浅谈电路漏电流形成及预防

作者：赵动员

来源：《科技创新导报》 2011年第22期

赵动员

(咸阳荷立医疗器材有限公司 陕西咸阳 712000)

摘 要:在电子产品迅速发展的当今,漏电流已成为一个重要课题。本文介绍了在印制电路板中漏电流,指出其形成原理,进行了影响分析,在不同的环境条件下,通过对印制板的印制线间的绝缘电阻大分析,得出了电路漏电流的影响。本文可以为实际中可能出现的各种由电路漏电流所导致的电路故障进行避免,并对故障分析提供一定的参考和依据。

关键词:电路漏电流 形成理论 绝缘电阻影响分析 预防

中图分类号:U416 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(a)-0065-01

1 引言

随着微电子技术以及大规模集成的电路技术的迅猛发展,当前,电子产品的发展趋势是功能作用越来越强大,实际体积却越来越小。因此,导致生产的印制电路板的组件的组装密度已经越来越大,而且印制线的间距也更加有趋于微细化的趋势。然而,当所处的环境条件处于发生变化的状态(比如温度或者湿度的增加)、污染、三防质量等,这些状况,都会导致在电路板相邻的印制线或是焊点之间会发生漏电流。由此所导致的电子产品的电气性能发生改变,影响严重,已不可忽视。

笔者首先阐述了电路漏电流,其基本的形成原理,然后在不同的环境条件下,通过对印制板的印制线间的绝缘电阻大分析,得出了电路漏电流的影响。并由此提出减小电路漏电流的措施,可以为实际中可能出现的各种由电路漏电流所导致的电路故障进行避免,并对故障分析提供一定的参考和依据。

2 漏电流的形成原理

印制板上相邻的印制线之间的电阻,理想状态下应为无穷大,但由于实际中,基板以及阻焊膜等等涂覆物存在于两印制线之间,还有其它物质如灰尘以及空气中的水蒸汽等的存在,导致两印制线间不是完全绝缘,而是存在有几千兆欧甚至更高的电阻。但是由于一般电路的工作电压还是比较低的,仅有几十伏特甚至是十几伏特,因此两线间的电流很小,电流仅是纳安级甚至更小。于是,造成的对电路性能产生的影响可以忽略不计。然而,若两印制线之间的绝缘电阻值下降,电压不变,就会使得两线间的电流显著增大,导致电路的性能不可逆的发生劣化很多情况下,甚至失效。

离子迁移是使得印制电路板的绝缘性能发生下降所主要的原因。因为如果印制电路板暴露在空气中,会吸收到环境中存在的水蒸气。加上偏压时,会发生电路板上存在的金属,比如铜、银和锡等会在电场的作用下通过绝缘层而向电场另一极迁移。而如果电离后的金属离子能够达到另一极,那么金属线之间就会发生短路现象。而导致电路板的绝缘性能大幅下降。

电路板在早期的制作时由于线间距比较宽,因此发生该故障的可能性很小,于是这一现象也没有能引起重视。但是,由于PCB组装的密度大幅提高和PCB层数的显著增加,因此层与层之间

和布线之间以及通孔之间的绝缘性问题目前已经受到了广泛的关注。尤其是PCB产品如果工作在高湿度的环境下,离子迁移的现象更加容易发生,于是会造成电路板绝缘性劣化,甚至是短路。

离子迁移的产生与温度、湿度、电压以及间距有关,与湿度、电压以及间距成比例关系,与温度成指数关系。

3 绝缘电阻的影响分析

在工作电压维持不变的状态下,漏电流大小与绝缘阻值是成反比的。因此可以通过对电路板的电极之间绝缘电阻值进行测定,来观察各种因素对漏电流大小的影响。

下面依次介绍电路板的印制线的布线线宽,电路板的印制线的布线间距以及涂有不同涂覆物、施加不同的应力电压等因素,所处环境的温度变化以及湿度变化与电路板离子迁移间的关系。

3.1 布线线宽

对于绝缘电阻值,如果在PCB的板层间布线的电路板试样,要比在表面布线电路板大大约几个数量级。这是因为水汽与杂质会更难以进入PCB板的内部。

线宽对电路板线间的绝缘电阻值影响不是很大。但是布线线宽越小,则绝缘性能会越好。这是因为若线宽窄,则印制线中铜离子参与到离子迁移的数量少。

3.2 布线间距

若布线间距越大,则其绝缘电阻值会越高,且绝缘性能会越好。这是因为布线间距越大,则离子从电路板电极的一侧进一步迁移到电极另一侧所需要的时间也会越长。

3.3 涂覆物

试样的绝缘电阻值,涂有704和D04的,会比无涂覆物的试样高;

试样的绝缘电阻值,涂有706B的,和无涂覆物的试样区别不大;

试样的绝缘电阻值,涂有SFQ,ZHHJ,W-3,GF-2的,比无涂覆物的试样低。

试样的绝缘电阻值,涂有免清洗的助焊剂Ⅰ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅵ的,比无涂覆物的试样高。

3.4 应力电压

施加电压值大小对绝缘电阻值有较大的影响。并且施加的应力电压值越高,则绝缘性能会越差。

3.5 环境温度

随着环境温度在从85℃降到30℃时,绝缘电阻值存在很大的升高。

3.6 环境湿度

绝缘电阻值,随着环境湿度在从85％降到50％时,存在很大的升高。

4 减小电路板漏电流的措施

4.1 在印制板设计方面

在对电路板进行设计时,尤其是对一些高精度和高增益的敏感电路。设计者要考虑到绝缘电阻的变化对于电气性能的影响。布线前应进行仿真。可能的情况下,应确保尽量地增大这些走线与其它走线的间距。

4.2 应用以及试验环境方面

若电路在高温条件下工作,则必须考虑到绝缘电阻的劣化的影响,应使线间间距尽量增大,从而使离子从一极迁移到另一极所需要的时间增大。

应使电路板尽量在较低的湿度条件下工作。但应注意静电问题。

4.3 印制板表面涂覆物影响

在对电路板器件进行加固时,如果下方的印制板存在印制线,应该慎用GF-2胶来加固。如果电路在高电压条件下工作,则必须尽量地增大高压电气各点的间距,或者是采用灌封绝缘胶(如D04) 的方式,从而使得高压电气点间的绝缘性提高。

焊接完电路板后,必须进行彻底清洗。可以用专用水清洗设备。确保清洗工作深入至电路板的各个角落,然后通过测试液体的离子浓度来确保清洗效果可以量化可控。如果不能将助焊剂完全的清洗干净,那么建议进行焊接时,使用免清洗的助焊剂。

参考文献

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