Hallo zusammen,
ich habe letztens Effekte auf einer meiner Platinen entdeckt, die ich
noch ned recht erklären kann, und deshalb wollt ich mal in die Runde
fragen, ob jemand so etwas schon mal hatte.
Also, es geht um ein Design, in dem Hochspannungen von bis zu 1500V
(effektiv, sinusförmig) bei 25kHz geführt werden. Auf den Platinen
entstehen an bestimmten Stellen weiße Ablagerungen, die wie die Reste
einer Sprühentladung aussehen (siehe Foto). Und zwar treten die immer an
den Stellen auf, an denen zwei Bahnen mit unterschiedlichem Potential
sich in zwei Lagen gegenüberstehen, also z.B. 1500V auf Top und GND in
Zwischenlage 1 direkt darunter. Laut Hersteller sollte das Material aber
39kV/mm aushalten (bei DC, freilich), weshalb ich mich getraut hab, das
so zu routen. Offenbar geht's doch nicht ganz ...
Hat von Euch schon mal jemand solche Effekte gehabt ?
Besten Dank und viele Grüße,
Mario
@ Mario (Gast)
Bildformate!!!
>Also, es geht um ein Design, in dem Hochspannungen von bis zu 1500V>(effektiv, sinusförmig) bei 25kHz geführt werden. Auf den Platinen
Hoppla, das ist ja schon ne Menge!
>entstehen an bestimmten Stellen weiße Ablagerungen, die wie die Reste>einer Sprühentladung aussehen (siehe Foto). Und zwar treten die immer an>den Stellen auf, an denen zwei Bahnen mit unterschiedlichem Potential>sich in zwei Lagen gegenüberstehen, also z.B. 1500V auf Top und GND in>Zwischenlage 1 direkt darunter. Laut Hersteller sollte das Material aber>39kV/mm aushalten (bei DC, freilich), weshalb ich mich getraut hab, das
Ja eben. Schon mal ausgerechnet, welche Kapazitätenm zwischen den
Leiterbahnen existieren und was die bei 25 kHz uns 1,5kV für Ströme
fliessen lassen?
Erinnert mich an meine Spielereien mit Zeilentrafos ;-)
>Hat von Euch schon mal jemand solche Effekte gehabt ?
Vielleicht ist auch die Oberfläche nicht sauber und der "Dreck" wird
gegrillt, vor allem Flussmittelrückstände.
MFG
Falk
Hallo,
danke für die Antwort. Ja, das ist strom- und leistungsmäßig ne ganze
Menge, das ist mir beim nachträglichen Rechnen auch schon aufgefallen
;-) Mir ist schon bewusst, dass das an der Stelle so nicht gehen kann
und ich mir da was einfallen lassen muss.
Also Dreck oder Rückstände schließe ich aus, da es bei mehreren Platinen
in gleicher Form vorkommt. Und an der gezeigten Stelle sind ja keine
Bauteile, sondern nur Leiterbahnen.
Mich interessiert mehr der Effekt, der da auftritt, und woher diese
weißen Spuren kommen.
Gruß, Mario
Könnte es einfach Dreck sein der elektrostatisch angezogen wird und sich
in Richtung der Feldlinien ablagert? Wenn keine nennenswerten Schäden
resultieren und kein messbarer Strom zwischen den Bahnen fließt würde
ich das so hinnehmen. Sowas hab ich auch schon in PC-CRTs gesehen.
Hallo,
wie gesagt das mit dem Dreck schließ ich eigentlich fast aus (auch
wenn's schön wäre), denn man kann das weiße Zeug leicht abwischen und
hat dann an den Stellen leichte Riefen im Material. Sieht so aus als ob
die Oberfläche leicht abgetragen werden würde.
So wie ich das sehe sind das Oberflaechenstroeme um den Rand herum. Der
Rand sollte etwas weiter weg sein. Ich denke nicht dass das allzulange
gut geht.
Hi,
meine Einschätzung: DAS IST Dreck! Feinstaub! Du lebst ebend nicht im
Reinraum. Und 1500V erzeugen schon ein nenneswertes elektrostatisches
Feld. Also wird dieser Feinstaub, der überall in der Luft ist, dort
angezogen. Und dieser Feinstaub ist auch alles andere als nichtleitend,
vor allem, wenn Feuchtigkeit dazukommt! Und auch die hast Du praktisch
immer. Daher stammen auch die feinen Riefen. Elektrostatische
Entladungen die Staubbahnen entlang können auch, aufgrund Energie, die
Oberfläche "in Angriff" nehmen. Laß die Anlage eingeschaltet und mach es
mal wirklich dunkel! Das dürfte dann durchaus interessant aussehen! (und
ganz nebenbei ein Beweis des Ganzen sein!)
