印制板中爬電距離和電氣間隙檢測的探討

1 引言

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，人們的生活水平的不斷提高，越來越多的電子產品進入我們的家庭，并向著小型化、高集成化的方向發(fā)展，產品的安全性成為其在生產和銷售之前必須要解決的一個重要問題。

為保證使用者的人身安全，世界各國均有相關法規(guī)、標準以約束電器產品對人身造成的各種傷害。因此，安全性設計在產品的整個設計過程中有著至關重要的作用，其中安全距離是在產品設計中最重要的部分之一。每類電器產品所對應的安全標準幾乎都涉及漏(爬)電距離和電氣間隙這兩個試驗。

盡管各類電器產品對應的IEC標準或國家標準中對漏電距離和電氣間隙的限值略有不同，但對于音頻視頻類、信息產品類、家電類、開關插座類、燈具類產品在試驗中依據(jù)的基礎方法標準都是一致的，即GB/T 16935.1-2008《低壓系統(tǒng)內設備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗》(等同采用IEC60664-1:2007 Insulation coordination for equipmentwithin low-voltage systems - Part 1:Principles,requirements and tests)。因此如何進行正確的漏電距離和電氣間隙的路徑選擇和測量以及使用合理的工具，已經成為每一個產品設計人員和安全檢測工程師必須掌握的技能。

2010年3月，由中國合格評定國家認可委員會(CNAS)組織了一次有百余家實驗室參加的T0529電器產品的漏電距離和電氣間隙測試的能力驗證試驗。能力驗證即利用實驗室間比對確定實驗室的校準、檢測能力或檢查機構的檢測能力。通過能力驗證活動考核參加該項目的檢測實驗室的技術能力，是否能正確應用GB/T 16935.1-2008標準(對應國際標準為IEC 60664-1:2007)第6.2條款以及相關CTL決議的內容，進行正確的漏電距離和電氣間隙的分析和測量。本文主要依據(jù)GB/T 16935.1-2008《低壓系統(tǒng)內設備的絕緣配合第1部分：原理、要求和試驗》、GB 8898-2001《音頻、視頻及類似電子設備安全要求》和CTL決議590,針對這次能力驗證試驗的測量方法進行詳細說明，并對典型的問題進行總結。

2 能力驗證試驗樣品的環(huán)境和條件

(1)本次試驗樣品為印制電路板，在進行試驗之前，不需對樣品進行任何形式的預處理。試驗的場所應是保持恒定溫度在(20±5)℃之間的房間。

(2)設定樣品污染等級為2(正常情況)。

(3)樣片中的角全部按“尖角”考慮，不視為圓角。

(3)漏電距離和電氣間隙測量值精確到0.01 mm.

(4)印制電路板上基本參數(shù)的測量(T:印制電路板的厚度，W:印制電路板中軌跡線T 2的寬度，如圖1、圖2)。

(5)印制電路板中各軌跡線間的漏電距離和電氣間隙的測量(樣品示意圖如圖3所示，帶有“CHEARI-A” 標識的為樣片的正面，其中：三角形白色區(qū)域代表樣片上的鏤空部分;①線代表樣品正面的軌跡線;②線代表樣品背面的軌跡線)。此次能力驗證活動主要考查T1 與 T2、T3 與 T4之間漏電距離和電氣間隙測量的準確性，并繪制測量路徑圖并在相應方框中描述關注點、分段尺寸及計算過程。而T1與 T4、T1與R1之間漏電距離和電氣間隙的路徑確定及測量僅作為附加題，不參與判定。

(6)推薦使用測量工具：手持透鏡、帶刻度的透鏡、游標卡尺、千分尺、放大鏡、顯微鏡或其它測量工具。

3 試驗方法與測量

3.1 基礎測量

對于本樣品測量印制電路板的厚度T,比較合理的測量工具是游標卡尺。測量印制電路板中軌跡線T2的寬度時，比較適合的測量工具是帶刻度的顯微鏡或視頻顯微鏡。測量和比對結果的具體數(shù)值見表1.

根據(jù)CNAS-GL02《能力驗證結果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》基礎測量數(shù)據(jù)采用穩(wěn)健統(tǒng)計，根據(jù)Z比分數(shù)進行判定，由測量數(shù)據(jù)計算得出印制電路板的厚度和印制電路板中軌跡線T2的寬度的︱Z︱≤2,結果為滿意。

3.2 印制電路板中各軌跡線間的電氣間隙和漏電距離的測量

3.2.1 電氣間隙和漏電距離的測量

印制電路板中軌跡線T1 與 T2、T3 與 T4、T1與 T4、T1與R1之間的電氣間隙是這些軌跡線部分之間在空間上的最短距離，且該距離是最短的直線距離。而漏電距離則是指軌跡線T1 與 T2、T3 與 T4、T1與 T4、T1與R1之間沿絕緣材料表面測量的最短路徑距離。影響漏電距離的路徑的因素主要與污染等級有關，在本次能力驗證試驗中給出的模擬試驗條件是設定樣品污染等級為2(正常情況)。對于微觀環(huán)境的污染等級GB/T 16935.1-2008中給出了明確的解釋。為了計算漏電距離和電氣間隙，微觀環(huán)境的污染等級規(guī)定有以下4個等級：污染等級1:無污染或僅有干燥的、非導電性的污染，該污染沒有任何影響;污染等級2:一般僅有非導電性污染，然而必須預期到凝露會偶然發(fā)生短暫的導電性污染;污染等級3:有導電性污染或由于預期的凝露使干燥的非導電性污染變?yōu)閷щ娦晕廴?污染等級4:造成持久的導電性污染，例如由于導電塵埃或雨或其他潮濕條件所引起的污染。由于以上軌跡線之間沿絕緣材料表面上可能存在槽或縫，這樣會導致漏電距離和電氣間隙的路徑并不完全一樣，有時甚至是截然不同的兩條路徑。槽或縫的寬度如果小于一個定值X時，測量漏電距離時槽或縫的深度是可以忽略不計的。但這個定值X是由污染等級決定的。所以說污染等級會直接影響漏電距離的路徑。槽寬度X基本上適用于以污染等級為函數(shù)的所有情況見表2.

