PCB nhiều lớp giải quyết vấn đề điện áp chịu đựng giữa các lớp như thế nào

Trong các thiết bị điện tử điện áp cao, từ nguồn điện công nghiệp đến máy hình ảnh y tế, PCB đa lớp phải đối mặt với một thách thức quan trọng:đảm bảo cách nhiệt đáng tin cậy giữa các lớp để ngăn ngừa hỏng điệnKhông giống như PCB đơn hoặc hai lớp, có ít lớp để cách nhiệt, PCB đa lớp xếp chồng 3 + lớp đồng, tạo ra nhiều điểm tiềm năng cho rò rỉ điện áp hoặc cung.thông qua các vật liệu điện môi tiên tiến, thiết kế chính xác, và sản xuất nghiêm ngặt, PCB đa lớp không chỉ giải quyết các vấn đề chịu điện áp mà còn cung cấp hiệu suất và độ bền vượt trội.Hướng dẫn này giải thích cách PCB đa lớp giải quyết các thách thức điện áp giữa các lớp, từ lựa chọn vật liệu đến thử nghiệm, và tại sao các đối tác như LT CIRCUIT rất quan trọng cho các thiết kế an toàn, điện áp cao.

Những điểm quan trọng
1Các vật liệu điện đệm là nền tảng: Các vật liệu chất lượng cao như FR-4 (epoxy + sợi thủy tinh) hoặc các chất điện đệm được tăng cường bằng hạt nano ngăn chặn rò rỉ điện áp, chịu được 200-500V mỗi ml độ dày.
2. Kiểm soát cách điện chính xác: Độ dày cách điện (tối thiểu 2,56 mm cho IPC lớp 3) và khoảng cách lớp (tối thiểu 8 mm) ngăn chặn đường kẽm và mạch ngắn.
3Các vấn đề thiết kế xếp chồng lên nhau: Đặt chồng lớp, mặt đất / máy bay điện chuyên dụng và các lớp tín hiệu tách biệt làm giảm căng thẳng điện áp và tiếng ồn.
4Kiểm tra nghiêm ngặt là không thể thương lượng: Microsectioning, chu kỳ nhiệt và thử nghiệm chống cách nhiệt bề mặt (SIR) bắt điểm yếu trước khi chúng gây ra sự thất bại.
5Độ chính xác sản xuất: Lamination được kiểm soát (170 ~ 180 ° C, 200 ~ 400 PSI) và xử lý oxit đảm bảo liên kết lớp mạnh mẽ và cách nhiệt nhất quán.

Tại sao chống điện áp cho PCB đa lớp
Năng lượng chống điện (còn được gọi là điện áp chống điện) là điện áp tối đa mà một PCB có thể xử lý mà không bị hỏng điện khi dòng chảy rò rỉ giữa các lớp, gây ra ngắn, cung,hoặc thậm chí là cháy.Đối với PCB đa lớp, thách thức này được tăng cường bởi vì:

1Nhiều lớp hơn = nhiều điểm cách nhiệt: Mỗi cặp lớp đồng đòi hỏi cách nhiệt đáng tin cậy, làm tăng nguy cơ hỏng nếu bất kỳ lớp nào bị tổn thương.
2Ứng dụng điện áp cao đòi hỏi độ nghiêm ngặt: Các bộ điều khiển công nghiệp (480V), thiết bị y tế (230V) và hệ thống ô tô (400V pin EV) cần PCB chịu được căng thẳng điện áp liên tục.
3Các yếu tố môi trường làm trầm trọng thêm rủi ro: Độ ẩm, nhiệt và rung động có thể làm suy giảm cách điện theo thời gian, làm giảm điện áp chịu và rút ngắn tuổi thọ của thiết bị.

Một sự cố cách điện duy nhất có thể có hậu quả thảm khốc, ví dụ, một sự cố ngắn trong PCB pin EV có thể gây thoát nhiệt, trong khi một rò rỉ trong PCB MRI y tế có thể làm gián đoạn chăm sóc bệnh nhân.PCB đa lớp giải quyết những rủi ro này thông qua thiết kế và sản xuất có mục tiêu.

