다층 PCB가 레이어 간 내전압 문제를 해결하는 방법

산업용 전원 공급 장치에서 의료 영상 기계에 이르기까지 고전압 전자 장치에서전기 장애를 방지하기 위해 층 간 안정적인 단열을 보장합니다.단층 또는 이중층 PCB와 달리 단층 PCB는 3+개의 구리 층을 쌓아 놓고 전압 누출이나 활을 형성할 수 있는 여러 가지 잠재적 지점을 만듭니다.첨단 다이렉트릭 물질을 통해, 정밀한 디자인, 그리고 엄격한 제조, 다층 PCB는 전압 문제를 해결 할뿐만 아니라 뛰어난 성능과 내구성을 제공합니다.이 가이드는 다층 PCB가 계층 간 전압 문제를 해결하는 방법을 설명합니다., 재료 선택에서 테스트에 이르기까지, LT CIRCUIT와 같은 파트너가 안전한 고전압 설계에 중요한 이유입니다.

주요 내용
1.다일렉트릭 물질은 기본입니다: FR-4 (에록시 + 유리 섬유) 또는 나노 입자 강화 된 변압 물질과 같은 고품질 물질은 밀리당 200~500V의 두께를 견딜 수있는 전압 누출을 차단합니다.
2정확한 단열 제어: 단열 두께 (IPC 클래스 3에 최소 2.56 밀리) 와 층 간격 (최저 8 밀리) 은 도경 및 단회로 를 방지 합니다.
3- 스택업 디자인 문제: 평평한 레이어 스택링, 전용 지상/전력 평면, 분리 된 신호 레이어는 전압 스트레스와 노이즈를 줄입니다.
4엄격한 테스트는 협상 할 수 없습니다: 미세 절단, 열 사이클 및 표면 단열 저항 (SIR) 테스트는 실패를 유발하기 전에 약한 지점을 발견합니다.
5제조 정밀: 제어 된 라미네이션 (170 ~ 180 ° C, 200 ~ 400 PSI) 및 산화 처리로 강한 층 결합과 일관성 절연이 보장됩니다.

다층 PCB 의 전압 물질 을 견딜 수 있는 이유
저항 전압 (dielectric resist voltage) 은 PCB가 전기 장애없이 처리 할 수있는 최대 전압입니다. 전류가 층 사이에 누출되어 쇼트, 아크,또는 심지어 화재다층 PCB의 경우, 이 과제는 증폭됩니다.

1더 많은 계층 = 더 많은 단열점: 각 구리 계층 쌍은 신뢰할 수있는 단열을 필요로하며, 어떤 계층이 손상되면 고장 위험이 증가합니다.
2고전압 응용 프로그램은 엄격함을 요구합니다: 산업 제어기 (480V), 의료기기 (230V), 자동차 시스템 (400V EV 배터리) 는 일정한 전압 스트레스에 견딜 수 있는 PCB가 필요합니다.
3환경적 요인은 위험을 악화시킵니다: 습도, 열, 진동은 시간이 지남에 따라 단열을 저하시키며 저항 전압을 감소시키고 장치 수명을 단축시킬 수 있습니다.

단 하나의 단열 고장이 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 예를 들어, EV 배터리 PCB의 단축이 열 도출을 일으킬 수 있으며, 의료 MRI PCB의 누수는 환자 치료를 방해 할 수 있습니다.다층 PCB는 표적 설계와 제조를 통해 이러한 위험을 해결합니다..

다층 PCB가 어떻게 계층 간 전압 문제를 해결합니까?
다층 PCB는 세 가지 핵심 전략을 통해 전압을 견딜 수 있습니다. 고성능 다이 일렉트릭 재료, 정밀 단열 설계 및 제어 된 제조 프로세스.아래는 각 접근법의 상세한 분포입니다..

1다이렉트릭 재료: 첫 번째 방어 라인
다이 일렉트릭 재료 (열대) 구리 층을 분리, 전압 누출을 차단. 재료 선택은 직접 충격을 저항 전압,다이렉트릭 강도 (단위 두께 당 전압) 및 습도 저항성 같은 특성이 중요합니다..

고전압용 일반적인 다이 일렉트릭 재료

왜 LT CIRCUIT 의 재료 선택 이 두드러지는가?
LT CIRCUIT는 전압 요구에 맞게 고품질의 다이 일렉트릭 재료를 사용합니다.
a.일반 고전압 설계에 대해서는: IPC-4101 표준에 따라 시험된 400V/mil 이상의 변압 강도를 가진 FR-4.
극한 조건: 나노 입자로 강화된 FR-4 또는 PTFE, 최대 700V/mil까지의 전압을 견딜 수 있습니다.
c. 의료/자동차용: 수분 흡수율이 낮은 (<0.1%) 재료로, 시간이 지남에 따라 단열의 붕괴를 방지합니다.

