Hochspannungs-PCB-Design

• Definition von Hochspannungsleiterplatten
• Warum Leiterplatten für Hochspannungssysteme entwickeln?
• Vorschriften und Standards für das Design von Hochspannungs-Leiterplatten
• So wählen Sie das Material für das Hochspannungs-PCB-Design aus
• Komponentenbeschaffung für Hochspannungsleiterplatten
• Überlegungen zum Hochspannungs-PCB-Design
• Arten von Hochspannungsleiterplatten
• Layout-Richtlinien für das Design von Hochspannungs-Leiterplatten
• Kriech- und Luftstrecke in Hochspannungsleiterplatten
• Herstellung von Hochspannungsleiterplatten
• Hochspannungs-PCB-Montageprozess
• Anwendungen von Hochspannungsleiterplatten
• Fazit

Hochspannungsplatine

Definition von Hochspannungsleiterplatten

Hochspannungsleiterplatten sind spezielle Arten von Leiterplatten, die hohen Spannungen und thermischen Schwankungen standhalten können. Sie bestehen hauptsächlich aus schwerem Kupfermaterial.

Bedingungen wie niedriger Luftdruck können zu einem schnellen Spannungsbogen führen. Das erfordert Materialien, die diesen Schwankungen standhalten. Daher bieten Hochspannungsleiterplatten die Lösung.

Hochspannungs-PCB-Design

Warum Leiterplatten für Hochspannungssysteme entwickeln?

Die meisten Branchen benötigen Leiterplatten, die hohen Spannungen standhalten können.

Branchen wie die Luft- und Raumfahrtindustrie, das Militär und Energieerzeugungsunternehmen benötigen diese Boards.

In einigen Fällen kann die Verwendung anderer Platinen zu einer erhöhten Lichtbogenbildung führen, was unbequem und kostspielig sein kann.

Vorteile des Hochspannungs-PCB-Designs

Das Hochspannungs-PCB-Design hat aufgrund der Verwendung von schwererem Kupfer im Vergleich zu anderen PCB-Designs viele Vorteile.

Umspannwerk zur Energieübertragung

• Verbesserte Beständigkeit gegenüber thermischen Belastungen – Mit dem schweren Kupfer können Sie sicher sein, dass die Platine thermischen Schwankungen standhalten kann.
• Es kommt auch mit einer erhöhten Kapazität, Ströme zu führen. Diese Qualität finden Sie möglicherweise in keinem anderen Board.
• Hochspannungs-Leiterplatten haben auch eine verbesserte mechanische Festigkeit. Dies zeigt sich an den Verbindungsstellen und den PTH-Löchern.
• Durch die Einbeziehung höherer Kupfergewichte auf der Schaltungsschicht der Platine wird die Größe des Produkts immens reduziert.
• Die stark verkupferten Durchkontaktierungen verbessern die Wärmeübertragung zu externen Kühlkörpern.

 Nachteile des Hochspannungs-PCB-Designs

Einige der Hauptnachteile des Designs von Hochspannungsleiterplatten sind:

·Zeitaufwendig

Die Herstellung und Bestückung von Hochspannungsleiterplatten ist zeitaufwändig.

Dies liegt an den zusätzlichen Modifikationen, die erforderlich sind, einschließlich der Verwendung von schwererem Kupfer im Gegensatz zu den anderen PCBs.

·Teuer

Zusätzliche Materialien bedeuten in der Regel eine Ergänzung des Budgets. Hochspannungsplatinen erfordern schwereres Kupfer, das seinen Preis haben muss.

Vorschriften und Standards für das Design von Hochspannungs-Leiterplatten

Je nachdem, wo Sie die Hochvolt-Leiterplatten einsetzen möchten, sollten diese folgende Qualitätsstandards erfüllen:

CT-Scan

·CGMP

Aktuelle Gute Herstellungspraxis Vorschriften werden von der Food and Drug Administration (FDA) festgelegt. CGMP-Standards sind bei der Entwicklung von Hochspannungs-Leiterplatten für medizinische Geräte von entscheidender Bedeutung.

· IEEE

Dies ist die Institute of Electrical and Electronics Engineers. Es ist ein Berufsverband, der die Entwicklung der Elektrotechnik regelt.

Es gibt regelmäßig Zeitschriften heraus, die Anleitungen zu einigen der aktuellsten und fortschrittlichsten Elektrotechnologien geben.

Stellen Sie sicher, dass Sie dieses Gremium abonnieren, um über die neuesten Technologien und neuen Vorschriften auf dem Laufenden zu bleiben.

·CE

CE ist ein Gütezeichen, das seinen Ursprung im Europäischen Wirtschaftsraum hat.

Dies bringt eine Reihe von regulatorischen Maßnahmen mit sich, die Ihre Hochvolt-Leiterplatte innerhalb der Europäischen Union durchlaufen muss.

Diese Standards unterscheiden sich von Gesundheitsstandards, benutzerfreundlichen Standards und umweltfreundlichen Standards.

Dies wird sich auch beim Kauf von Komponenten innerhalb der Märkte der Europäischen Union als nützlich erweisen. Stellen Sie sicher, dass solche Komponenten dieses Zeichen tragen.

Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie diese Standards erfüllen, wenn Sie beabsichtigen, Ihr Board innerhalb Europas zu verkaufen oder zu verwenden. Dies sollte unabhängig davon sein, wo Sie es herstellen.

·RoHS

Gefahrstoffe werden in der Regel mit diesem Normkennzeichen eingeschränkt. Es ist auch auf dem europäischen Markt üblich.

Ihre elektronischen und elektrischen Produkte sollten frei von gefährlichen Stoffen sein.

Dieses Normungszeichen hält Sie etwa fünf Jahre lang. Eingeschränkte Produkte umfassen Blei, Quecksilber, Chrom und Cadmium.

Diese Vorschriften schränken auch PBBs und PBDEs ein.

