Utilizzo di coating per riduzione distanze di creepage

[Lucast85]

Ciao a tutti,

mi trovo spesso a dover progettare PCB utilizzate nel mondo industriale dove, per definizione, il pollution degree è molto alto, tipicamente 3.
Le tensioni coinvolte sfiorano spesso i 120V e mi trovo in grandissima difficoltà a rispettare le distanze di creepage fra parti attive del circuito. Potrei utilizzare delle fresature (slot) ma spesso neanche i package degli integrati o dei componeni discreti che trovo riescono a rispettare le distanze imposte dalla normativa.
La strada più semplice, per poter mantenere contenute le dimensioni delle schede, sembrerebbe quella di utilizzare un "coating material" per rivestire la scheda. Immagino sia il "classico" conformal coating.

Nella norma che sto seguendo, la IEC62368-1 (sostituisce la più famosa IEC60950), viene proposta la tabella G13 che riporta le distanze di creepage utilizzabili su schede con coating. Sono distanze che mi permettono di progettare senza troppe restrizioni e mi piacerebbe utilizzarle.
La conformità alla normativa viene accertata dopo un'opportuna ispezione e misurazione delle distanze, oltre che dopo aver eseguito alcuni test che consistono in cicli termici e test di abrasione del coating.

Mi sono interfacciato con il ns. fornitore ma sembra non aver mai sentito parlare di quesi test.

Mi sto chiedendo se il conformal coating, con opportune resine, sia una pratica utilizzata per ridurre le distanze di creepage oppure se ho interpretato male io la normativa.

Grazie!

[lelerelele]

Non seguo la tua norma, quindi posso anche sbagliare tutto,
le distanze di isolamento, come saprai, sono riferite a distanze sulle piste attravesro lo strato di supporto PCB, quindi se inserite le fresatura nei punti cruciali siete a posto, se però avete difficoltà ad avere queste fresture si passa ad altro.

Lavori in alternata a 120V? Noi lavoriamo su rete a 220 V, ed abbiamo sempre ottenuto le distanze di isolamento sulla potenza attraverso optocoulpers che sono normati VDE, vengono montati con i pin molto aperti, in modo da avere le diatanze, (nella nostra norma EN60335, sono chiesti fino a 8mm), e ci stiamo dentro.

Non ho mai sentito di questi isolamenti di resina, quindi non ti posso rispondere in merito, non li ho mai usati, però ci sta, se l'isolamento è sufficientemente robusto da resistere alle prove, non si stacca, farà un isolamento, ma non è detto che venga riconosciuto come tale, se non altro, servirà per abbasare la classe di inquinamento della scheda in quel punto, ed allora stareste dentro alle distanza minori.

Ci si deve appoggiare ad ente preposto, per avere delle risposte in merito, anche perché, le norme vanno "interpretate", quindi a seconda dell'ente può vedere la cosa in un modo od in un altro. (Non è la prima volta che approvano a prescindere dalla norma.)

A questo punto non so se sarebbe più semplice racchiudere l'intera PCB in modo da impedire l'entrata di inquinanti.

Saluti.

[brabus]

Confermo, abbiamo lo stesso problema: BGA con passo 0,5mm su schede che condividono la tensione di rete. Confermo che grazie al coating i limiti sulle distanze di creepage e leakage vengon ridotti. La nostra norma di riferimento non indica alcun test particolare da eseguire sul coating, ma ciò non esclude che nel tuo caso i collaudi siano necessari. Se il laboratorio non ne sa nulla, è il caso di avviare una ricerca interna ed organizzare (o delegare) i test. Non stai prendendo un abbaglio, la direzione è corretta.

lelerelele, anche io ho impiegato fotoaccoppiatori in classe 3, con isolamento da 8,5mm; mela sono cavata senza dover proteggere il PCB. In altri casi la scelta dei componenti era frutto di un processo molto rigido, quindi abbiamo dovuto trovare un modo per rispettare i requisiti della direttiva in un modo o nell'altro.

[Lucast85]

Grazie ad entrambi per le risposte. Probabilmente avete ragione, dovrò chiedere all'ente preposto.

Dato che ci siamo provo ad approfondire qualche punto a me un po' oscuro.

le distanze di isolamento, come saprai, sono riferite a distanze sulle piste attravesro lo strato di supporto PCB, quindi se inserite le fresatura nei punti cruciali siete a posto, se però avete difficoltà ad avere queste fresture si passa ad altro.

Ecco, questo è un primo dubbio che ho avuto tempo fa. Il creepage tecnicamente dovrebbe essere la distanza più breve fra due conduttori, lungo una superficie, non quella in aria per intenderci, correggimi pure se sbaglio. Lo slot su PCB sicuramente aiuta per aumentari il creepage lungo il PCB costituito tipicamente di un materiale facente parte del "material group III". Tuttavia avrei anche un limite che è dato dal creepage lungo la superficie del package del componente e qui lo slot non aiuterebbe ad aumentare la distanza di creepage.
In realtà vedo spesso utilizzare fresature ed un motivo ci sarà. La spiegazione che mi son dato è che il creepage da considerare lungo la superficie del componente è quello per il "material group" legato al materiale del package del componente che solitamente è minore di III. Come riporta la normativa questo creepage è sicuramente inferiore a quello da dover mantenere sul PCB (mat. group III).