Làm thế nào PCB đa lớp giải quyết các vấn đề điện áp giữa các lớp
PCB đa lớp giải quyết chịu điện áp thông qua ba chiến lược cốt lõi: vật liệu điện đệm hiệu suất cao, thiết kế cách điện chính xác và quy trình sản xuất được kiểm soát.Dưới đây là một sự phân chia chi tiết của mỗi phương pháp.

1Các vật liệu điện áp: Lớp phòng thủ đầu tiên
Các vật liệu dielectric (cáp cách điện) tách các lớp đồng, ngăn chặn rò rỉ điện áp.với các tính chất như độ bền điện đệm (năng lượng trên mỗi khối độ dày đơn vị) và chống ẩm là quan trọng.

Vật liệu điện đệm phổ biến cho điện áp cao

Tại sao sự lựa chọn vật liệu của LT CIRCUIT nổi bật
LT CIRCUIT sử dụng các vật liệu điện đệm cao cấp phù hợp với nhu cầu điện áp:
a. Đối với các thiết kế điện áp cao chung: FR-4 với độ bền dielektrik ≥ 400V/mil, được thử nghiệm theo tiêu chuẩn IPC-4101.
b.Đối với các điều kiện cực đoan: FR-4 hoặc PTFE tăng cường hạt nano, đảm bảo chịu điện áp lên đến 700V/ml.
c. Đối với y tế / ô tô: Vật liệu có độ hấp thụ độ ẩm thấp (<0,1%) để ngăn ngừa sự phân hủy cách điện theo thời gian.

Lưu ý quan trọng: Sức mạnh điện đệm không phải là hằng số √ vật liệu dày hơn có thể chịu được điện áp tổng thể cao hơn. Ví dụ, 5 ml FR-4 (400V / ml) có thể xử lý 2000V, trong khi 10 ml có thể xử lý 4000V.

2. Độ dày cách nhiệt & Khoảng cách lớp: Ngăn chặn Arc
Ngay cả vật liệu điện môi tốt nhất cũng thất bại nếu nó quá mỏng hoặc các lớp quá gần nhau.

Hướng dẫn về độ dày cách nhiệt
Độ dày cách điện được xác định bởi điện áp tối đa mà PCB sẽ phải đối mặt, theo các tiêu chuẩn như IPC-2221:
a. Độ dày tối thiểu: 2,56 mil (65μm) cho các bảng IPC lớp 3 (các ứng dụng quan trọng như y tế / ô tô).
b. Định kích thước dựa trên điện áp: Đối với mỗi 100V điện áp hoạt động, thêm 0,5 ‰ 1 ml cách điện. Ví dụ, một PCB 1000V cần 10 ‰ 20 ml cách điện giữa các lớp điện áp cao.
c. Kiểm soát dung nạp: LT CIRCUIT duy trì dung nạp độ dày là ± 2 mil cho các tấm dày < 15 mil, đảm bảo cách nhiệt nhất quán trên PCB.

Khoảng cách lớp: Tránh khoan cho đồng
Khoảng cách lớp (khoảng cách giữa các lớp đồng và đường ống) cũng quan trọng như vậy, đặc biệt là trong quá trình khoan (có thể di chuyển các lớp một chút):
a. Khoảng cách khoan vào đồng tối thiểu: 8 mil (203μm) mỗi IPC-2222, ngăn chặn các khoan chạm vào đồng và gây ra ngắn.
b. Thiết kế chống đệm: LT CIRCUIT sử dụng "chủ chống đệm" (không gian không đồng thêm xung quanh đường ống) để tăng độ trống lên 910 mil, thêm một bộ đệm an toàn.
c. Phân phối lớp: Thông qua sự sắp xếp laser, các lớp được ghi nhận trong phạm vi 50μm (1,97 mil), đảm bảo khoảng cách luôn phù hợp.