중요한 참고: 다이렉트릭 강도는 일정하지 않습니다. 두꺼운 재료는 더 높은 총 전압을 견딜 수 있습니다. 예를 들어, FR-4 (400V / mil) 의 5 mil는 2000V를 처리 할 수 있으며, 10 mil는 4000V를 처리 할 수 있습니다.

2방열 두께와 층 간격: 아크를 방지
심지어 가장 좋은 다이 일렉트릭 물질도 너무 얇거나 층이 너무 가까워지면 실패합니다. 다층 PCB는 아크 (층 사이의 전압 점프) 를 피하기 위해 정확한 단열 두께와 층 간격을 사용합니다.

단열 두께 지침
단열 두께는 IPC-2221과 같은 표준을 따라 PCB가 직면할 최대 전압에 의해 결정됩니다.
a. 최소 두께: IPC 클래스 3 (의료/자동차 등과 같은 중요한 애플리케이션) 보드에 2.56m (65μm).
b.전압 기반 크기: 운영 전압의 모든 100V에 대해 0.5 ∼ 1 밀리 단열을 추가합니다. 예를 들어 1000V PCB는 고전압 층 사이에 10 ∼ 20 밀리 단열이 필요합니다.
c. 용도 조절: LT 회로는 PCB 전체에 일관된 단열을 보장하는, <15ml 두께의 보드에 대해 두께 용도를 ±2m2 유지합니다.

층 간격: 구리 를 뚫고 갈 수 있는 단장 을 피함
레이어 간격 (보리 레이어와 비아 사이의 거리) 는 특히 굴착 과정에서 (층이 약간 이동 할 수 있습니다):
a.공개에서 구리까지의 최소 공백: IPC-2222당 8mil (203μm), 공개기가 구리를 부딪히지 않고 쇼트를 일으키는 것을 방지한다.
b. 안티패드 설계: LT CIRCUIT는 안전 버퍼를 추가하여 클리어런스를 9~10m로 높이기 위해 "안티패드" (비아스 주위의 추가 구리 없는 공간) 를 사용합니다.
c. 레이어 정렬: 레이저 정렬을 통해 레이어는 50μm (1.97 mil) 내로 등록되며 간격이 일관되게 유지됩니다.

예를 들어: 500V 산업 센서용 4층 PCB는 5ml 단열을 층 사이에 사용하고 9ml 도공-보리 클리어런스를 사용합니다. PCB가 125°C까지 뜨는 경우에도 활을 방지합니다.

3스택업 디자인: 전압 스트레스 감소
잘 설계된 레이어 스택업은 전압을 균등하게 분배하여 단열에 대한 스트레스를 줄입니다. 다층 PCB는 세 가지 주요 스택업 전략을 사용합니다.
1짝수 계층 수 & 대칭성
a.공층: 4, 6 또는 8층은 절단 과정에서 변형을 방지합니다 (열/압하에 대칭 확장), 절단 균열이 발생할 수 있습니다.
b. 균형 잡힌 구리 분포: 다이 일렉트릭의 양쪽에 동등한 구리 커버링은 전압 농도를 감소시킵니다 (비평등한 구리는 뜨거운 지점을 만들 수 있습니다).

2전용 지상/전력 비행기
a.지상 평면으로 방패: 신호 계층 사이의 내부 지상 평면은 전압 소음을 흡수하고 고전압 계층과 저전압 계층 사이의 장벽으로 작용합니다.
b.전력 평면 격리: 고전압 전력 평면 (예를 들어, 400V EV 전력) 은 누출을 방지하기 위해 두꺼운 단열 (10+mL) 으로 저전압 신호층에서 분리됩니다.

3신호 계층 분리
a.접근 신호 계층이 없습니다. 신호 계층을 지상/전력 평면 (다른 신호 계층이 아닌) 옆에 배치하면 신호 사이의 교차 음성 및 전압 결합이 감소합니다.
b. 임피던스 제어: 외부 층에 있는 흔적은 50Ω (RF) 또는 100Ω (차원 쌍) 로 설계되어, 단열에 스트레스를 줄 수 있는 신호 반사를 방지합니다.