Lavori in alternata a 120V?

No, lavoro con batterie, quindi in DC, tipicamente sotto i 120V ma dovremmo lavorare con tesnioni vicino al kV.

A questo punto non so se sarebbe più semplice racchiudere l'intera PCB in modo da impedire l'entrata di inquinanti.

Lo pensavo anche io ed ho chiesto info nel forum EDA board tempo fa. E' vero, tecnicamente è possibile in alcune circostanze, ma lo sforzo di progettazione meccanica ( design della scatola, tenuta delle guarnizioni, ecc) è talemnte elevato che dovrebbe essere molto più economica la resinatura. Ad esempio, a seconda dell'ambiente di assemblaggio/riparazione delle board, puoi abbassare il pollution degree rispetto al macro ambiente esterno di 1 punto (es. PD3-->PD2) solo se utilizzi un contenitore certificato IPx7. Significa che il contenitore, in immersione, non deve far entrare liquido all'interno. Nel nostro caso, neanche utilizzando il contenitore più performante del pianeta possiamo abbassare il grado di pollution degree: se partiamo da un PD3 esterno, anche nel contenitore IPx7 o migliore avremmo lo stesso PD3.
Se interessa la norma che descrive questo è la IEC 61010-1:2010 Annesso E.

Confermo che grazie al coating i limiti sulle distanze di creepage e leakage vengon ridotti. La nostra norma di riferimento non indica alcun test particolare da eseguire sul coating, ma ciò non esclude che nel tuo caso i collaudi siano necessari.

Una buona notizia . Quale norma state seguendo?

Sto approfondendo la IEC62368-1. Sembrerebbe che per isolamento basico, fino ad una Working voltage di 455V, non occorre fare alcun test di tipo. Se l'isolamento richiesto è doppio/rinforzato, allora bisogna fare alcuni "routine test" per verificare la tenuta dell'isolamento a tensioni elevate.
Mi risulta che anche seguendo una norma differente, i principi e le grandezze inerenti gli isolamenti sono interscambiabili fra le varie IEC. Lavorate a tensioni inferiori di 455V per caso?

[lelerelele]

Se l'isolamento è doppio/rinforzato, presumo che si stia parlando dell'isolamento tra le parti attive e le parti accessibili dall'esterno, in questo caso, la distanza di isolamento è possibile anche solo esternamente, per intenderci verso l'operatore, ottenuta questa non dovrebbe essere necessario prevederla internamente sulla scheda.

Se invece stiamo parlando delle distanze funzionali, internamente alle piste della scheda a tensioni elevate, ok, torna il discorso, dovrebbero essere dell'ordine di qualche millimetro, noi a rete 220AC richiedono minimi 2.5mm, mi pare, tra fase e neutro diretti. In questo caso, però, ci sono da valutare altre strade, mi pare di ricordare, (è comunque da verificare rispeetto alla Vs. norma), che se le distanze sono minori, venga fatto il corto su di essa, e questo corto deve essere protetto, internamente all'apparecchio, se però è presente un fusibile, un interruttore automatico, od altra protezione interna, bovrebbe non essere indispensabile la distanza di isolamento funzionale, sulla scheda.

Il vostro apparato è in classe 1 o 2?

Saluti.

[Lucast85]

Se l'isolamento è doppio/rinforzato, presumo che si stia parlando dell'isolamento tra le parti attive e le parti accessibili dall'esterno, in questo caso, la distanza di isolamento è possibile anche solo esternamente, per intenderci verso l'operatore, ottenuta questa non dovrebbe essere necessario prevederla internamente sulla scheda.

Si, concordo. Andremo ad utilizzare l'isolamento rinforzato solo sulle interfacce verso l'utente (ad es. linea can bus).

Per le distanze funzionali dovrebbero essere le stesse anche se usiamo normative differenti. Probabilmente i Vs. apparati lavorano in pollution degree 2 (es. ambienti domestici) e state considerando un material group III (classica FR4). Considerando la tabella sotto mi torna.

creepage

Il vostro apparato è in classe 1 o 2?

Non so se può essere propriamente definito in classe 2 ma ci si avvicina. Esiste uno chassis metallico esterno che non è connesso a terra. Tutta l'elettronica è isolata da questo chassis essendo racchiusa in dei contenitori plastici.

[lelerelele]

Non so se può essere propriamente definito in classe 2 ma ci si avvicina. Esiste uno chassis metallico esterno che non è connesso a terra. Tutta l'elettronica è isolata da questo chassis essendo racchiusa in dei contenitori plastici.

Se i contenitori plastici hanno uno spessore di almeno 2mm, e i punti di chiusura tra le parti del contenitore...non mi ricordo quanto devono essere, forse 3-4mm, e resistenti alla rigigità doielettrica di 2.5Kv, allora dovrebbero essere considerati in classe 2, poi dipende anche dal settore, in alcuni casi è necessario che le parti isolanti, che racchiudono le parti elettriche, siano ignifughe V0.

Sto pensando al contenitore, se ha dei fili che entrano, la vedo non semplice rientrare in classe2.

Saluti.