【導讀】許多新入行的電力電子設計人員（包括高電壓電力係統設計人員）會向製造商請求默認疊層並立即開始創建PCB布局。對於許多通用產品來說，這是完全可以接受（並且經常被推薦）的做法，例如較小的微控製器電路板。

上圖中所有元件下方的某處是由剛性疊層材料製成的PCB，這些材料必須滿足特定的操作標準才能滿足基本性能需求。許多新入行的電力電子設計人員（包括高電壓電力係統設計人員）會向製造商請求默認疊層並立即開始創建PCB布局。對於許多通用產品來說，這是完全可以接受（並且經常被推薦）的做法，例如較小的微控製器電路板。

那如果對高電壓PCB材料采用同樣的方法會有什麼問題呢
？

高電壓PCB存在某些安全性和可靠性問題，這是大多數其他電路板所沒有的。如果您的製造廠專門從事高電壓PCBbingshouwokucuncailiao，tamenkenenghuituijianyitaocailiao，yijininkenengyongyumouxiedianyafanweihepinlvdebiaozhundieceng。ruguoninxuyaoxuanzezijidecailiao，qinganzhaoyixiatishilaibangzhuninsuoxiaofanweiyiquedingheshidecailiaoji。

選擇正確的高電壓PCB材料

我們所提到的“高電壓”通常指的是達到kVfanwei，wulunshizhiliuhaishijiaoliu。cengyabanshujubiaozhongdeyixiecailiaoshuxingkeyibangzhuninquedingnazhongcengyabanzuishihenindedianluban，bingquebaozaigaodianyaxiadekekaoxing。gaodianyaPCB中使用的一些基板材料示例包括：

. BT環氧樹脂
. 酚醛固化剛性層壓板
. 高電壓聚四氟乙烯（HVPF）

如果您想使用不同的材料集，請注意以下規格：

相對漏電起痕指數（CTI）

用於量化設計承受電介質擊穿能力的重要總結性指標之一是其相對漏電起痕指數（CTI）。CTI定義了絕緣材料（如PCB基板）在表麵附近開始擊穿的電壓。在擊穿過程中，材料開始碳化並變得更具導電性，這會增加泄漏電流並隨著時間的推移加速擊穿。

IEC-60950-1和IPC-2221等行業標準提到了一些基於CTI值的高電壓PCB推薦材料。這些值也可以使用一些標準測試來確定，最值得注意的是使用UL 746A、IEC 60112或ASTM D3638。CTI值分為六個性能等級類別（PLC）：

實際上

，CTI為您提供了一種方法，可以在導體間距變得非常小時估算兩個導體之間的漏電流。應該注意的是
，CTI捕獲的退化與導致電離和隨後電流浪湧的電介質擊穿不同。這些額定值遠高於CTI額定值，通常在kV左右。暴露在這些電壓下的設計至少需要一個PLC 0材料，以確保長期可靠性。

樹脂含量

、玻璃編織和固化劑

設計中使用的材料體係
，將影響設計的可靠性，特別是樹脂含量和固化劑。FR4層壓板可用於被認為是高電壓PCB設計的低端產品，因為盡管它們具有高擊穿電壓值，但也具有低CTI值（~200-300 V DC）。隨著時間的推移
，高電壓PCB材料的彈性與樹脂含量和固化劑有關。這在高電壓PCB中很重要，有兩個原因：

. 導電陽極絲化（CAF）故障，其中高電壓促使金屬遷移以及處於高電位的導體之間枝晶結構的電化學生長。

. 樹脂含量較低時出現空隙


，這將增加PCB疊層中各層之間降解機製的機會。在高電壓設計中通常首選較高的樹脂含量
，這意味著纖維編織會更鬆散。

在基於雙氰胺（DICY）的FR4層壓板中
，玻璃轉換溫度（Tg）值可能相當高
，達到180°C左右。然而，這些樹脂係統在高電壓梯度下可能會更早失效，如Isola的數據所示（見下文）。雖然兩者可能具有相似的CTI，但使用酚醛固化劑的故障率更長，因為固化層壓板中的CAF生長受到抑製。

采用HASL表麵處理的DICY固化材料和酚醛固化材料
，在100 V下的PCB可靠性比較。

高電壓板可靠性的另一個方麵是玻璃編織。諸如1080、2113或2116等更精細的玻璃編織物是理想選擇
，而像106編織物這樣鬆散可能會縮短長期使用壽命。這些編織仍然允許樹脂流動和滲透
，同時平衡在較低電壓下抑製CAF的需要。

表麵處理和銅重量

您還希望銅質量能夠滿足高電壓操作要求。這涉及到選擇銅重量和表麵處理。無論您使用的是裸銅（不推薦）還是類似ENIG的de標biao準zhun表biao麵mian處chu理li，成cheng品pin表biao麵mian都dou應ying該gai盡jin可ke能neng光guang滑hua。具ju有you更geng光guang滑hua表biao麵mian處chu理li的de設she計ji是shi首shou選xuan，因yin為wei粗cu糙cao的de接jie口kou會hui產chan生sheng靜jing電dian荷he易yi積ji聚ju的de區qu域yu。在zai低di電dian壓ya下xia，這zhe並bing不bu是shi真zhen正zheng的de問wen題ti
，因yin為wei導dao體ti各ge部bu分fen之zhi間jian的de場chang強qiang太tai低di而er不bu會hui在zai空kong氣qi中zhong引yin起qi電dian弧hu或huo電dian介jie質zhi擊ji穿chuan。在zai處chu理li成cheng品pin板ban以yi及ji所suo需xu銅tong重zhong量liang的de最zui佳jia電dian鍍du材cai料liao/厚度方麵，您的製造商應該能夠就這一點提供指導。

銅層中的劃痕會增加電弧的風險

當dang查zha看kan高gao電dian流liu材cai料liao時shi，銅tong重zhong量liang會hui變bian得de更geng加jia重zhong要yao，這zhe往wang往wang與yu高gao電dian壓ya一yi起qi出chu現xian，盡jin管guan情qing況kuang並bing非fei總zong是shi如ru此ci。當dang電dian流liu較jiao高gao時shi
，銅tong重zhong量liang應ying該gai更geng高gao，並bing且qie在zai某mou些xie時shi候hou，當dang大da型xing布bu局ju中zhong的de電dian流liu超chao過guo~100 A時，您將需要切換到母線。IPC-2152列線圖是開始為您的PCB調整導體尺寸的好選擇，但請注意，該標準中推薦的值可能過於保守，並不普遍適用於所有PCB。

開始您的高電壓PCB布局

歸根結底，您選擇的層壓板能夠支撐您的電路板並且能夠承受長期的高電壓操作。整理好PCB的層壓層、銅重量和電鍍層後，您就可以繼續規劃疊層和PCB布局了。應與您的製造商協商創建疊層，如果您的特定層壓板不可用，他們通常會建議替代層壓板。

接下來，您需要確保布局符合基本的安全和可靠性規則
，這些規則涉及安全標準規定的導體間距。IPC-2221將是大多數PCB在剛性電路板上布局的起點。或者，對於更可靠的要求
，如軍用航空電子設備，MIL-STD-275建議將間距設置為8V/mil
，不過其中一些標準較舊
，尚未更新以考慮對1000V/miL的HVPF或Kapton等新材料的處理。請注意這些PCB標準和其他行業特定標準（例如IEC）以獲得更多指導。

(本文轉載自：Altium，博客作者：Zachariah Peterson）

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