Ví dụ: PCB 4 lớp cho cảm biến công nghiệp 500V sử dụng cách điện 5 mil giữa các lớp và độ rỗng 9 mil khoan đến đồng ốp ngăn chặn cung ngay cả khi PCB nóng lên đến 125 ° C.

3Thiết kế xếp chồng: Giảm căng thẳng điện áp
Một lớp xếp chồng lên được thiết kế tốt phân phối điện áp đồng đều, giảm căng thẳng trên cách nhiệt.
1. Số lớp thậm chí & đối xứng
a.Cấp ngang: 4, 6 hoặc 8 lớp ngăn ngừa biến dạng trong quá trình mài (sự mở rộng đối xứng dưới nhiệt / áp suất), có thể làm vỡ cách điện.
b. Phân phối đồng cân bằng: Việc bao phủ đồng bằng ở cả hai bên của chất điện lọc làm giảm nồng độ điện áp (bốm không đồng đều có thể tạo ra các điểm nóng).

2. Đặt riêng mặt đất / máy bay điện
a. Các mặt phẳng mặt đất làm khiên: Các mặt phẳng mặt đất bên trong giữa các lớp tín hiệu hấp thụ tiếng ồn điện áp và hoạt động như một rào cản giữa các lớp điện áp cao và thấp.
b. Phân lập mặt phẳng điện: Các mặt phẳng điện điện điện điện điện cao (ví dụ: điện điện 400V EV) được tách khỏi các lớp tín hiệu điện thấp bằng cách cách cô lập dày (10 + mil), ngăn ngừa rò rỉ.

3. Phân tách lớp tín hiệu
a. Không có các lớp tín hiệu liền kề: Đặt các lớp tín hiệu bên cạnh mặt đất/mức điện (không có các lớp tín hiệu khác) làm giảm sự kết nối qua sóng và điện áp giữa các tín hiệu.
b. Kiểm soát cản: Các dấu vết trên các lớp bên ngoài được thiết kế với 50Ω (RF) hoặc 100Ω (cặp chênh lệch), ngăn chặn phản xạ tín hiệu có thể gây căng thẳng cho cách điện.

Các chỉ số so sánh tích lũy của LT CIRCUIT (theo tiêu chuẩn IPC):

4. Các quy trình sản xuất: Đảm bảo cách nhiệt nhất quán
Ngay cả thiết kế tốt nhất cũng thất bại khi sản xuất kém. PCB đa lớp dựa vào việc kiểm soát lớp phủ, xử lý oxit và kiểm tra chất lượng để duy trì tính toàn vẹn của cách điện.

Lamination: Gắn các lớp mà không có điểm yếu
LT CIRCUIT's quy trình sơn được tối ưu hóa cho PCB điện áp cao:
a. Kiểm soát nhiệt độ: 170 ~ 180 °C (338 ~ 356 °F) để chữa epoxy mà không làm hỏng vật liệu dielektrik.
b. Áp lực: 200-400 PSI (pounds trên mỗi inch vuông) để đảm bảo liên kết lớp chặt chẽ, loại bỏ bong bóng không khí (đã gây ra lỗ hổng cách nhiệt).
c. Khử khí chân không: Loại bỏ không khí từ giữa các lớp, ngăn chặn các lỗ hổng có thể dẫn đến sự phá vỡ.
d. Làm mát được kiểm soát: Làm mát chậm (5 °C mỗi phút) tránh căng thẳng nhiệt làm vỡ cách điện.

Điều trị oxy hóa: Tăng cường liên kết lớp
Lớp phủ oxit đồng: Trước khi sơn, các lớp đồng được xử lý bằng một lớp oxit mỏng, cải thiện độ dính vào vật liệu dielectric.Điều này ngăn ngừa delamination (phân tách lớp) mà tiếp xúc cách điện với độ ẩm và căng thẳng.
b. Kiểm tra chất lượng: Sau khi sơn, thử nghiệm siêu âm phát hiện các lớp sơn ẩn hoặc lỗ hổng ✓ LT CIRCUIT từ chối các tấm có mức phủ trống > 1%.