LT CIRCUIT의 스택업 벤치마크 (IPC 표준에 따라):

4제조 과정: 일관성 있는 단열을 보장
심지어 가장 좋은 설계도 제조가 좋지 않으면 실패할 수 있습니다. 다층 PCB는 단열의 무결성을 유지하기 위해 통제 된 가루화, 산화 처리 및 품질 검사에 의존합니다.

래미네이션: 약점 이 없는 접합 층
LT CIRCUIT의 라미네이션 과정은 고전압 PCB를 위해 최적화되었습니다.
a. 온도 조절: 170~180°C (338~356°F) 는 이극 물질을 손상시키지 않고 고칠 수 있습니다.
b.압: 200~400 PSI (평방인치당 파운드) 가 밀접한 레이어 결합을 보장하고 공기 거품 (열열 구멍을 일으키는) 을 제거합니다.
(c) 진공 탈가스화: 층 사이에 있는 공기를 제거하여 붕괴로 이어질 수 있는 공백을 방지합니다.
d. 제어 냉각: 느린 냉각 (분당 5°C) 은 단열을 찢는 열 스트레스를 피합니다.

산화물 처리: 층 결합 을 강화 한다
a. 구리 산화염 코팅: 라미네이션 전에 구리 층은 얇은 산화질 층으로 처리되며, 다이 일렉트릭 물질에 대한 접착력을 향상시킵니다.이것은 수분과 전압 스트레스에 단열을 노출 하는 delamination (층 분리) 를 방지.
b.품질 검사: 라미네이션 후 초음파 테스트는 숨겨진 탈라미네이션 또는 공백을 감지합니다. LT CIRCUIT는 1% 이상의 공백 커버를 가진 보드를 거부합니다.

뚫고 덮는 것: 단열물 손해 를 피 하는 것
a.레이저 뚫기: 마이크로 비아 (68 밀리) 를 위해 레이저 뚫기는 기계 뚫기보다 더 정확하며 인접층의 손상 위험을 줄입니다.
b.전자접착 제어: 비아스의 구리 접착은 25μ30μm 두께로 제한되며, 방열 간격을 줄일 수 있는 접착 축적을 방지합니다.

테스트 및 품질 관리: 저항 전압을 확인
다층 PCB는 엄격한 테스트 없이 고전압 사용에 적합하지 않습니다. LT CIRCUIT는 단열 신뢰성을 보장하기 위해 일련의 테스트를 사용합니다.

1전기 테스트
a.다일렉트릭 저항 테스트 (DWV): 누출 여부를 확인하기 위해 60초 동안 1.5배의 작동 전압 (예를 들어 500V PCB에 750V) 을 적용합니다. 누출 전류 > 100μA는 단열 고장을 나타냅니다.
b. 표면 단열 저항 (SIR) 시험: 오랜 단열 안정성을 확인하기 위해 습기와 열을 시뮬레이션하여 시간이 지남에 따라 구리 흔적 사이의 저항 (≥10^9 MΩ 허용) 을 측정합니다.
c. 비행 탐사 시험: 로봇 탐사기를 사용하여 층 사이의 단회로를 확인하고 구리에서 구리 오류를 감지합니다.

2물리 및 열 테스트
a. 미세 절단: 미시경 아래에서 단열 두께, 계층 정렬 및 공백을 검사하기 위해 PCB 가로 절단을 절단합니다. LT CIRCUIT는 ≥95% 단열 커버 (공백이 50μm 이상 없습니다) 를 요구합니다.
b.열기 사이클 테스트: 실제 세계 온도 변화를 시뮬레이션하기 위해 PCB를 -40 °C에서 125 °C 사이클로 1000 회로합니다. 격리 저항은 분해 여부를 확인하기 위해 각 회전 후에 측정됩니다..
c. X-Ray CT 스캔: 마이크로 섹션이 놓칠 수있는 숨겨진 빈자 또는 탈 라미네이션을 탐지하기 위해 PCB의 3D 이미지를 만듭니다.

3재료 인증
a.UL 인증: 다이전트릭 재료가 불 retardant (UL 94 V-0) 이며 전압 표준을 충족하는지 확인합니다.
b.IPC 준수: 모든 PCB는 단열 및 계층 품질을 위해 IPC-6012 (직한 PCB 자격) 및 IPC-A-600 (수용성 기준) 을 충족합니다.

