Progettazione e saldatura PCB ad alta tensione per la soppressione degli archi elettrici: Come gestire tracce e pads PCB

Quando ero bambino facevo continuamente dei puzzle con mia nonna, erano la mia ossessione. Ne ero così ossessionato al punto tale da saltare persino la cena. Mia nonna era un’esperta e, una volta presi i pezzi dalla scatola, potevi guardare l’immagine solo una volta. Si considerava barare se la memoria e il ricordo del disegno non erano sufficienti. Piuttosto che provare imbarazzo nel guardare la scatola, ho imparato a concentrarmi sulle forme dei pezzi e come ognuno di essi si incastra con quello adiacente. In questo modo, non conoscere di preciso l'immagine finale era meno spaventoso.

Disporre tracce e pad per una progettazione di PCB ad alta tensione mi ricorda i puzzle. Avete un quadro generale nella vostra mente, ma la forma di ogni pezzo è comunque importante se volete ottenere l’esatta soluzione finale.  Ci sono un paio di aspetti diversi da considerare per i vostri pad e tracce al fine di ottenere la forma giusta, in particolare nelle applicazioni ad alta tensione.

Le migliori pratiche per la progettazione degli angoli del circuito stampato ad alta tensione

Sui PCB ad alta tensione è meglio evitare angoli e spigoli vivi o curve. Per i pad, utilizzate una curva liscia e rotonda che taglia gli angoli.  Progettate la curva con il raggio più ampio possibile senza perdere la superficie necessaria. 

Quando instradate le tracce, evitate angoli taglienti nelle curve. Utilizzate invece una pista curva, anche in questo caso con il raggio più ampio possibile.

Se utilizzate sfere di saldatura nei punti di connessione, è necessario specificare anche un raggio minimo per queste ultime. Assicuratevi di informare il produttore prima del preventivo, poiché potreste aver bisogno di una sfera più grande di quella normalmente utilizzata.

^{Le sfere di saldatura a piccolo raggio possono concentrarsi sul campo elettrico di un PCB ad alta tensione e aumentare il rischio di formazione di un arco elettrico o corone.}

Analisi sulla spaziatura del circuito stampato ad alta tensione

Utilizzando spigoli curvi al posto di angoli, è possibile utilizzare meno spazio fra i componenti. Secondo Sierra Proto Board, l’arco elettrico diretto può verificarsi a partire da una punta dell'ago per un terzo del percorso rispetto ad uno spigolo arrotondato. In questo modo è molto più semplice per una punta dell’ago generare una corona. 

Sierra Proto può aiutarvi a stimare la distanza di spaziatura in base alla vostra frequenza operativa tramite equazioni. Ricordate che l’alta frequenza si inarca più facilmente, per cui si raccomanda di aumentare la spaziatura di un fattore di 1,12 volte.

Non appena avete la vostra scheda, assicuratevi che la superficie e gli spigoli siano puliti e che tutti i conduttori siano lisci prima di accenderla. Sporcizia, spigoli irregolari e graffi possono ridurre la tensione di scarica esterna del 70-80%.

Le migliori pratiche per la progettazione degli spigoli del circuito stampato ad alta tensione

Così come i bordi delle tessere di un puzzle, anche gli spigoli di un PCB richiedono particolare attenzione Quando gli spigoli di una scheda sono lavorati o fresati, molto spesso restano delle sbavature sullo spigolo criccato. Se ciò avviene su una traccia conduttiva, la sbavatura opererà come punta dell’ago e aumenterà sensibilmente il rischio di archi elettrici.

Per sicurezza, è consigliato posizionare le tracce di rame lontano dai bordi del vostro layout. Utilizzate una distanza minima del buffer di 0,05 cm tra un conduttore e lo spigolo. Aumentate la distanza di 0,002 cm per ogni 100 volt così che la traccia sperimenterà il suo carico massimo.

A volte è necessario forzare una traccia in prossimità dello spigolo. In questo caso, potete utilizzare un rivestimento uniforme di un materiale compatibile ad alta tensione come l’HVPF. Il rivestimento vi consente di fornire un’ulteriore protezione al vostro PCB fino agli spigoli della scheda.

^{Tracce e pad vicino allo spigolo di un PCB ad alta tensione richiedono particolari considerazioni progettuali per evitare la possibile formazione di un arco elettrico.}

Analisi di progettazione

Prima di inviare il progetto per la produzione, è possibile eseguire un'analisi del gradiente del campo elettrico per l'alta tensione. Ciò vi aiuterà a garantire che i fattori di utilizzazione della scheda e dei componenti siano adeguati per il degradamento e la geometria utilizzata nel progetto del circuito.

Mia nonna non sarebbe d’accordo, ma gli errori nella progettazione di PCB sono molto più gravi di quelli in un puzzle. È per questo motivo che è consigliabile usare i migliori strumenti possibili. Un aspetto particolarmente utile all’interno dei software di progettazione, come Altium Designer, è l’impostazione delle proprie regole di progettazione. In questo modo non è necessario ricordare la distanza di spaziatura e la dimensione della sfera di saldatura mentre state ottimizzando un layout soltanto con piste arrotondate. 

Una volta messi da parte i puzzle, il supporto live di Altium è a vostra disposizione per saperne di più sui migliori software di PCB che possono aiutarvi a migliorare il processo di progettazione di PCB ad alta tensione.

Avete domande sulla soppressione degli archi elettrici? Contattate un esperto di Altium.