Khoan và bọc: Tránh hư hỏng cách điện
a. Khoan laser: Đối với microvias (6 ‰ 8 mil), khoan laser chính xác hơn so với khoan cơ khí, làm giảm nguy cơ làm hỏng các lớp liền kề.
b. Kiểm soát điện đệm: Bốm mạ các ống dẫn được giới hạn ở độ dày 25-30μm, ngăn ngừa tích tụ mạ có thể làm giảm khoảng cách cách cách ly.

Kiểm tra và kiểm soát chất lượng: Kiểm tra chịu điện áp
Không có PCB đa lớp nào sẵn sàng cho việc sử dụng điện áp cao mà không cần thử nghiệm nghiêm ngặt. LT CIRCUIT sử dụng một loạt các thử nghiệm để đảm bảo độ tin cậy cách điện:

1. Thử nghiệm điện
a. Thử nghiệm chống điện (DWV): áp dụng điện áp hoạt động 1,5 lần trong 60 giây (ví dụ: 750V cho PCB 500V) để kiểm tra rò rỉ.
b. Thử nghiệm Kháng cách nhiệt bề mặt (SIR): đo độ kháng giữa các dấu vết đồng (≥ 10 ^ 9 MΩ là chấp nhận được) theo thời gian, mô phỏng độ ẩm và nhiệt để kiểm tra sự ổn định cách nhiệt lâu dài.
c. Thử nghiệm thăm dò bay: Sử dụng thăm dò robot để kiểm tra mạch ngắn giữa các lớp, bắt lỗi khoan đến đồng.

2. Thử nghiệm vật lý và nhiệt
a. Microsectioning: Cắt cắt ngang PCB để kiểm tra độ dày cách điện, sự sắp xếp lớp và lỗ hổng dưới kính hiển vi. LT CIRCUIT đòi hỏi ≥95% bảo hiểm cách điện (không có lỗ> 50μm).
b. Thermic Cycling Test: Chu trình PCB giữa -40 °C và 125 °C trong 1.000 chu kỳ để mô phỏng thay đổi nhiệt độ trong thế giới thực..
c. Quét CT tia X: Tạo hình ảnh 3D của PCB để phát hiện các lỗ hổng ẩn hoặc phân mảnh mà vi mô có thể bỏ qua.

3. Chứng nhận vật liệu
a. Chứng nhận UL: Đảm bảo các vật liệu dielektrik chống cháy (UL 94 V-0) và đáp ứng các tiêu chuẩn điện áp.
b. Tuân thủ IPC: Tất cả PCB đáp ứng IPC-6012 (truyền chuẩn PCB cứng) và IPC-A-600 (định mức chấp nhận) về cách điện và chất lượng lớp.

Các thách thức chung và các giải pháp
Ngay cả khi có thực tiễn tốt nhất, PCB đa lớp phải đối mặt với những thách thức liên quan đến điện áp. Dưới đây là các vấn đề phổ biến và cách LT CIRCUIT giải quyết chúng:
1. Phá vỡ điện áp do độ ẩm
Thách thức: Sự hấp thụ độ ẩm (thường xảy ra trong FR-4) làm giảm độ bền điện bao phủ bằng 20-30%, làm tăng nguy cơ hỏng.
Giải pháp: LT CIRCUIT sử dụng vật liệu có độ ẩm thấp (< 0,1% hấp thụ) và lớp phủ phù hợp (acrylic hoặc silicone) cho PCB ngoài trời / công nghiệp, ngăn chặn sự thâm nhập của độ ẩm.

2. nhiệt stress Cracking cách nhiệt
Thách thức: Nhiệt độ cao (ví dụ như pin EV) làm cho vật liệu điện môi mở rộng, làm nứt cách điện giữa các lớp.
Giải pháp: LT CIRCUIT chọn các vật liệu có hệ số mở rộng nhiệt thấp (CTE) (ví dụ, FR-5 (CTE: 13 ppm / ° C) so với tiêu chuẩn FR-4 (17 ppm / ° C) và thêm các đường nhiệt để phân tán nhiệt.

