PCB-Materialien und Design für Hochspannung

Bei der Erstellung einer Leiterplatte für Hochspannungs-DC-Bias werden die Standards und Vorsichtsmaßnahmen viel strenger. Hochspannungs-PCB-Materialien und Design zur Verhinderung von Lichtbögen stellen sicher, dass das Endprodukt sicher und funktional ist. Vermeiden Sie erhöhte Kosten und Gefahren, indem Sie diese PCB-Materialien und Designtipps beachten.

PCB-Materialien für Hochspannung

Materialien, die im Hochspannungs-PCB-Design verwendet werden, müssen mit zunehmender Alterung sowohl in normalen Umgebungen als auch bei Überspannungsereignissen ihre Spitzenleistung beibehalten. Berücksichtigen Sie die folgenden Materialien für die Hauptkomponenten Ihrer Leiterplatte:

• Plattenmaterial: Bei der Auswahl der Materialien für Ihre Leiterplatte sollten Sie der Leiterplatte selbst Vorrang einräumen. Es bildet die Grundlage für die restliche Funktionalität der Leiterplatte, also wägen Sie alle Faktoren in Ihrem Design ab, bevor Sie das Material bestellen. FR4-Laminat bietet einen sehr hohen dielektrischen Durchschlag, hat aber auch eine schwache Kantenstruktur und ist anfällig für Verunreinigungen. BT-Epoxy bietet rundum eine gute Beständigkeit, eignet sich aber aufgrund seiner starken Seitenwände nur für ausgewählte Anwendungen. Hochspannungslaminate haben sehr hohe Leistungen, aber auch hohe Preise.
• Kupfer: Das Kupfer, das zur Herstellung der Durchkontaktierungen Ihrer Leiterplatte verwendet wird, sollte schwer genug sein, um hohen Strömen und mechanischer Beanspruchung standzuhalten. Die Leiterplatte sollte schwere (4–10 oz) oder extreme (10–50 oz) Kupferschaltungen und -materialien enthalten.
• Harz und Glas: Obwohl es sich technisch gesehen nicht um eine wichtige PCB-Komponente handelt, beeinflussen die Harz- und Glasanteile in Ihrer Platine ihre Haltbarkeit in Hochspannungssituationen. Eine Platine mit hohem Harzanteil und einem kleinen Glasstil bietet die besten dielektrischen Eigenschaften.

Um festzustellen, ob ein Material eine ausreichende Isolierung bietet, um eine Hochspannungs-Gleichstromvorspannung zu überstehen, untersuchen Sie seinen Comparative Tracking Index (CTI). Der CTI eines Materials gibt die Spannung an, bei der es in einem standardisierten Test zu zerfallen beginnt. Unternehmen, die Leiterplattenlaminate herstellen, teilen die CTI-Zahlen für ihre Produkte auf den Datenblättern. CTI-Nummern gibt es in sechs Kategorien von 0 (>600 V) bis 5 (<100 V), wobei Kategorie 5 den niedrigsten Isolationsgrad ausdrückt. Industrienormen wie IEC-60950-1 und IPC-2221 nennen ebenfalls empfohlene Materialien für Hochspannungs-Leiterplatten.

Denken Sie daran, dass Sie neben der Verwendung eines für Hochspannungsumgebungen geeigneten Materials eine Option finden müssen, die anderen Umweltfaktoren standhält. Eine Leiterplatte mit hohen Isolationsanforderungen könnte auch Materialien erfordern, die in Hochvakuum- oder Hochdruckanwendungen erfolgreich sind.

Tipps zum Design von Hochspannungs-Leiterplatten

Sobald Sie die Materialien Ihrer Leiterplatte ausgewählt haben, sollte Ihr Hersteller Designprinzipien befolgen, die ihre Eignung für Hochspannungs-DC-Bias verbessern, wie zum Beispiel:

• Schaffen einer glatten Oberfläche, um die Wahrscheinlichkeit von Lichtbögen zu minimieren
• Sicherheitsstandards für Abstände einhalten
• Reduzierung von Graten an Platinenkanten nach dem Fräsen
• Vermeiden scharfer Ecken im Leiterbahn- und Pad-Layout

Abstand vs. Kriechen in PCBs

Leiterplatten haben enge Abstandsanforderungen, gemessen in Kriech- und Luftstrecke. In Hochspannungsumgebungen kann sich leicht ein Lichtbogen zwischen zwei leitenden Elementen der Leiterplatte bilden. Der richtige Abstand zwischen den Komponenten verringert das Risiko eines Lichtbogens. Luft- und Kriechstrecken bestimmen diesen Abstand. Die Luftstrecke bezieht sich auf den Abstand durch die Luft zwischen zwei Leitern. Wenn zwei leitfähige Elemente keinen ausreichenden Abstand haben, kann ein Überspannungsereignis einen Lichtbogen zwischen ihnen verursachen. Die Kriechstrecke stellt ebenfalls den Abstand zwischen zwei Leitern dar, jedoch an der Oberfläche des Materials und nicht durch die Luft. Die richtige Kriechstrecke stellt sicher, dass die Komponenten der Platine nicht zu eng werden.

Hochspannungsanwendungen

Mehr Branchen als Sie vielleicht denken, benötigen Leiterplatten, die Hochspannung standhalten. Bedingungen wie niedriger Luftdruck führen dazu, dass Spannungen mit einer erhöhten Rate überschlagen, sodass einige Anwendungen, die nicht sofort einen hohen Strom verwenden, dennoch eine Leiterplatte mit gutem Design benötigen. Kunden benötigen diese PCBs für Anwendungen mit:

• Raumfahrzeuge und andere Weltraumausrüstung
• Höhenflugzeug
• Hightech-Laser
• Stromversorgungen für Teilchenbeschleuniger

Leiterplatten, die in Hochspannungsanwendungen funktionieren, treiben die innovativsten Technologien an, die heute verfügbar sind. Ingenieure, Wissenschaftler und Forscher nutzen diese Technologie, um unser Verständnis der Funktionsweise der Welt zu erweitern und noch fortschrittlichere Technologien zu entwickeln. Wenn Sie ein Produkt mit einer Hochspannungs-Leiterplatte erstellen, tragen Sie zu hochmodernen STEM-Bereichen bei.

Weitere Informationen zu PCBs

Um mehr über die Materialien zu erfahren, die zur Herstellung von Leiterplatten verwendet werden, kontaktieren Sie uns online. Unsere Teammitglieder verstehen die Prozesse hinter der Leiterplattenherstellung und -lieferung und können Sie zu dem Produkt oder der Dienstleistung führen, die Sie für Ihr Projekt benötigen. Wir liefern auch Leiterplatten in einer Vielzahl von Materialien für zahlreiche Anwendungen. Rufen Sie 717-558-5975 an, um mit unserem Kundensupport-Team über alle PCB-bezogenen Themen zu sprechen.