Stellen Sie beim Kauf von Komponenten für Ihre Hochspannungsleiterplatte sicher, dass diese festgelegten Standards erfüllt werden. Es ist ein allgemein akzeptiertes Standardisierungszeichen.

·CCC

Das chinesische Zertifizierungszeichen ist ein weiteres wichtiges Zeichen, auf das Sie achten sollten. Erwarten Sie dieses Qualitätszeichen für Produkte, die in China hergestellt, importiert und verwendet werden.

Die meisten Hersteller von Hochspannungskomponenten befinden sich in China. Dieses Zeichen hilft Ihnen sehr dabei, Qualitätsstandards zu gewährleisten.

·ISO

ISO 9000  ist vielleicht das weltweit am häufigsten akzeptierte Standardisierungszeichen. Es ist eine Zusicherung, dass Organisationen die gewünschten Standards für Verbraucher erfüllen.

Stellen Sie sicher, dass die Komponenten, die Sie für Ihre Hochspannungsleiterplatte kaufen, dieses Zeichen tragen. Es ist eine Qualitätsbestätigung.

Außerdem, ISO 14000  stellt sicher, dass die Leiterplatte und der Hersteller den sicheren Umweltstandards entsprechen.

·ASTM

Auch diese Organisation achtet darauf, dass internationale Standards eingehalten werden. Außerdem erscheinen Publikationen zu Produktionsstrategien.

Diese Standards werden in der Regel gegenseitig vereinbart. Materialien, die Sie in Ihrem Hochspannungs-PCB-Design verwenden, sollten diese Standards erfüllen.

So wählen Sie das Material für das Hochspannungs-PCB-Design aus

Die Herstellung von Hochspannungsleiterplatten ist mit einer Reihe strenger Bedingungen verbunden, die eingehalten werden müssen. Es ist entscheidend sicherzustellen, dass sich keine Lichtbögen bilden, damit das Produkt sicher und zuverlässig ist.

Dies würde bedeuten, dass das Design auch im Alter in einwandfreiem Zustand bleibt. Lassen Sie uns einen Blick auf einige der am meisten empfohlenen Materialien werfen:

PCB-Material

·FR4-Laminat

Dieses Laminat hat einen hohen dielektrischen Durchschlag. Es hat jedoch im Vergleich zu Epoxid und Polyimid eine höhere Porosität. Das macht es anfällig für Verunreinigungen.

Es ist eine schwächere Kantenstruktur. Immer wenn es einen Riss an der Kante gibt, nimmt der dielektrische Wert ab.

Die angrenzende Elektronik ist wahrscheinlich auch verkohlt. Dies ist auf Überspannungsereignisse zurückzuführen.

·BT-Epoxy

Dieses Material hat starke Seitenwände. Es wird am meisten für Anwendungen bevorzugt, die planare Spulen haben. Es ist auch das Beste mit Mittelspannungskreisen.

·Isola, High-V-Laminate

Dies wird bevorzugt, weil es Lichtbögen löscht. Sie sind jedoch teuer.

Normalerweise sind sie nur anwendbar, wenn einseitige und sehr einfache doppelseitige Platinen gehandhabt werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass Sie bei der Verwendung dieser geeigneten Materialien Umweltfaktoren berücksichtigen sollten.

Wenn Sie Materialien mit sehr hohen Isolationsstandards verwenden, stellen Sie sicher, dass das Material Vakuum- oder Hochleistungsanwendungen standhalten kann.

Komponentenbeschaffung für Hochspannungsleiterplatten

Leiterplattenkomponenten

Bei der Beschaffung von Hochspannung PCB-Komponenten, ist es wichtig, zuerst a zu entwickeln Stückliste (Stückliste).

So erhalten Sie einen Überblick über alle Komponenten, die Sie für die Montage Ihres Boards benötigen.

Die Details sollten die Anzahl der benötigten Teile, Größen und Bezugsquellen beinhalten. Mit einer gut formulierten Stückliste haben Sie einen klaren Einblick in den gesamten Prozess.

In den meisten Fällen müssen Sie einige Komponenten von anderen Herstellern auslagern.

Für eine genaue Anleitung, was Sie brauchen, ist die Stückliste eine Voraussetzung. Wie wir gelernt haben, hilft dies den Herstellern, herauszufinden, was Sie für Ihre Hochspannungs-Leiterplatte benötigen.

Sie sollten Komponenten von zuverlässigen, erfahrenen und zertifizierten Unternehmen beziehen.

Denken Sie daran, dass Sie die Stückliste verwenden, um die Angebote zu erstellen.

Wenn Sie sich Sourcing für PCB-Komponenten Übersee sollte der Hersteller über Versandmöglichkeiten verfügen.

Normalerweise sind Komponenten zerbrechlich, daher sind spezielle Verpackung und Versand erforderlich. Stellen Sie sicher, dass der Hersteller über diese Fähigkeiten verfügt.

Mit diesen Überlegungen können Sie sicher sein, dass die ausgelagerten Komponenten Ihren Anforderungen entsprechen.

Leiterplattenkomponenten

Natürlich hängt die Art der Leiterplattenkomponenten, die Sie beschaffen, von den spezifischen Anwendungen der Leiterplatte ab.

Versuchen Sie nicht, billige Komponenten zu bekommen. Qualität ist von größter Bedeutung, wenn es um Hochspannungs-Leiterplattenkomponenten geht.

Überlegungen zum Hochspannungs-PCB-Design

Es gibt viele Überlegungen, die Sie beim Entwerfen von Hochspannungs-Leiterplatten anstellen sollten. Lassen Sie uns auf einige dieser Designüberlegungen eingehen.

1. Designrichtlinien für Hochspannungs-Leiterplatten

Hochspannungsleiterplatte

Berücksichtigen Sie Ihre Betriebsfrequenz

Dies wirkt sich auf Ihr Hochspannungsdesign aus, da bei hohen Frequenzen eine Lichtbogenbildung bei einer niedrigeren Spannung wahrscheinlich ist.

Dies erfordert einen guten Abstand zwischen den Signalleitungen und eine besondere Berücksichtigung am Ende des Frequenzspektrums.