3. Lớp phân lớp
Thách thức: Lamination kém hoặc xử lý oxit làm cho các lớp tách ra, tiếp xúc cách nhiệt với căng thẳng điện áp.
Giải pháp: LT CIRCUIT sử dụng lớp phủ chân không, xử lý oxit và thử nghiệm siêu âm để đảm bảo độ bám sát lớp 99,9%.

4. Điện áp Crosstalk giữa các lớp
Thách thức: Các lớp điện áp cao có thể gây ra tiếng ồn trong các lớp tín hiệu điện áp thấp, làm gián đoạn hiệu suất.
Giải pháp: LT CIRCUIT đặt mặt đất giữa các lớp điện áp cao và thấp, tạo ra một tấm chắn ngăn chặn crosstalk.

Câu hỏi thường gặp
1Độ dày cách điện tối thiểu cho một PCB đa lớp 1000V là bao nhiêu?
Đối với 1000V, sử dụng 10 ∼ 20 mil cách điện (FR-4: 400V / mil) để đảm bảo bộ đệm an toàn. LT CIRCUIT khuyến cáo 15 mil cho hầu hết các ứng dụng 1000V, với độ khoan dung ± 2 mil.

2. Làm thế nào để LT CIRCUIT kiểm tra các lỗ hổng cách điện ẩn?
LT CIRCUIT sử dụng quét CT X-Ray và thử nghiệm siêu âm để phát hiện khoảng trống <50μm. Microsection cũng được sử dụng để kiểm tra các phần cắt ngang cho khoảng trống giữa các lớp.

3Các PCB đa lớp có thể chịu được điện áp AC và DC như nhau không?
Vật liệu điện đệm xử lý DC tốt hơn AC (AC gây phân cực, làm giảm điện áp chịu đựng).

4Điều gì sẽ xảy ra nếu một PCB đa lớp bị hỏng?
Sự cố cách điện gây rò rỉ dòng điện, có thể dẫn đến:
a. Điện mạch ngắn (phá hoại các thành phần).
b. Arc (tạo ra tia lửa hoặc lửa).
c. Thermic runaway (trong các thiết bị công suất cao như pin EV).

5. Bao lâu cách nhiệt tồn tại trong một PCB đa lớp?
Với sự lựa chọn và sản xuất vật liệu đúng, cách nhiệt kéo dài 10 ∼20 năm trong các ứng dụng trong nhà.

Kết luận
PCB đa lớp giải quyết các thách thức điện áp giữa các lớp thông qua sự kết hợp của vật liệu chất lượng cao, thiết kế chính xác và sản xuất nghiêm ngặt.Bằng cách chọn vật liệu điện môi có độ bền cao, kiểm soát độ dày cách nhiệt và khoảng cách lớp, và xác nhận bằng thử nghiệm toàn diện, các PCB này cung cấp hiệu suất an toàn, đáng tin cậy trong các ứng dụng điện áp cao.

Các đối tác như LT CIRCUIT rất quan trọng cho thành công này: chuyên môn của họ trong việc lựa chọn vật liệu, thiết kế xếp chồng và kiểm soát chất lượng đảm bảo PCB đáp ứng các tiêu chuẩn điện áp chịu đựng nghiêm ngặt nhất.Khi điện tử cao áp trở nên phổ biến hơn (e(ví dụ, EV 800V, trạm cơ sở 5G), vai trò của PCB đa lớp được thiết kế tốt sẽ chỉ tăng lên.

Đối với các nhà thiết kế và kỹ sư, bài học quan trọng là rõ ràng: chịu điện áp không phải là một suy nghĩ sau đó, nó phải được tích hợp vào mọi bước của quá trình thiết kế và sản xuất PCB đa lớp.Bằng cách ưu tiên chất lượng cách điện, bạn có thể chế tạo các thiết bị an toàn, bền và sẵn sàng cho các yêu cầu của công nghệ điện áp cao hiện đại.