如果有關的電氣間隙小于3 mm,則尺寸X的最小值可減小至該電氣間隙的1/3.在確定溝槽時還應特別注意，不是任意兩個鄰邊都能看成是凹槽并用X值來連線“短接”.對于凹槽和不規(guī)則表面的漏電距離的測量原則，在CTL決議的DSH No:590號中已經明確指出：當凹槽的底部夾角小于80°時，槽的底部才可以用X值來連線“短接”.下面來對這四對軌跡線的電氣間隙和漏電距離的路徑和測量作一一分析。

3.2.1.1 T1與T2之間的電氣間隙和漏電距離

T1與T2之間的電氣間隙即T1與T2間視線最短處距離，直接通過讀數(shù)顯微鏡測量T1與T2間最短的二點間距離。T1與T2之間的漏電距離為由T1沿三角形邊至角，然后由角至T2的垂直距離，但角底部需分別短路掉1 mm.此處短路掉1 mm是依據(jù)GB8898-2001《音頻、視頻及類似電子設備安全要求》

中13.2條款中附錄圖E3的V型溝槽要求，條件是所要測量的通路包含有一個內角小于80°和寬度大于X mm的V型溝槽。

規(guī)則即是漏電距離的通路就是沿溝槽輪廓線伸展的通路，但溝槽底部要短路掉X mm,又因為試驗條件是設定樣品污染等級為2,所以X值取1.0 mm.

如圖4所示，圖中虛線為電氣間隙路徑，實線為漏電距離路徑。

3.2.1.2 T3與T4之間的電氣間隙和漏電距離

T3與T4之間的電氣間隙即T3與T4間視線最短處距離，通過T4軌跡線中的A點向T3作垂線，即為T3與T4間最短的直線距離。而漏電距離與T1與T2之間的漏電距離同理，由T4沿三角形邊至角，然后由角至T3的垂直距離，但角底部需分別短路掉X mm,此處短路掉X mm有兩種選擇，可以選擇短路掉1.0 mm,也可以根據(jù)標準要求電氣間隙小于3 mm時，則尺寸X的最小值可減小至該電氣間隙的1/3.如圖5所示，圖中虛線為電氣間隙路徑，實線為漏電距離路徑。

3.2.1.3 T1與T4之間的電氣間隙和漏電距離

T1與T4之間的電氣間隙即T1與T4間視線最短處距離，直接通過讀數(shù)顯微鏡測量T1與T4間最短的二點間距離。如圖6所示，圖中虛線為電氣間隙路徑，實線為漏電距離路徑。T1與T4之間的漏電距離如圖7所示，以A-A′為軸，將該部分印制電路板豎直鏤空面逆時針水平展開俯視，即得出詳細路徑圖。該漏電距離的值為BE+CD,同時依據(jù)GB 8898-2001《音頻、視頻及類似電子設備安全要求》中13.2條款中附錄圖E1的窄溝槽要求，條件是所要測量的通路包含有一條任意深度，寬度小于X mm,槽壁平行或收縮的溝槽。規(guī)則即是直接跨溝槽測量漏電距離。

又因為試驗條件是設定樣品污染等級為2,所以X值取1.0 mm.所以在此項測試中通過塞尺測出樣品的溝槽小于1 mm,即可直接跨溝槽測量。

3.2.1.4 T1與R1之間的電氣間隙和漏電距離

T1與R1之間的電氣間隙即T1與R1間視線最短處距離，T1沿三角形邊至角A距離為AB,R1沿三角形邊至角A距離為，印制線路板的厚度為T,T1與R1之間的電氣間隙BC=√(A'C+T2)+AB2 ,如圖8所示，圖中虛線為電氣間隙路徑，實線為漏電距離路徑。T1與R1之間漏電距離如圖9所示，以A-A′為軸將該部分印制電路板的豎直鏤空面逆時針方向水平展開俯視，即得詳細路徑圖。這些組數(shù)據(jù)都可以通過顯微鏡測量得到。

3.2.2 電氣間隙和漏電距離的測量結果

本次能力驗證試驗僅對基礎測量數(shù)據(jù)和T1與T2、T3與T4的漏電距離和電氣間隙的測量數(shù)據(jù)進行判定，而T1與 T4、T1與R1之間漏電距離和電氣間隙的路徑確定及測量僅作為附加題，不參與判定。最終CNAS對本實驗室的比對試驗結果是滿意的。數(shù)據(jù)在表3中。

4 典型問題總結

對于本次能力驗證試驗中可能存在錯誤測量結果和路徑，這里簡單的做一個總結：(1)在測量印制電路板的厚度T時，不適宜用帶刻度的顯微鏡或視頻顯微鏡，因為這樣可能導致板子的被測面對焦不準，產