Ho ottenuto la mia prima esposizione a PCB creepage and clearance standards nel lontano college al mio primo stage. Sono stato incaricato di sviluppare un circuito di accensione a scintilla che doveva prendere 120 V e trasformarlo fino a 20 kV per creare una scintilla elettrica tra due elettrodi. Ero giovane e non conoscevo ancora le parole “creepage” o “clearance”, quindi quando ho collegato il mio circuito protoboard la potenza in entrata si è accesa su tutta la linea ed è esplosa. Se vuoi imparare dagli errori della mia giovinezza, dovrai progettare le tue tavole pensando a creepage e clearance. Questi due attributi specificano le distanze tra i conduttori su schede ad alta tensione. I requisiti per lo spazio e la dispersione sono regolati da diversi standard, tra cui IEC 60601 e IPC 2221. Esistono diversi metodi di progettazione che puoi utilizzare per aiutarti a soddisfare questi standard in modo da poter mantenere al sicuro i tuoi circuiti e i tuoi clienti.
Quali sono la dispersione e la clearance?
Se si progettano principalmente circuiti a bassa tensione, è probabile che non si abbia a che fare molto spesso con la dispersione o la clearance. Così che cosa sono esattamente creepage e clearance, e quando si deve iniziare a pensare a loro?
Clearance-La clearance è la distanza più breve nell’aria tra due conduttori. Si può pensare a questo come la linea di distanza di vista tra due cime delle montagne. Se tu avessi un jetpack, come spesso vorrei che ho fatto, si potrebbe volare direttamente all’altro picco in linea retta.
Creepage-La dispersione è la distanza più breve da un altro conduttore lungo la superficie del materiale isolante del PCB. Questa volta si deve camminare tutta la strada lungo il lato della montagna, attraverso la valle, e su per l’altra montagna per arrivare in cima, senza jet pack.
Queste due definizioni diventano importanti quando si progetta una scheda “ad alta tensione”. Significa che se la scheda utilizza più di 30 VAC o 60 VDC, è necessario iniziare a prestare attenzione alla spaziatura. Se non lo fai, il tuo PCB potrebbe finire come il mio da prima, bruciato e fumato. Questo perché a tensioni più elevate i conduttori possono arcarsi l’uno con l’altro o con altri componenti se sono troppo vicini tra loro. Sempre più progettisti devono conoscere la dispersione e la clearance poiché le schede mescolano sempre più circuiti analogici e digitali con circuiti ad alta tensione.
Quali sono gli standard di dispersione e di liquidazione del PCB?
Per quelli di noi che non vogliono conoscere l’importanza di creepage e clearance dall’esperienza diretta, ci sono alcuni standard per aiutarci. In primo luogo si dovrebbe guardare in IEC 60601 e IPC 2221. Questi due standard dettagliano la spaziatura tra i conduttori per tensioni e scenari diversi.
A volte ci saranno aree grigie in cui gli standard non ti diranno esattamente come risolvere un problema o impaginare i tuoi conduttori. Sebbene le regole DFM del tuo CM garantiscano la producibilità, dovresti testare le tue schede per garantire che i requisiti di sicurezza per la dispersione e lo spazio siano soddisfatti. Il servizio di test più noto è Underwriter’s Laboratory (UL), che convaliderà le tue schede, darà fiducia ai tuoi clienti e ti fornirà protezione contro una contingenza correlata. Alla fine della giornata, è importante per te conoscere i principi del design per la dispersione e lo spazio in modo da poter garantire che la tua tavola sia conforme.
Design per dispersione e gioco
La soluzione più ovvia ai problemi di dispersione e gioco è spostare componenti o conduttori più distanti. Questa strategia in realtà non funziona più con la contrazione dei fattori di forma e la crescente necessità di PCB ad alta densità. Diamo un’occhiata ad alcune strategie specifiche sia per la dispersione che per la clearance, ed esaminiamo alcuni altri fattori che dovrai prendere in considerazione.
Clearance – Quando si guarda la clearance è necessario ricordare che è la distanza più breve nell’aria tra conduttori o nodi. Una buona soluzione è spesso quella di aggiungere una barriera isolante tra i due punti in questione. Se si dispone di una scheda a doppia faccia un modo semplice per farlo è quello di individuare componenti ad alta tensione sulla parte superiore e componenti a bassa tensione sul fondo. A volte i conduttori ad alta tensione che sono alla stessa tensione non necessitano di un gioco eccessivo l’uno dall’altro; tuttavia, devono essere separati dai conduttori a bassa tensione. Se questo è il caso per la scheda, l’isolamento del substrato PCB costituisce un’eccellente barriera.
Creepage – Quando si tratta di creepage non si può sempre solo attaccare le cose sui lati opposti della scheda. Ricorda che la dispersione è la distanza tra i nodi lungo la superficie dell’isolatore. Ripensando alla metafora della cima della montagna, un modo per aumentare il creepage è creare una valle tra le cime. È possibile tagliare scanalature o depressioni nel substrato PCB per aumentare la dispersione. A volte puoi anche tagliare le fessure attraverso l’isolante per aumentare la distanza. Questa è la stessa strategia utilizzata sugli isolatori ad alta tensione sulle linee elettriche, quegli isolatori hanno creste lungo la loro lunghezza per aumentare la distanza di dispersione.
Materiale-Quando si tratta di dispersione anche il materiale isolante scelto è importante. Questo perché quando una tensione crea un percorso conduttivo lungo la superficie dell’isolatore può abbattere la superficie dell’isolatore, risultando in un percorso più conduttivo tra i componenti. La caratteristica che misura questo è chiamata CTI (Comparative Tracking Index). Più alto è il CTI di un materiale, più è isolante. Se siete preoccupati per creepage creazione di un percorso conduttivo sulla scheda optare per un materiale CTI superiore.
Superficie di delimitazione: la dispersione e il gioco si applicano all’involucro del PCB e ai suoi conduttori. Ciò significa che quando si lavora con il proprio ingegnere meccanico per progettare l’involucro, è necessario tenere conto della dispersione e dello spazio. Spesso è possibile utilizzare le stesse strategie discusse in precedenza per gestire questo requisito.
Il mio capo una volta mi ha detto che friggere un circuito o due non è un problema, ma quando inizio a fare tre o più dello stesso errore, diventa un problema. I seguenti standard di dispersione e di liquidazione per schede ad alta tensione garantiranno la conformità alla sicurezza del PCB e impediranno che esploda. Ricorda che puoi guardare IEC 60601 e IPC 2221 per vedere quali standard devi soddisfare. Se sei in perdita per come risolvere un certo problema prova a chiedere aiuto al tuo CM. Infine, dovresti familiarizzare con alcune tecniche di progettazione per lo spazio e la dispersione in modo da poter essere sicuro che il PCB sia sicuro quando viene spedito.