我想设计一个四层 PCB,顶层和第二层的电压高达 600V。虽然我找到了很多关于走线间距的信息,但我没有找到任何关于不同层之间隔离的信息。在两个(或更多)层之间有 600V 的电压(差)是否可能且安全?我打算使用普通的 FR4 PCB,我知道击穿电压为 300V/mil。但是击穿电压也安全吗?
高压多层PCB
PCB 层压板的介电击穿通常按照IPC TM-650测试方法2.5.6测试材料击穿和测试方法2.5.6.2测试材料击穿;即层到层。
2.5.6中的文字是:
该方法描述了一种程序,用于确定刚性绝缘材料在承受 50-60Hz 标准交流电源频率下的极高电压时抵抗平行于叠片(或在材料平面内)击穿的能力。
要通过 2.5.6,介电击穿大于 50kV/英寸,这为爬电和电气间隙规则提供了指导,正如您已经发现的那样。
2.5.6.2 的文本是:
该方法描述了一种技术,用于评估绝缘材料在 50-60 Hz 标准交流电源频率下承受短期高压时抵抗垂直于材料平面的电击穿的能力。
测试 2.5.6.2 的通过是 30kV/mm 或 750V/thou(规范限制)。对于 100 微米/4 thou 的最薄标准层压板厚度,其击穿电压为 3kV。即使有吸湿性,我也不认为 600V 会成为层到层的问题。但是,请注意“短期”一词。如果您的设置比使用升高电压的测试要长得多,我会将击穿率降低 50% 以获得一定的余量。
因此,对于任何合理的结构,层对层都应该很容易承受 600V,尽管如前所述,局部空洞会导致较低的有效击穿强度。
在这些情况下,使用双预浸料(也如上所述)是很常见的做法,以避免出现空洞问题,因此您的堆栈可能如下所示:
IPC2221A是标准,但它往往相当保守(这在 HV 中确实是一件好事)但它也有点贵。我确实广泛使用它,但那是因为我设计了航空电子设备(除其他外),其中高度效应非常关键。
其他评论,例如消除轨道上的尖角,也是一个很好的做法。
是的,只要您注意设计,就应该没问题
IPC-2221 为常见材料(FR4、聚酰亚胺等)提供了典型的电气特性,正如您所说,电气强度约为 39kV/mm。
因此,理论上,覆铜层压板完全能够承受 600V。
就是说......有一些考虑因素,而不仅仅是在 xy 平面上关于迹线分离(再次 IPC-2221)
垫和轨道角设计。将它们四舍五入以减轻电荷积聚并最大化电晕起始电压。这对于中压来说是必须的,而对于 600V 的低压则不是这样,除非高度是一个真正的考虑因素。
FR4 很容易吸收水分,这会降低抗电强度。
预浸料空洞(以及叠层) 虽然理论上电气强度为 39kV/mm,但在实践中制造可能会导致局部区域不符合此要求。
我个人的建议是通过预浸料而不是层压板来分离高压。对叠层进行双预浸以减轻空洞的情况(两个空洞出现对齐的概率是多少?)。