DC-Differential kann möglicherweise Ätzen verursachen. Es kann auch zu einer elektrochemischen Migration führen. Darüber hinaus neigen die Schichten aufgrund der Migration der elektrochemischen Substanz zu Lichtbogenbildung.

Dadurch verringern sich die Kriech- und Luftstrecken der Platine.

Einige der häufigsten Metalle, die zur elektrochemischen Migration beitragen, sind Zinn, Silber und manchmal Kupfer.

Sie können dies minimieren, indem Sie bei der Fertigstellung Ihres Hochspannungs-PCB-Designs auf die Verwendung von reinem Zinn oder Silber verzichten.

Wenn Sie Zinn verwenden müssen, schnüren Sie es mit niedrigem Bleigehalt, um das Auftreten von leitfähigen Filamenten zu kontrollieren.

Reduzieren Sie Ihre Komponenten

Derating ist wichtig, wenn Ihr Design in Umgebungen mit hoher Belastung funktionieren soll. Senken Sie den höchsten Wert von Strom, Spannung und sogar Temperatur der Komponente.

Dadurch erhält das Produkt eine längere Lebensdauer, die anhand Ihrer prozentualen Bewertung berechnet wird.

Sie sollten daher Ihre Materialien auf einen Parameterwert herunterstufen, den sie im realen Gebrauch erfahren werden. Dadurch werden die Produktionskosten gesenkt.

Foto mit freundlicher Genehmigung: Electronics Point

Beachten Sie, dass die mit den Platinen verbundenen Risiken durch Überspannung entstehen, die Lichtbögen auf der Platine verursacht.

Stellen Sie sicher, dass Sie auf die maximale und nicht auf die durchschnittliche Spannung herabsetzen. Dadurch wird Ihre Hochspannungsplatine im Falle einer Überspannung überleben.

Wählen Sie Ihre Komponenten aus

Überprüfen Sie nach dem Derating alle Komponenten, die Sie ausgewählt haben. Hochspannung verursacht wahrscheinlich eine hohe Variabilität der elektrischen Verbindungen auf Ihrer Platine.

Es wird auch Feldspannungen zwischen den Komponenten der Platine verursachen.

Auch Spannungsschwankungen können Lichtbögen erzeugen und Bauteile zerstören.

2. Richtlinien für mehrschichtige Hochspannungs-Leiterplattendesigns

Sehen wir uns einige Richtlinien für vierschichtig an mehrschichtige Hochspannungsleiterplatte.

Dies ist ein ziemlich komplexes Verfahren aufgrund der Anzahl festgelegter Standards, die befolgt werden müssen.

Mehrschichtige Leiterplatte

Je nach elektrischem Leiterabstand sollten Platinen mit einer Differenz von 80 V zwischen den Leitern die folgenden Eigenschaften zwischen den Leitern aufweisen:

• Die Innenlagen sollen 0.1 mm Abstand zueinander haben.
• Die unbeschichteten Außenschichten sollten einen Abstand von 0.6 mm haben.
• Außenschichten, die andererseits beschichtet sind, sollten 0.13 mm Abstand voneinander haben.

Diese Zahlen sind nur der Mindestabstand, den die Schichten zwischen sich haben sollten. Es ist wichtig zu beachten, dass die Hochleistungs-Durchkontaktierungen einen Abstand auf der Niederspannungsseite halten.

3.Heavy Copper Circuits im Hochspannungs-PCB-Design

Schwere Kupferschaltungen werden normalerweise mit einem Kupfergewicht zwischen 4 oz/ft2 und 20 oz/ft2 hergestellt.

Es gibt auch Fälle, in denen Kupfer mit einem Gewicht zwischen 20 oz/ft2 und 200 oz/ft2 verwendet wird. Dies wird als extremes Kupfer bezeichnet.

 Dicke Kupferplatine

Konzentrieren wir uns auf extremes Kupfer.

4.Konstruktion von Kupfer für schwere Schaltungen

Der einzige Unterschied zwischen der Herstellung von Schwerkupfer-Leiterplatten und anderen Leiterplatten besteht im Ätzen. Auch die Beschichtungstechniken scheinen sich erheblich zu unterscheiden. Das Flechten erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, während das Ätzen differentiell ist.

Bei dieser Beschichtung haben Sie als Verarbeiter die Möglichkeit, die Kupferdicke zu erhöhen. Diese Dicke wird sowohl in den plattierten Löchern als auch in den Via-Seitenwänden realisiert.

Leiterplatte

PowerLink ist die Methode, die verwendet wird, um schweres Kupfer mit den Eigenschaften anderer gewöhnlicher Einzelplatinen zu kombinieren. Dies bringt einige Vorteile mit sich, einschließlich einer Reduzierung der Anzahl von Schichten. Es führt auch zu einer niedrigen Impedanz bei der Stromerzeugung und reduzierten Produktionskosten.

5.Strombelastbarkeit und Temperaturanstieg

Normalerweise hängt die Stromtoleranz in einem Kupferschaltkreis von der Wärmeentwicklung ab, die er aushalten kann.

Denn es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen Erwärmung und Stromfluss.

Der Stromfluss entlang einer Spur führt zu einer lokalisierten Erwärmung. Die Leitung ist für das Abkühlen der Spur und das anschließende Ausstoßen an die äußere Umgebung verantwortlich.

Der maximale Strom, den eine Leiterbahn tolerieren kann, wird durch Abschätzen des mit dem angelegten Strom verbundenen Wärmeanstiegs festgelegt.

Achten Sie auf ein Gleichgewicht zwischen Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit.

6.Stärke und Überlebensfähigkeit der Leiterplatte

Es gibt eine große Anzahl von dielektrischen Materialien, aus denen Sie wählen können.

Wenn Sie Ihr Board jedoch extremen Umgebungen aussetzen, sollten Sie exotisches Material verwenden.

