track memiliki sirkuit terbuka yang tidak terduga, dan membuat track berarus tinggi lebih kecil dapat menyebabkan masalah lain: P
6. Izin udara yang dibutuhkan tampaknya lebih kecil dari jarak rambat permukaan yang dibutuhkan permukaan.

Melihat sekilas beberapa tabel creepage / clearance:

tabel izin III

tabel rangkuman IV

tampaknya untuk mengkonfirmasi bahwa creepage distance> clearance distance, terutama dengan derajat polusi tinggi.

Tingkat polusi adalah ukuran bagaimana lingkungan dapat memengaruhi PCB Anda. Lihat: Desain untuk Debu .

Deskripsi berbagai tingkat polusi (tabel 1):

1. Tidak ada polusi atau hanya kering, polusi nonkonduktif, yang tidak memiliki pengaruh pada keamanan. Anda dapat mencapai tingkat polusi 1 melalui enkapsulasi atau penggunaan komponen yang tertutup rapat atau melalui pelapisan PCB yang sesuai.
2. Polusi nonkonduktif di mana kondensasi sementara sesekali dapat terjadi. Ini adalah lingkungan yang paling umum dan umumnya diperlukan untuk produk yang digunakan di rumah, kantor, dan laboratorium.
3. Polusi konduktif atau polusi nonkonduktif kering, yang dapat menjadi konduktif karena kondensasi yang diharapkan. Ini umumnya berlaku untuk lingkungan industri. Anda dapat menggunakan lampiran perlindungan masuknya (IP) untuk mencapai tingkat polusi 3.
4. Polusi yang menghasilkan konduktivitas persisten, seperti oleh hujan, salju, atau debu konduktif. Kategori ini berlaku untuk lingkungan luar dan tidak berlaku ketika standar produk menentukan penggunaan dalam ruangan.

Celah udara memiliki tingkat kerusakan jauh lebih tinggi daripada permukaan non-tembaga pada papan sirkuit. Ada dua mekanisme yang berperan - celah udara fisik (clearance) dan apa yang disebut "pelacakan" pada permukaan PCB (rambat).

Jarak Creepage. Rambat adalah jalur terpendek antara dua bagian konduktif (atau antara bagian konduktif dan permukaan pembatas peralatan) yang diukur di sepanjang permukaan insulasi. Jarak rambat yang tepat dan memadai melindungi terhadap pelacakan, proses yang menghasilkan jalur konduksi sebagian yang terlokalisasi pada permukaan bahan isolasi sebagai akibat dari muatan listrik pada atau dekat dengan permukaan isolasi. Tingkat pelacakan yang diperlukan tergantung pada dua faktor utama: indeks pelacakan komparatif (CTI) dari bahan dan tingkat polusi di lingkungan.

dan,

Jarak Jarak Bebas. Jarak bebas adalah jarak terpendek antara dua bagian konduktif (atau antara bagian konduktif dan permukaan pembatas peralatan) yang diukur melalui udara. Jarak bebas membantu mencegah kerusakan dielektrik antara elektroda yang disebabkan oleh ionisasi udara. Tingkat kerusakan dielektrik lebih lanjut dipengaruhi oleh kelembaban relatif, suhu, dan tingkat polusi di lingkungan.

Sebagai contoh praktis dari celah udara jarak PCB saya pernah merancang PSU tegangan tinggi (50kV dc). Tahap-tahap output adalah tripler dioda (tidak penting untuk contoh ini) tetapi PCB memasang dioda dan kapasitor yang mengambil 6kV dan mengubahnya menjadi 50kV harus memiliki lubang besar di sekitar komponen sehingga "lipatan" di papan sirkuit tidak dapat membuat langsung garis lurus melintasi permukaan PCB, alih-alih harus meliuk di sekitar slot dan lubang dan ini memberikannya kemampuan tegangan tembus yang jauh lebih tinggi.

Ada pertanyaan serupa pada pertukaran stack di sini yang memiliki tabel voltase dan celah untuk creapage dan clearance.