Tuve mi primera exposición a las normas de filtración y eliminación de PCB en la universidad en mi primera pasantía. Me encargaron desarrollar un circuito de encendido por chispa que necesitaba tomar 120 V y transformarlo hasta 20 kV para crear una chispa eléctrica entre dos electrodos. Yo era joven y ni siquiera sabía las palabras «fuga» o «despeje» todavía, así que cuando conecté mi circuito protoboard, la energía entrante se arqueó en todo el tablero y explotó. Si quieres aprender de los errores de mi juventud, tendrás que diseñar tus tablas teniendo en cuenta las grietas y el espacio libre. Estos dos atributos especifican las distancias entre conductores en placas de alta tensión. Los requisitos de limpieza y fuga se rigen por varias normas, incluidas IEC 60601 e IPC 2221. Hay varios métodos de diseño que puede usar para ayudarlo a cumplir con estos estándares para que pueda mantener seguros sus circuitos y clientes.
¿Qué son la fuga y el espacio libre?
Si diseña principalmente circuitos de baja tensión, es probable que no haya tenido que lidiar con fugas o holguras muy a menudo. Entonces, ¿qué son exactamente las fugas y la limpieza, y cuándo tienes que empezar a pensar en ellas?
Espacio libre: El espacio libre es la distancia más corta en el aire entre dos conductores. Puedes pensar en esto como la distancia de la línea de visión entre dos cimas de montañas. Si tuvieras un jetpack, como a menudo desearía, podrías volar directamente al otro pico en línea recta.
Fuga: La fuga es la distancia más corta a otro conductor a lo largo de la superficie del material aislante de su PCB. Esta vez tienes que caminar todo el camino por la ladera de la montaña, a través del valle y subiendo por la otra montaña para llegar a la cima, sin mochilas propulsoras.
Estas dos definiciones se vuelven importantes cuando se diseña una placa de» alto voltaje». Lo que significa que si su placa usa más de 30 VCA o 60 VDC, debe comenzar a prestar atención al espaciado. Si no lo hace, su PCB podría terminar como el mío de antes, quemado y humeante. Esto se debe a que a voltajes más altos los conductores pueden arar entre sí o con otros componentes si están demasiado juntos. Cada vez más diseñadores tienen que aprender sobre la fuga y el espacio libre, ya que las placas mezclan cada vez más circuitos analógicos y digitales con circuitos de alto voltaje.
¿Cuáles son los Estándares de Fuga y Eliminación de PCB?
Para aquellos de nosotros que no queremos aprender sobre la importancia de la fuga y la limpieza a partir de la experiencia directa, hay algunas normas que nos ayudan. Principalmente, debe buscar en IEC 60601 e IPC 2221. Estos dos estándares detallan el espaciado entre conductores para diferentes voltajes y escenarios.
A veces habrá áreas grises donde los estándares no le dirán exactamente cómo resolver un problema o diseñar sus conductores. Sin embargo, las reglas DFM de su CM garantizarán la fabricación, debe probar sus tablas para garantizar que se cumplan los requisitos de seguridad para la fuga y el espacio libre. El servicio de pruebas más conocido es Underwriter’s Laboratory (UL), que validará sus tableros, dará confianza a sus clientes y le proporcionará protección contra una contingencia relacionada. Al final del día, es importante que conozca los principios de diseño para la fuga y el espacio libre para que pueda asegurarse de que su tabla cumple con los requisitos.
Diseño para fuga y Holgura
La solución más obvia para los problemas de fuga y holgura es mover los componentes o conductores más separados. Esta estrategia ya no funciona con factores de forma decrecientes y la creciente necesidad de PCB de alta densidad. Echemos un vistazo a algunas estrategias específicas tanto para la fuga como para la eliminación, y examinemos algunos otros factores que deberás tener en cuenta.
Espacio libre: Al observar el espacio libre, debe recordar que es la distancia más corta en el aire entre conductores o nodos. Una buena solución es a menudo agregar una barrera aislante entre los dos puntos en cuestión. Si tiene una placa de doble cara, una forma fácil de hacer esto es ubicar los componentes de alto voltaje en la parte superior y los componentes de bajo voltaje en la parte inferior. A veces, los conductores de alto voltaje que están al mismo voltaje no necesitan una separación excesiva entre sí; sin embargo, necesitan separarse de los conductores de bajo voltaje. Si ese es el caso de su placa, el aislamiento del sustrato de PCB es una excelente barrera.
Creepage-Cuando se trata de creepage, no siempre puedes pegar cosas en lados opuestos de la tabla. Recuerde que la fuga es la distancia entre los nodos a lo largo de la superficie del aislante. Volviendo a la metáfora de la cima de la montaña, una forma de aumentar la fuga es hacer un valle entre los picos. Puede cortar ranuras o canales en el sustrato de PCB para aumentar la fuga. A veces, también puede cortar ranuras a lo largo del aislante para aumentar la distancia. Esta es la misma estrategia utilizada en aisladores de alto voltaje en líneas eléctricas, esos aisladores tienen crestas a lo largo de su longitud para aumentar la distancia de fuga.
Material: Cuando se trata de fugas, el material aislante que elija también importa. Esto se debe a que cuando un voltaje crea una ruta conductora a lo largo de la superficie del aislante, puede romper la superficie del aislante, lo que resulta en una ruta más conductora entre los componentes. La característica que mide esto se llama CTI (Índice de Seguimiento Comparativo). Cuanto mayor es el CTI de un material, más aislante es. Si le preocupa que la fuga cree una trayectoria conductiva en su tabla, opte por un material CTI más alto.
Superficie delimitadora: La fuga y el espacio libre se aplican a la carcasa de su PCB, así como a sus conductores. Esto significa que cuando trabaje con su ingeniero mecánico para diseñar el recinto, deberá tener en cuenta la fuga y el espacio libre. A menudo, puede usar las mismas estrategias que se discutieron anteriormente para manejar este requisito.
Mi jefe me dijo una vez que freír uno o dos circuitos no es un problema, pero cuando empiezo a cometer tres o más del mismo error, se convierte en un problema. Seguir los estándares de fuga y holgura para placas de alto voltaje garantizará el cumplimiento de la seguridad de su PCB y evitará que explote. Recuerde que puede consultar IEC 60601 e IPC 2221 para ver qué estándares debe cumplir. Si no sabe cómo solucionar un problema determinado, intente pedirle ayuda a su CM. Por último, debe familiarizarse con algunas técnicas de diseño para el despacho y la fuga, para que pueda estar seguro de que su PCB está a salvo cuando se envía.