Die Verwendung schwerer Kupferschaltungen hilft, thermische Ausfälle zu vermeiden. Wenn Sie die Löcher auf 2 oz/ft2 plattieren, ist die Ausfallwahrscheinlichkeit auf null begrenzt.

7. Thermisches Management

Die beim Betrieb der Platine freigesetzte Wärme muss abgeführt werden. Diese Ableitung sollte von der Quelle an die Umgebung erfolgen.

Wenn die Komponenten überhitzt werden, ist die wahrscheinliche Folge der Ausfall des gesamten Systems.

Wärmemanagement – ​​Foto mit freundlicher Genehmigung: Nex Logic

Bei Verwendung von schweren Kupferschaltungen wird der Wärmeverlust reduziert. Der schwere Kupferschaltkreis erreicht dies, indem er Wärme von den entscheidenden Komponenten ableitet.

Temperatur fällt sorgen dafür, dass die Wärme vom Ort der Entstehung an die äußere Umgebung abgeführt wird.

Arten von Hochspannungsleiterplatten

Wenn Sie nach Hochspannungs-Leiterplatten suchen, können Sie Folgendes in Betracht ziehen:

i.Einseitige Hochspannungsleiterplatten

Dies sind die grundlegendsten Formen von Hochspannungs-Leiterplatten. Sie sind die am meisten bevorzugten Platinen für Designs mit geringer Dichte.

Einseitige Leiterplatte

Diese Platine hat normalerweise keine durchkontaktierten Löcher. Resist wird auf die blanke Kupferplatine gedruckt. Sie fahren dann mit dem Ätzen und Drucken der Lötmaske fort.

Durch die Verwendung von Fotolack können Sie die Schaltung strukturieren. Zu den Rohstoffen, die bei der Herstellung dieser Platten verwendet werden, gehören FR4, Aluminium und Kupferbasis.

ii.Doppelseitige Hochspannungsleiterplatten

Anders als bei der einseitigen Hochvolt-Leiterplatte hat diese Platine zwei leitfähige Schichten. Das bedeutet, dass beide Seiten der Platine sowohl Spuren als auch Pfade haben. Dieser Fortschritt in den Fähigkeiten informiert über seine Verwendung in fortschrittlichen elektronischen Anwendungen.

Doppelseitige Leiterplatte – Foto mit freundlicher Genehmigung: Engineering projects

Es gibt zwei Methoden, die bei der Montage von Komponenten auf dieser Platine verwendet werden: Through-Hole-Technologie und Surface-Mount-Technologie.

Die Schichten sind auch auf beiden Seiten der Platte laminiert. Glas-Epoxidharz wird normalerweise als Isoliermaterial zum Isolieren der Basis des Designs verwendet.

Verwenden Sie Kupferfolie, um beide Seiten des Substrats zu laminieren, und Lötstopplack, um die Platine zum Schutz zu schützen.

iii.Mehrschichtige Hochspannungs-Leiterplatten

Mehrschichtige Hochspannungs-Leiterplatten haben normalerweise mehr als drei leitende Schichten, die in der Mitte des Materials vergraben sind. Dadurch unterscheidet es sich sowohl von ein- als auch von doppelseitigen Hochspannungsleiterplatten.

Um dieses mehrschichtige Design zu erreichen, wechseln sich die Schichten aus Prepreg und den Kernmaterialien ab.

Mehrschichtige Leiterplatte

Sie benötigen eine hohe Temperatur und einen hohen Druck, um diese Materialien miteinander zu laminieren. Dies hilft bei der Entfernung eingeschlossener Luft zwischen den Schichten.

Leiter sind ferner mit Harz eingekapselt. Anschließend schmelzen und härten Sie den Klebstoff aus, der die Schichten zusammenhält.

Bei der Herstellung von mehrschichtigen Hochspannungs-Leiterplatten können Sie grundlegende Epoxidglas-, exotische Keramik- oder Teflonmaterialien verwenden.

iv.Starrflexible Hochspannungsleiterplatten

Diese Art von Hochspannungs-PCB besteht aus starren und flexiblen Schaltungssubstraten, die zusammenlaminiert sind.

Starre flexible Leiterplatte

Normalerweise besteht das flexible Substrat aus flexiblen Polyimiden wie Kapton oder Norton. Diese Polyamide werden normalerweise mit Kupfer unter Verwendung von Hitze, Acrylkleber und Druck zusammenlaminiert.

Dies wird zusammen mit dem starren Substrat laminiert. Anschließend montieren Sie Komponenten auf beiden Seiten der resultierenden Multilayer-Platine.

Starrflex-Hochspannungs-Leiterplatten erfordern keine Verbindungskabel zwischen den beiden Substraten. Dies liegt daran, dass die Flex-PCB-Schaltung eine elektrische Verbindung herstellt.

Dies führt zu einer Reihe von Leistungsvorteilen.

Erstens verbessert es die Signalübertragung der Schaltung und führt zu einer kontrollierten Impedanz in der Schaltung.

Starr-flexible Hochspannungs-Leiterplatten helfen auch, häufige Verbindungsprobleme wie kalte Verbindungsstellen zu beseitigen. Auch das Gewicht wird reduziert, bietet aber dennoch ausreichend Platz für mehr Komponenten.

Layout-Richtlinien für das Design von Hochspannungs-Leiterplatten

Wenn Sie Ihre Hochspannungs-Leiterplatte entwerfen, müssen Sie zunächst Hochspannungsbereiche isolieren. Durch Gruppieren der Hochspannungsschaltungen werden die Auswirkungen auf Ihr Board minimiert.

