Conception haute tension pour la prévention des arcs électriques : Comment gérer les pads et les pistes de vos PCB

Pièces de puzzle sur un fond en puzzle rappelant la nécessité de gérer les pads et les pistes de PCB.

Quand j’étais enfant, j’ai fait un nombre incroyable de puzzles avec ma grand-mère. Une vraie obsession. Au point de rater des repas ! Elle avait atteint le niveau des plus grands maîtres de la discipline. Je n’avais le droit de regarder la photo qu’une fois avant de démarrer l’assemblage. Utiliser autre chose que la mémoire et la reconnaissance de formes était considéré comme une tricherie. Pour éviter la honte de regarder la boîte, j'ai appris à me concentrer sur les formes des pièces et sur la façon dont chacune s'adapte à ses voisines. De cette façon, ne pas dépendre de l'image finale exacte devenait un avantage.

La disposition des pistes et des pads sur PCB haute tension me rappelle les puzzles de mon enfance. Vous avez une vue d'ensemble dans votre esprit, mais la forme de chaque pièce reste très importante pour atteindre la bonne solution finale. Quelques aspects différents concernant les pads et les pistes doivent être pris en compte pour obtenir la forme parfaite, en particulier dans les applications haute tension.

Meilleures pratiques pour concevoir des coins sur vos PCB haute tension

Vous devez éviter les coins et les arêtes vives ou les virages sur les circuits imprimés haute tension. Pour les pads, utilisez une courbe ronde et lisse qui coupe les coins. Dessinez la courbe avec le rayon le plus grand possible sans perdre la surface nécessaire. 

Pour le routage des pistes, vous devez aussi éviter les angles vifs dans les virages. Utilisez plutôt un tracé courbe, toujours avec le rayon le plus grand possible.

Si vous utilisez des billes de soudure aux points de connexion, vous devez également spécifier un rayon minimum pour les billes de soudure. Vous devez donner les informations les plus précises à votre fabricant avant qu'il ne fasse votre devis de fabrication, car vous pourriez avoir besoin d'une bille de soudure plus grosse que celle qu'il utilise habituellement.

Billes de soudure pour la prise d'une carte mère CPU dans une PCB haute tension.

Les billes de soudure à petit rayon peuvent concentrer le champ électrique sur un circuit imprimé haute tension et augmenter le risque d'arc électrique ou d’effets de couronne.

Considérations concernant l'espacement sur votre PCB haute tension

Si vous utilisez des bords courbes au lieu de coins, vous pourrez utiliser un espacement beaucoup plus petit entre les éléments. Selon la Sierra Proto Board, un arc électrique direct peut se produire à ⅓ de la distance d'une pointe par rapport à un bord arrondi. C'est aussi trois fois plus facile pour une pointe de générer un effet de couronne. 

Sierra Proto propose également des équations pour vous aider à estimer votre distance d'espacement en fonction de votre fréquence de fonctionnement. Rappelez-vous que les hautes fréquences produisent plus facilement des arcs électriques, de sorte que votre espacement doit augmenter selon un facteur recommandé de 1,12X.

Lorsque votre PCB est terminé, vérifiez que la surface et les bords sont propres et que tous les conducteurs sont lisses avant de l'allumer. La saleté, les bords rugueux et les rayures peuvent augmenter les risques d’arc de 70 à 80 %.

Meilleures pratiques pour concevoir des bords sur vos PCB haute tension

Tout comme les pièces de bord d'un puzzle, les bords d'un circuit imprimé nécessitent une attention particulière. Lorsque les bords d'une carte sont usinés ou fraisés, des bavures sont souvent laissées sur le bord brut. Si cela se produit sur une piste conductrice, la bavure aura le même effet qu’une pointe et augmentera considérablement le risque d'arc électrique.

Par mesure de sécurité, votre agencement devrait systématiquement éloigner toutes les pistes de cuivre à l’écart des bords. Utilisez une distance de sécurité minimale de 0,02 pouce entre un conducteur et le bord. Augmentez la distance de 0,001 pouce pour chaque 100 V que la piste porte en charge maximale.

Parfois, vous n’avez pas d’autre choix que de laisser une piste trop près du bord. Dans ce cas, vous pouvez utiliser une couche conforme d'un matériau compatible haute tension, comme du HVPF. Ce revêtement apporte une protection supplémentaire à votre circuit imprimé jusqu'aux bords de la carte.

protect them from machining damage.  Pads de connexion sur le bord d'une PCB haute tension Analyse de la conception

Les pistes et les pads près du bord d'un circuit imprimé haute tension nécessitent une attention particulière pendant la conception afin de les protéger contre les dommages dus à l'usinage.

Avant d'envoyer votre conception à la fabrication, vous voudrez peut-être effectuer une analyse du gradient de champ à haute tension. Cela vous permettra de vérifier la validité des facteurs d'utilisation de votre carte et de ses composants par rapport au déclassement et à la géométrie utilisés dans la conception de votre PCB.

Ma grand-mère ne serait pas d'accord, mais les erreurs dans la conception d'un PCB sont beaucoup plus graves que les erreurs dans un puzzle. C'est pourquoi vous devez utiliser les meilleurs outils possibles. Certains logiciels de conception, comme Altium Designer, offrent des fonctions particulièrement utiles, telle que la définition de vos propres règles de conception. Vous n'avez pas besoin de vous souvenir de la distance d'espacement et de la taille des billes de soudure lorsque vous optimisez un réseau avec uniquement des pistes arrondies. 

Lorsque vous avez rangé vos puzzles, l’Assistance en direct d'Altium vous aide à comprendre comment le meilleur logiciel PCB peut améliorer votre processus de conception PCB haute tension.

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