印制電路板布線的可靠性設計

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印制電路板布線的可靠性設計

一次側電源適配器電路（初級電源電路）就是指直接與外界供電電網或其他等效供電源連接的內部電源電路。在電源適配器中，這些電源電路包含EMI濾波器、整流橋、高頻變壓器的一次繞組，及其一切直接連到一次側的元器件，比如說選用一次側反饋的偏置繞組、光耦合器中的光敏三極管等。
一次側鋁電解電容（下文簡稱電容器）電源電路具有電壓高、對爬電距離要求高的特點。在布線時，下面兩類布線方法普遍存在可靠性設計缺陷：
1）電容正負極印制線之間的爬電距離不足，尤其是電容器底部的印制線。
2）電容器殼體壓在了連接正極的印制線上。很多電容器殼體底部橡膠密封塞上沒有凸起結構，電焊焊接后電容器殼體會牢牢地壓在印制線上。

布線設計缺陷引起的可靠性問題

電容器底部正負極印制線爬電距離不足

電路板在生產加工時，一般需要通過貼片、回流電焊焊接、插裝、波峰焊接等多個工藝流程。在各個工藝流程的周轉過程，如果電容器下方的pcb板受到污染，會進一步減小本來就不足的爬電距離。
在電路板的長期使用過程中，如果周圍環境的潮氣較大，電容器下方的縫中空氣相對濕度增加，爬電距離不足的印制線之間便造成電弧。
電弧是一束能夠不斷燃燒的高溫電離氣體，溫度可達到幾千攝氏度。電弧造成的高溫會熔化印制線，導致印制線斷裂，使電源失效。

電容正負極之間的印制線較窄處僅為1mm，極易造成電弧如圖1所示：

電容正負極之間的印制線較窄處極易產生電弧

電容器殼體壓在了連接正極的印制線上

在電容器殼體壓在了連接正極的印制線上的情況下，如果電容器的絕緣皮出現破損，露出金屬殼體，在正極印制線與殼體之間便會造成電弧。電弧造成的高溫同樣會熔化印制線，導致印制線斷裂，使電源失效如圖2所示：

電弧產生的高溫導致印制線斷裂

電容器絕緣皮包裹的金屬外殼與電容器的正極、負極均無電氣連接。理論上，正極印制線對金屬外殼是無法造成電弧的，因為并不存在放電回路。但實際上，考慮到鋁電解電容獨特的內部結構，其負極與金屬殼體之間普遍存在幾兆至幾十兆的等效電阻，該等效電阻使正極與殼體之間形成放電回路如圖3所示
實驗數據說明電容器負極與金屬殼體中間具有可構成放電回路的等效電阻（實驗選用的鋁電解電容額定電壓為400V，正負極額定漏電流小于3uA）：
表1實驗數據
電容器金屬外殼與正極短接時的伏安特性如圖4所示：
圖4電容器金屬外殼與正極短接時的伏安特性
從上述實驗數據可以看出：
1）電容器負極與金屬外殼短接后，正負極漏電流不足1微安，說明正極與金屬外殼中間不存在可以形成放電回路的等效電阻。
2）電容器正極與金屬外殼短接后，正負極漏電流劇增至毫安級，說明負極與金屬外殼中間具有可以形成放電回路的等效電阻。

3）只有接入電容器正極的印刷線與電容器金屬外殼距離小于0.1mm時，才容易形成電弧。

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| 發布時間：2020.10.17 來源：

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