PCB-Layout

• Stellen Sie sicher, dass Sie die Spannung auf der Platine reduzieren und Rauschquellen isolieren. Die Verbindungen sollten ebenfalls minimiert werden.
• Verwenden Sie Designprüfungen, um sicherzustellen, dass die Hochspannungs-Leiterplatte über eine hervorragende Leistung und einen lebenslangen Schutz verfügt.
• Achten Sie bei Ihrer Konstruktion auf die Einhaltung der Kriech- und Luftstrecke.
• Abstand ist normalerweise der kürzeste Abstand durch Luft zwischen zwei leitfähigen Schichten. Ein kleinerer Abstand auf der Leiterplatte führt bei Überspannung wahrscheinlich zur Bildung eines Lichtbogens zwischen den Leiterplatten.
• Kriechen hingegen ist der Abstand zwischen leitenden Schichten in einer Leiterplatte. Sie ist ein Maß für den kürzesten Weg entlang des Materials der Dämmfläche.
• Die Betriebsfrequenz ist ein weiterer kritischer Aspekt, der beim Design von Hochspannungs-Leiterplatten berücksichtigt werden muss. Vermeiden Sie die Verwendung von reinem Zinn oder Silber, um diese Art von Leiterplatte fertigzustellen.
• Die Komponenten sollten auch auf die maximale Spannung im Gegensatz zur durchschnittlichen Spannung herabgesetzt werden. Dies gewährleistet Ihnen die Produktsicherheit und Überlebensfähigkeit bei Überspannung.
• Um das Auftreten von Lichtbögen zu vermeiden, sollten Sie Ecken und scharfe Kanten vermeiden.
• Bei den Pads ist darauf zu achten, dass die Rundungen glatt sind. Die Ecken sollten auch gebogen sein. An Verbindungsstellen können Sie auch Lötkugeln verwenden.
• Stellen Sie sicher, dass das Material, das Sie für die Platine verwenden, geeignet ist. Zu diesen Materialien gehören FR4-Laminat, BT-Epoxy und Isola High V-Laminat. Hochspannungs-Leiterplatten erfordern Laminate, die Überspannungen tolerieren.
• Ebenso ist es sehr wichtig sicherzustellen, dass der verwendete Glasharzgehalt der richtige ist. Werden diese nicht entsprechend ausgewählt, kann es zu Fehlern im Endprodukt kommen.

Kriech- und Luftstrecke in Hochspannungsleiterplatten

Wie alle anderen Leiterplatten haben auch Hochspannungs-Leiterplatten enge Anforderungen an die Abstände. Diese werden normalerweise in Kriech- und Luftstrecke gemessen.

Zwischen den leitenden Elementen der Hochspannungsleiterplatte kann sich leicht ein Lichtbogen bilden.

Wenn Sie die Komponenten auf der Hochspannungs-Leiterplatte richtig platzieren, verringern Sie die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Lichtbogens. Dieser Abstand wird durch die Luft- und Kriechstrecke bestimmt.

Der Begriff Abstand ist der Abstand, über den Luft zwischen zwei Leitern zirkuliert.

Wenn leitende Schichten zwischen der Hochspannungs-PCB keinen ausreichenden Abstand haben, bildet sich wahrscheinlich ein Lichtbogen.

Kriechen ist der Abstand zwischen zwei Leitern. Es befindet sich jedoch an der Oberfläche des Materials und nicht durch die Luft.

Wenn Ihre Hochspannungs-Leiterplatte eine angemessene Kriechstrecke hat, werden die Komponenten nicht zu eng.

Herstellung von Hochspannungsleiterplatten

Hochspannungsleiterplatten werden wie jede andere Leiterplatte aus Kupfer hergestellt. Normalerweise wird Kupfer auf ein Substrat plattiert und dann weggeschnitten, um das Design der Platine freizulegen.

Leiterplattenbestückung

Im Folgenden finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Herstellung Ihrer Hochspannungs-Leiterplatte.

Schritt 1 – Das Design

Das Design der Platine gibt Ihnen die Blaupause, auf der Ihre Hochspannungs-Leiterplatte basieren wird. Üblicherweise wird dies mithilfe von Computersoftware erreicht.

Sie verwenden den Leiterbahnbreitenrechner bei der Erstellung von Details der Innen- und Außenlagen der Hochvolt-Leiterplatte.

Schritt 2 – Drucken des Designs

Verwenden Sie in diesem Schritt den Plotterdrucker, um das Design der Hochspannungsplatine zu drucken. Dies liegt daran, dass es in der Lage ist, einen Film zu produzieren, der die Schichten der Platte detailliert darstellt.

Verwenden Sie nach dem Drucken zwei verschiedene Tintenfarben in den inneren Schichten des Kartons.

Klare Tinte kennzeichnet die nichtleitenden Bereiche, während die leitenden Kupferspuren mit schwarzer Tinte gekennzeichnet sind. Verwenden Sie die gleichen Farben auf den äußeren Schichten, aber mit umgekehrten Bedeutungen.

Schritt 3 – Erstellen des Substrats

In dieser Phase können wir zuversichtlich sagen, dass Ihre Hochspannungs-Leiterplatte begonnen hat, Gestalt anzunehmen. Die Substrate beginnen sich zu bilden, wenn Sie die Platte durch einen Ofen führen.

Das Durchleiten von Epoxidharz und Glasfaser durch Hitze härtet sie halb aus.

Fahren Sie fort, Kupfer auf beiden Seiten der Schicht vorzukleben, und ätzen Sie dann, um das Design von den bedruckten Filmen freizulegen.

Schritt 4 – Drucken der inneren Schichten

Nachdem Sie das Substrat erstellt haben, drucken Sie das Design auf ein Laminat, das den Körper der Struktur darstellt.

Verwenden Sie einen lichtempfindlichen Film, um die Struktur abzudecken. Dies ist auch für die Ausrichtung der Baupläne und den finalen Druck auf der Tafel notwendig.

Löcher in das Brett bohren. Dies hilft auch beim Ausrichtungsprozess.

Schritt 5 – Ultraviolettes Licht

Nachdem Sie den Resist und das Laminat ausgerichtet haben, führen Sie sie durch ultraviolettes Licht. Dies hilft beim Härten des Photoresists.

Nachdem sie das ultraviolette Licht passiert haben, werden Kupferpfade freigelegt. Zum Ausbau vorgesehene Teile werden durch die schwarze Tinte am Aushärten gehindert.