Schönen Tag noch,
Thomas
Hallo,
in der Tat, im Dunkeln sieht das Ganze wirklich hübsch aus und erinnert
mich an meine Zeit mit den Teslatrafos ;-) Es ähnelt sehr einer
Koronaentladung, so violettfarbige kleine Verästelungen, von der Form
her wie den weißen Spuren. Ihr habt mich glaub ich überzeugt,
Staubablagerungen entlang der Entladungen klingt logisch.
Ich werd in der Revision versuchen, die beiden so gut wie möglich zu
trennen.
Dank Euch allen für die Tipps und Hilfen !
Ciao, Mario
Mario wrote:
> Hallo,>> in der Tat, im Dunkeln sieht das Ganze wirklich hübsch aus und erinnert> mich an meine Zeit mit den Teslatrafos ;-) Es ähnelt sehr einer> Koronaentladung, so violettfarbige kleine Verästelungen, von der Form> her wie den weißen Spuren.
Das ganze nennt sich Gleitentladung.
> Ihr habt mich glaub ich überzeugt,> Staubablagerungen entlang der Entladungen klingt logisch.
Es handelt sich höchstwahrscheinlich um Rückstände der thermischen
Zersetzung der Leiterplattenoberfläche und nicht um "angezogenen Staub".
Immerhin wird bei einer Gleitentladung (und auch bei anderen
Entladungsformen) die Luft im Bereich des Entladungskanals ionisiert,
und das bedeutet sehr hohe lokale Temperaturen
> Ich werd in der Revision versuchen, die beiden so gut wie möglich zu> trennen.
Ja. Und gerade im Bereich derart hoher Spannungen drauf achten, dass
alle Ecken und Kanten (in diesem Falle v.a. die Kanten der Leiterbahnen)
eine extreme lokale Erhöhung der Feldstärke verursachen. Da kommt es
dann eben zu Teilentladungen, die einerseits in Form von
Gleitentladungen an der Oberfläche, andererseits aber auch in Form von
"electrical trees" durch das Material hindurch auftreten. Wenn zwischen
den auf den beiden Seiten der Platte liegenden Bahnen auch die volle
Spannung anliegt, dann kann es Dir paasieren, dass irgendwann die
komplette Platine durchschlägt.
PeterL wrote:
> wenn das Material aber 39kV/mm kann, wie kommt es dann zu diesen> Entladungen?
Weil der Lötstoplack über der Leiterbahn keinen mm dick ist?
PeterL wrote:
> wenn das Material aber 39kV/mm kann, wie kommt es dann zu diesen> Entladungen?
Der Witz bei *TEIL*Entladungen ist ja gerade, dass sie sich an Stellen
abspielen, an denen die Feldstärke höher ist als anderswo (also in stark
inhomogenen Feldern). Einfachstes Beispiel ist eine Spitzenelektrode
gegenüber einer Plattenelektrode (die man quasi als Seitenansicht auf
die Kante einer Leiterbahn auf einer Platine sehen kann). Da Feldlinien
immer senkrecht aus Äquipotenzialflächen austreten, ist an der Spitze
die Feldstärke erheblich höher als an der Platte. Und es kann durchaus
passieren, dass an der Spitze die Feldstärke höher ist als die
Durchschlagfeldstärke des Dielektrikums. Dann bekommt man eine
Teilentladung, die eben nicht die gesamte Isolierstrecke durchschlägt,
sondern nur einen Teil davon (eben den Teil, in dem die Feldstärke hoch
genug ist). Die Feldstärke über die gesamte Isolierstrecke gemittelt
reicht in dem Fall noch aus, um einen vollständigen Durchschlag zu
vermeiden.
An sich sind die Teilentladungen nicht gefährlich, sofern das
Isoliermedium durch sie nicht geschädigt wird. Aber ionisiertes Gas
bedeutet nunmal hohe Temperaturen und dementsprechend eine
Schädigung/Zersetzung des Isoliermediums. Und wenn bei der Zersetzung
auch noch leitfähige Produkte entstehen (bei den meisten Kunststoffen
u.a. Kohlenstoff), dann kann es durchaus zu weiteren Folgen kommen (z.B.
das erwähnte electrical treeing, bei dem die "Spitze" durch die
Ausbildung eines mehr oder weniger leitfähigen Entladungskanals in das
Isoliermedium hineinwächst, oft auch mit Verästelungen). Dass eine
Leiterplatte bei 1500V effektiv komplett durchschlägt, ist allerdings
selten (dazu müssten alle o.g. Effekte zusammenkommen, und ich habe
derzeit keine konkreten Werte über die TE-Resistenz von FR4 o.ä. parat,
aber als Verbundwerkstoff sollte das Zeug einiges abkönnen). Trotzdem
sollte man bei Layouts mit solchen Spannungen sehr sorgfältig planen.