일반적인 도전 과제 및 LT 회로의 해결책
최선 사례에도 불구하고, 다층 PCB는 전압과 관련된 과제에 직면합니다. 아래는 일반적인 문제와 LT CIRCUIT가 어떻게 해결하는지입니다.
1. 습기에 의한 변전력 붕괴
도전: 수분 흡수 (FR-4에서 흔한) 는 변압력을 20~30% 감소시켜 고장 위험성을 증가시킵니다.
솔루션: LT CIRCUIT는 야외/산업용 PCB를 위해 낮은 수분 흡수 (<0.1%) 물질과 합성 코팅 (아크릴 또는 실리콘) 을 사용하여 수분 침투를 차단합니다.

2. 열 스트레스 균열 단열
도전: 높은 온도 (예: EV 배터리) 는 다이 일렉트릭 물질이 팽창하여 층 사이의 단열을 균열시킵니다.
솔루션: LT CIRCUIT는 열 확장 계수 (CTE) 가 낮은 재료를 선택합니다. 예를 들어 FR-5 (CTE: 13 ppm/°C) 대 표준 FR-4 (17 ppm/°C)

3레이어 디라미네이션
문제: 부적절 한 가루화 또는 산화물 처리 는 층 이 분리 될 수 있게 하여 단열물 은 전압 스트레스 에 노출 된다.
솔루션: LT CIRCUIT는 진공 라미네이션, 산화 처리 및 초음파 테스트를 사용하여 99.9%의 레이어 접착을 보장합니다.

4. 전압 계층 간 교신
문제: 고전압 계층은 저전압 신호 계층에서 소음을 유발하여 성능을 방해할 수 있습니다.
솔루션: LT 회로는 고전압층과 저전압층 사이에 지상 평면을 배치하여 교차 스톡을 차단하는 방패를 만듭니다.

FAQ
11000V 다층 PCB의 최소 단열 두께는 무엇입니까?
1000V의 경우 안전 버퍼를 보장하기 위해 10~20ml 단열 (FR-4: 400V/mil) 을 사용하십시오. LT CIRCUIT는 ±2ml 허용량으로 대부분의 1000V 응용 프로그램에 15ml을 권장합니다.

2어떻게 LT CIRCUIT가 숨겨진 단열 공백을 검사합니까?
LT CIRCUIT는 X-Ray CT 스캔과 초음파 검사를 사용하여 공백 <50μm를 탐지합니다. 미세 절단도 층 사이의 간격을 검사하는 데 사용됩니다.

3다층 PCB는 AC와 DC 전압을 동일하게 견딜 수 있습니까?
다이 일렉트릭 물질은 AC보다 DC를 더 잘 처리합니다. LT 회로는 AC 저항 전압을 20% 감소시킵니다. (예: 같은 단열에 400V AC 대 500V DC).

4다층 PCB의 단열이 고장 났다면 어떻게 될까요?
단열 장애는 전류 누출을 유발합니다. 이것은 다음과 같은 결과를 가져올 수 있습니다.
a. 단회로 (손상을 입는 부품)
b. 활을 뚫고 (불꽃이나 불꽃을 일으킨다)
c. 열 방출 (EV 배터리 같은 고전력 장치에서).

5다층 PCB에서 단열이 얼마나 오래 지속되나요?
적절한 재료 선택과 제조로, 단열은 실내 애플리케이션에서 10~20 년 동안 지속됩니다. LT CIRCUIT의 PCB는 산업/자동차용으로 15+ 년의 서비스로 평가됩니다.

결론
다층 PCB는 고품질의 재료, 정밀한 설계 및 엄격한 제조의 조합을 통해 간층 전압 문제를 해결합니다.고강도 다이렉트릭 소재를 선택함으로써, 단열 두께와 계층 간격을 제어하고 포괄적 인 테스트로 검증을 통해 이러한 PCB는 EV에서 의료 장치에 이르기까지 고전압 응용 분야에서 안전하고 신뢰할 수있는 성능을 제공합니다..

LT CIRCUIT와 같은 파트너들은 이 성공에 매우 중요합니다. 재료 선택, 스택업 설계 및 품질 관리에 대한 전문 지식은 PCB가 가장 엄격한 저항 전압 표준을 충족시키는 것을 보장합니다.고전압 전자기기가 보편화됨에 따라예를 들어, 800V EVs, 5G 기지 스테이션), 잘 설계 된 다층 PCB의 역할은 증가 할 것입니다.

설계자와 엔지니어들에게 중요한 교훈은 분명합니다. 전압을 견디는 것은 뒤늦게 생각하는 것이 아닙니다. 다층 PCB 설계 및 제조 프로세스의 모든 단계에 통합되어야합니다.단열 품질을 우선시함으로써, 당신은 안전하고 내구성이 있고 현대 고전압 기술의 요구에 대비할 수 있는 장치를 만들 수 있습니다.