Sie können die Schichten dann in eine alkalische Lösung eintauchen, um den überschüssigen Fotolack zu entfernen.

Schritt 6 – Entfernen von unerwünschtem Kupfer

In diesem Schritt entfernen Sie überschüssiges Kupfer, das auf der Platine verblieben ist.

Waschen Sie dazu die Platte mit einer ähnlichen Lösung wie die zuvor verwendete alkalische Lösung.

Dadurch wird überschüssiges Kupfer auf der Platine abgewaschen.

Während dieses Vorgangs bleibt der ausgehärtete Fotolack intakt.

Schritt 7 – Inspektion

Zur Ausrichtung müssen Sie die gereinigten Schichten überprüfen. Die zuvor gebohrten Löcher ermöglichen es Ihnen auch, sowohl die inneren als auch die äußeren Schichten auszurichten.

Mit einem optischen Stanzbohrer können Sie die Schichten ausrichten. Fahren Sie nach der Inspektion mit der optischen Stanze mit der Verwendung einer alternativen Maschine fort, um die Platine zu inspizieren.

Dies hilft, Zweifel daran zu beseitigen, ob das Board perfekt ist. Es ist wichtig, die erweiterte Inspektionsmaschine zu verwenden, da Sie die übersehenen Fehler nicht korrigieren können.

Schritt 8 – Laminieren der Schichten

An diesem Punkt nimmt das Brett nun die endgültige Form an. Dies ist ein Ergebnis der Verschmelzung der Bretter miteinander.

Verwenden Sie Metallklammern, um die Schichten zu Beginn des Laminierungsprozesses zusammenzuhalten. Stellen Sie sicher, dass die Prepreg-Schicht in das Ausrichtungsbecken gelangt.

Legen Sie nach diesem Teilschritt eine Substratschicht über das Prepreg. Darauf sollte dann das Aufbringen einer Kupferfolienschicht folgen.

Darauf Prepreg-Harz geben. Letztendlich können Sie fortfahren, eine Kupferschicht hinzuzufügen. Das ist die Druckplatte.

Schritt 9 – Pressen der Ebenen

Sie sollten jetzt die Schichten zusammendrücken. Dies beginnt mit dem Stanzen von Stiften durch die Schichten, um sicherzustellen, dass sie effektiv ausgerichtet und gesichert sind.

Je nach verwendeter Technologie können diese Stifte später wieder entfernt werden.

Danach wenden Sie Wärme und Druck auf die Schichten an. Bei Hitze schmilzt Epoxid im Prepreg.

Der Druck am anderen Ende hilft beim Zusammenschmelzen der Schichten.

Schritt 10 – Bohren

Sie sollten einen computergestützten Bohrer verwenden, der zum Freilegen des Untergrunds und der Innenplatten führt.

Entfernen Sie jegliches Kupfer, das nach diesem Schritt zurückbleibt.

Schritt 11 – Plattieren

Verwenden Sie eine chemische Lösung, um diese Schichten miteinander zu verschmelzen. Fahren Sie mit der Reinigung der Platine mit den empfohlenen Chemikalien fort.

Die Platte wird mit einer dünnen Kupferschicht überzogen. Dieses sickert in die vorgebohrten Löcher.

Schritt 12 – Abbildung der äußeren Schicht

Tragen Sie wie im dritten Schritt eine Fotolackschicht auf die Oberfläche der äußeren Schicht auf.

Anschließend können Sie das Panel zur Bebilderung einsenden.

Verwenden Sie erneut ultraviolettes Licht, um den Fotolack zu härten. Entfernen Sie den überschüssigen Fotolack.

Schritt 13 – Plattieren

Beschichten Sie die Platte mit einer dünnen Kupferschicht, wie Sie es in Schritt 11 getan haben

Beschichten Sie die Platine mit einer dünnen Zinnschicht. Dies bietet Schutz für das Kupfer auf der Außenschicht. Als Ergebnis wird das Kupfer nicht weggeätzt.

Schritt 14 – Ätzen

In diesem Schritt wird erwartet, dass Sie überschüssiges Kupfer entfernen, das unter der Resistschicht eingeschlossen ist. Die Zinnschutzschicht sichert das benötigte Kupfer.

Schritt 15 – Auftragen der Lötstoppmaske

Reinigen Sie vor dem Auftragen des Lötstopplacks alle Bleche. Tragen Sie als nächstes Epoxid zusammen mit dem Lötmaskenfilm auf.

Wenn Sie feststellen, dass die Lötstoppmaske zu viel ist, setzen Sie die Platine ultraviolettem Licht aus. Der erforderliche Lötstopplack bleibt auf der Platine eingebrannt.

Schritt 16 – Siebdruck

Dies ist ein entscheidender Schritt, da dadurch sichergestellt wird, dass wichtige Informationen auf die Hochspannungsplatine gedruckt werden. Fahren Sie nach dem Auftragen mit dem letzten Beschichtungs- und Aushärtungsprozess für die Platte fort.

Schritt 17 – Oberflächenbeschaffenheit

Die Bindungsqualität ist ein wesentlicher Aspekt bei der Oberflächenveredelung. Anhand der Anforderungen der Platine entscheiden Sie, welche Lötoberfläche verwendet werden soll.

Schritt 18 - Testen

Elektrische Tests werden normalerweise an Platinen durchgeführt, um sicherzustellen, dass sie die festgelegten Standards erfüllen. Sie können einen Techniker damit beauftragen.

Ohne diesen Prozess kann das Board nicht als vollständig bezeichnet werden. Vergleichen Sie mit dem ursprünglichen Entwurf, um sicherzustellen, dass die Qualität nicht beeinträchtigt wird.

Hochspannungs-PCB-Montageprozess

 Leiterplattenbestückung

Schritt 1: Schablonieren der Lötpaste

Das Verfahren hat Ähnlichkeit mit dem Siebdruck von Hemden. Die Besonderheit dieses Verfahrens zeichnet sich jedoch durch das Aufbringen eines dünnen Edelstahls aus Schablone über die Platine.