Ernst Bachmann wrote:
> Weil der Lötstoplack über der Leiterbahn keinen mm dick ist?
Der Lötstoplack ist bei solchen Feldstärken in seinen
Isoliereigenschaften vernachlässigbar.
@ PeterL (Gast)
>wenn das Material aber 39kV/mm kann, wie kommt es dann zu diesen>Entladungen?
DC!!!
Ausserdem liegt das Problem NICHT an der Isolierfähigkiet der Platine,
sondern an den "scharfen Kanten" der Leiterbahn. Dort entstehen sehr
hohe Feldstärken und die Luft wird ionisiert.
MfG
Falk
@ Johannes M. (johnny-m)
>Der Lötstoplack ist bei solchen Feldstärken in seinen>Isoliereigenschaften vernachlässigbar.
Eben. Deshalb müsste man wohl entweder das Layout ändern oder einen
"Hochspannungslack" aufbringen, der eben die Feldstärke aushält und 1mm?
dick ist. Dann ist die Feldstärke an der Luft wesentlich geringer und es
kommt nicht zu Ionisierungen. Nur so ne Idee.
Oder die dünne Leiterbahn, von der die Entladungen ausgehen, direkt über
die dicke Leiterbahn auf der Unterseite legen. Dann hat man einen
Plattenkondensator und das Feld ist homogener, die Ecken werden nicht so
stark belastet.
MFG
Falk
Danke für die Antworten, jetzt werde ich in Zukunft wohl auch besser
aufpassen müssen.
Habe bis jetzt erst ein HV (5kV) Layout machen müssen, da habe ich die
Abstände mit Ausfräsungen realisiert.
Ist es evtl. besser statt 30µ, 70µ oder mehr Kupferauflage zu verwenden
und
dünne Leiterbahnen zu verlegen, damit die Feldstärke gleichmässiger
verteilt ist?
PeterL wrote:
> Danke für die Antworten, jetzt werde ich in Zukunft wohl auch besser> aufpassen müssen.> Habe bis jetzt erst ein HV (5kV) Layout machen müssen, da habe ich die> Abstände mit Ausfräsungen realisiert.
Das ist auf jeden Fall schon mal besser. Besonders kritisch (in Sachen
Gleitentladungen) sind Grenzflächen in Feldrichtung. Wenn nur noch Luft
zwischen den Leiterbahnen ist, dann gibts höchstens noch
Sprühentladungen (Korona) an den Leiterbahnen, die i.d.R. zumindest
nicht viel Schaden anrichten können.
> Ist es evtl. besser statt 30µ, 70µ oder mehr Kupferauflage zu verwenden> und> dünne Leiterbahnen zu verlegen, damit die Feldstärke gleichmässiger> verteilt ist?
Dickeres Kupfer ist zwar eine Idee, aber bringt in dem Fall
wahrscheinlich nichts. Dünnere (schmalere) Leiterbahnen sind wiederum
kontraproduktiv in der anderen Richtung. Grundsätzlich gilt für
kritische Leiter: möglichst rund und möglichst großer Querschnitt
("Rogowski-Profil"). Wenn Ecken und Kanten dran sind, nützt aber auch
der größte Querschnitt nix.
Was zumindest bei Richtungswechseln schon mal gewisse Vorteile bringt,
ist ein Verzicht auf Ecken (45 oder gar 90°) und eine kurvenförmige
Leiterführung. Ansonsten würde ich überlegen, die hohen Spannungen nicht
als Kupferbahnen auf der Leiterplatte zu führen, sondern in einer
homogeneren Anordnung. Für Spannungen oberhalb einiger 100 V sind
Leiterplatten eher ungeeignet.
Hallo zusammen,
danke für die vielen Antworten ! Wir haben inzwischen beim
Leiterplattenhersteller einen Schliff anfertigen lassen, und es hat sich
gezeigt dass es ein Durchschlag an der Oberfläche ist, der von den
Knicken in den Leiterbahnen ausgeht, den Lötstoplack durchdringt und
dann wohl an der Oberfläche sich in Richtung der Feldlinien ausbreitet.
Das Basismaterial selbst ist nicht angegriffen worden. Ist genau so eine
Teilentladung, wie Johannes sie beschreibt (vielen Dank für die
ausführliche Info !).
Ich hab die Revision schon vorbereitet, es wird alles soweit wie möglich
voneinander getrennt werden, außerdem hab ich großzügige Ausfräsungen
vorgesehen. Ich hoffe, dass diese Maßnahmen dann ausreichen werden. Bei
den bereits gebauten werd ich mal einen Schutzlack versuchen.
Grüße, Mario