Dies bedeutet, dass Sie das Lot nur auf einige Teile der Hochspannungsplatine auftragen.

Diese Teile sind normalerweise die Stellen, an denen die Komponenten im Endprodukt montiert werden.

Um effektiv zu schmelzen und an eine Oberfläche zu binden, wird Lot mit Flussmittel gemischt.

PCB-Schablone

Tragen Sie die Lotpaste mit Hilfe eines Applikators präzise auf die vorgesehenen Stellen auf. Die Maschine hilft Ihnen auch dabei, die Paste gleichmäßig auf dem Brett zu verteilen.

Wenn Sie die Schablone endgültig entfernen, verbleibt Lötpaste an den zuvor identifizierten Stellen.

Schritt 2: Pick-and-Place

Nach dem Auftragen von Lötpaste können Sie nun Bauteile mit einer Bestückungsmaschine bestücken und platzieren.

Dies ist eine Robotermaschine, die bei der Platzierung von oberflächenmontierten Komponenten (SMDs) hilft.

Diese Komponenten werden dann später auf die Platinenoberfläche gelötet.

Früher wurde dieser Vorgang mit einer Pinzette durchgeführt.

Dies führte zur manuellen Platzierung der Komponenten, bei der Monteure Komponenten auswählten und platzierten.

Außerdem war das frühere Verfahren aufgrund von Ermüdung und Augenbelastung bei Monteuren unvollkommen.

Aktuell fördert die Automatisierung Präzision und Effizienz. Automatisierte Maschinen können rund um die Uhr ermüdungsfrei arbeiten.

Mit Hilfe von Vakuumgreifern kann der Automat Bauteile auf der Station aufnehmen und platzieren.

Der Roboter bringt dann die SMTs auf der Oberfläche der Hochspannungs-Leiterplattenoberfläche an. Die Komponenten werden auf der Lötpaste an den zuvor identifizierten Stellen montiert.

Schritt 3: Reflow-Löten

Nach dem Platzieren der oberflächenmontierten Komponenten ist unbedingt darauf zu achten, dass diese dort haften bleiben. Es besteht daher die Notwendigkeit, die Lötpaste zu verfestigen, um die Komponenten auf der Platine zu halten.

Übertragen Sie die Hochspannungsplatine auf das Förderband, das die Platine durch einen Reflow-Ofen bewegt.

Im Ofen erhitzen verschiedene Heizungen das Brett auf eine Temperatur von etwa 250 Grad Celsius. Diese Temperaturen schmelzen Lot in der Lotpaste weg.

Die Leiterplatte bewegt sich weiter im Ofen, wo sie kühleren Heizelementen ausgesetzt wird, um das geschmolzene Lot zu verfestigen.

Darüber hinaus erfolgt dieser Prozess auf kontrollierte Weise, wodurch dauerhafte Lote entstehen, die die oberflächenmontierten Bauelemente mit der Leiterplatte verbinden.

Beim Reflow zweiseitiger Hochspannungsleiterplatten müssen besondere Maßnahmen getroffen werden. Es ist notwendig, jede Seite separat zu schablonieren und zu reflowen.

Sie werden zuerst die Seite schablonieren, die weniger und kleinere Teile hat, und dann dasselbe auf der anderen Seite wiederholen.

Schritt 4: Inspektion und Qualitätskontrolle

Nachdem Sie die oberflächenmontierten Komponenten an ihren richtigen Platz gelötet haben, testen Sie die Funktionalität.

https://youtu.be/WWi7ZQt9Yzg

Die intensive Bewegung, die den Reflow-Prozess kennzeichnet, verschlechtert wahrscheinlich die Verbindungsqualität. Es kann auch zu einem völligen Verbindungsverlust oder elektrischen Kurzschlüssen kommen.

Viele Inspektionsmethoden können verwendet werden, um sicherzustellen, dass solche Fehler nicht vorhanden sind. Lassen Sie uns einige der Methoden besprechen, die Sie hier verwenden können.

·Manuelle Kontrollen

Obwohl es in der jüngeren Vergangenheit technologische Fortschritte bei der Inspektion von Leiterplatten gegeben hat, ist die manuelle Prüfung immer noch weit verbreitet.

Bei kleinen Chargenmengen kann eine persönliche Sichtkontrolle sinnvoll sein. Dies hilft Ihnen, die Qualität der Platine nach dem Reflow-Prozess zu bestimmen.

·Automatische optische Inspektion

Diese Methode ist die effektivste, wenn es darum geht, eine große Anzahl von Chargen während der Hochspannungs-Leiterplattenmontage zu prüfen.

Die verwendete Maschine ist als automatische optische Inspektionsmaschine (AIO) bekannt. Seine Inspektionsfähigkeiten werden durch leistungsstarke Kameras realisiert.

Außerdem sind die Kameras strategisch platziert, um die Lötverbindungen zu sehen.

Die Maschine verwendet verschiedene Lichter, um die Qualität verschiedener Lötverbindungen anzuzeigen. Dies ermöglicht dem AOI, minderwertiges Lot zu identifizieren.

Das AOI beurteilt die Qualität der Boards in der Regel in sehr kurzer Zeit.

·Röntgeninspektion

Die Röntgeninspektion ist keine sehr verbreitete Inspektionsmethode. Es eignet sich am besten für Platinen, die als komplex oder mehrschichtig angesehen werden.

Mit den Röntgenstrahlen kann man durch die Schichten sehen. Dadurch können Sie die unteren Ebenen anzeigen und versteckte Probleme identifizieren.

Wenn Sie feststellen, dass die Platinen defekt sind, haben Sie zwei Möglichkeiten. Je nach Schwere der Störung können Sie diese nacharbeiten oder ganz verschrotten.

Es ist wichtig zu beachten, dass selbst wenn diese Inspektionen keine Fehler finden, weitere Funktionstests folgen sollten. Sie testen die Anschlüsse des Boards, um die Qualität sicherzustellen.

Wenn die von Ihnen getesteten Hochspannungsplatinen entweder programmiert oder kalibriert werden müssen, sind noch mehr Tests erforderlich, um die Funktionalität sicherzustellen.

Sie sollten solche Tests regelmäßig nach dem Reflow-Prozess durchführen, um potenzielle Probleme aufzudecken. Durch solche Kontrollen wird sichergestellt, dass die Mängel rechtzeitig erkannt und behoben werden. Dies hilft Ihnen, Zeit und Ressourcen zu sparen.

Schritt 5:  Einsetzen von Komponenten durch das Loch

Abhängig von den Anwendungen, die Sie mit der Hochspannungsplatine machen möchten, können die Komponenten über die üblichen SMDs hinausgehen.

Einige PCBs benötigen plattierte Through-Hole-Komponenten (PTH).

Diese Komponenten leiten Signale über die Platine unter Verwendung von plattierten Durchgangslöchern weiter.

Solche Bauteile können nicht durch Reflow-Löten auf SMDs montiert werden. Es gibt zwei Optionen beim Löten von Durchgangslochkomponenten auf die Hochspannungs-Leiterplatten.

·Manuelles Löten

Beim manuellen Einsetzen von Durchgangslöchern fügt eine Person ein einzelnes Bauteil in einen vorherbestimmten PTH ein und lötet es.

Wenn die erste Person fertig ist, wandert die Tafel zur nächsten Person, die ebenfalls das nächste Bauteil einlegt.

Der Prozess wird fortgesetzt, bis alle PTH-Komponenten angemessen fixiert sind.

Dies kann ein sehr unbequemer, zeitaufwändiger und ermüdender Vorgang sein, insbesondere wenn es viele Komponenten gibt. Es gibt jedoch eine Reihe von Designs, die immer noch diese Methode des Lötens von PTH-Komponenten erfordern.

·Wellenlöten:

Damit ist die automatisierte Variante des Lötens von PTH-Bauteilen gemeint. Der bei dieser Methode beteiligte Prozess ist jedoch auffallend anders.

Nachdem Sie die PTH-Komponente platziert haben, legen Sie die Hochspannungs-Leiterplatte auf ein Förderband.

Das Förderband läuft durch einen Ofen, in dem geschmolzenes Lot die Unterseite der Platine wäscht. Dadurch werden die Pins an der Unterseite der Platine im Handumdrehen verlötet.

Dies kann nur auf einer Seite der Leiterplatten erfolgen und kann sich bei doppelseitigen Hochspannungs-Leiterplatten als schwierig erweisen. Das Löten der Komponenten auf der zweiten Seite kann die Funktion der bereits gelöteten Komponenten beeinträchtigen.

Schritt 6: Endkontrolle und Funktionstest

Wenn Sie mit dem Lötprozess fertig sind, führen Sie die abschließenden Tests durch, um die Funktionalität der Platine sicherzustellen.

Der Prozess ist eine Simulation der Bedingungen, unter denen das Hochspannungs-PCB-Design arbeiten wird.

Stellen Sie sicher, dass Sie die Energie durch die Schritte des Bretts laufen lassen. Verwenden Sie Tester, um die elektrischen Eigenschaften der Hochspannungs-Leiterplatten zu überwachen.

Unzulässige Schwankungen in Spannung, Strom und Signalausgang sind Anzeichen für einen Ausfall der Platine.

Entscheiden Sie je nach Schwankungsbreite, ob Sie ein solches Board verschrotten oder recyceln und setzen Sie Maßstäbe.

Dies sollte die letzte Stufe der Hochspannungs-PCB-Montage sein.

Anwendungen von Hochspannungsleiterplatten

Hochspannungs-PCB-Montage

·Militäranwendungen

Hochstrom-Leiterplatten werden bei der Herstellung von Militäranwendungen durch Hinzufügen von Doppelschichten verwendet. Die Schichten haben zusätzlich 3 bis 4 Unzen Kupfer parallel.

Die Schichten kreuzen ihre Daumen, damit sie Ströme gleichmäßig teilen können. Dadurch kann die Platine die Lastverteilung eliminieren.

Dadurch werden thermische Belastungen in den Anwendungen reduziert.

Dies informiert die Anwendung bei der Herstellung von Waffensteuerungssystemen.

Hochspannungsleiterplatten werden auch bei der Herstellung von Stromversorgungen für Radarsysteme verwendet.

Militärische Stromverteiler und Batterielade- und Überwachungssysteme werden ebenfalls unter Verwendung von Hochspannungs-Leiterplatten hergestellt.

·Luft- und Raumfahrtanwendungen

Hochspannungs-PCB-Designs werden auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. Thermische Belastungen, die bei anderen Boards üblich sind, können leicht zu mehreren Systemausfällen mit fatalen Folgen führen.

Dies informiert über die Verwendung von Hochspannungsplatinen bei der Herstellung von Radarsystemen.

Sie werden auch bei der Herstellung von Kommunikationszubehör in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. Abgesehen von Flugzeugen werden diese Platinen auch in Raumfahrzeugen und anderen Weltraumausrüstungen verwendet.

·Leistungstransformatoren

Leistungstransformatoren werden normalerweise unter Verwendung von Hochspannungsleiterplatten hergestellt. Dies kann der Fähigkeit des Boards zugeschrieben werden, thermische Belastungen zu kontrollieren.

Üblicherweise fungieren Leistungstransformatoren als Verteilungsnetze für verschiedene Stromverbraucher. Damit verbunden sind viele thermische Schwankungen, die es zu regulieren gilt.

Fazit

Hochvolt-Leiterplatten sind sehr wichtig bei der Herstellung von Anwendungen, die unter wechselnden thermischen Bedingungen arbeiten.

Sie sind speziell auf solche Schwankungen ausgelegt.

Mit der ordnungsgemäßen Herstellung der Platine bis zum Bestückungsprozess ist Ihnen Effizienz garantiert.

Daher müssen Sie jeden in diesem Leitfaden hervorgehobenen Aspekt berücksichtigen.

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