Multilayer, Isolationsabstände in den Innenlagen

[Jan K. (keksstein)]

Guten Abend,

eine Röhren/Transistor Hybridschaltung soll auf eine 4 lagige Platine 
gebracht werden. Sie umfasst den eigentlichen Analogteil als auch die 
Spannungsregler die zum Betrieb diverser OPVs benötigt werden. Da das 
ganze in ein geschlossenes Gehäuse soll aus dem nur die Röhren 
herausschauen muss ich mich irgendwie um die Wärmeabfuhr kümmern, ein 
10mm Aluklotz der mit dem Boden des Gehäuses verbunden sein wird führt 
die Wärme darüber ab, die Regler werden direkt darauf geschraubt. Das 
ist der gelbe Block im angehängten Bild. Ich kann die Leitungen also 
nicht auf den Außenlagen führen wegen Isolationsabstand zum 
Wärmeleitklotz, an ihm wird die Platine auch befestigt.

Der Röhrenteil braucht unter 10mA bei 300V, die Spannung wird CRCRC 
gesiebt. Das seht Ihr auf dem Bild. (TO220 Widerstand) Nach der 
Gleichrichterbrücke sind es ungefähr 350V.

Mir stellen sich jetzt 2 Fragen:

1) Wie kritisch ist die Isolation zwischen den Innenlagen zueinander, 
FR4 Leiterplattenmaterial? In meiner Layoutsoftware (Eagle) sind 0.2mm 
Prepreg, 0,15mm Core eingestellt, hält die Isolierung die 350V aus?

2) Es gibt für den Analogteil eine durchgehende Massefläche, einige VIAs 
die hohe Spannungen führen gehen natürlich durch. Wie würdet ihr die 
Isolation in den Innenlagen machen, reichen 1.7mm aus?

Vielen Dank!

Gruß,
Jan

[oerks (Gast)]

Kauf dir beim Obi einen sogenannten "Innenlochbohrer".
Damit kann man in eine Kugel Innenloecher bohren.
Hast du das gemeistert, kannst du weitersehen.

[Christian B. (luckyfu)]

also 
https://www.wedirekt.de/web/media/16_wedirekt/spezifikationen/leiterplatten_daten_downloads/FR4TG135_DE.pdf 
gibt eine Spannungsfestigkeit von 40kV/0,5mm an. Das umrechnen auf 
deinen Eigenen Lagenaufbau solltest du schaffen.

Für die Abstände innerhalb einer Lage sieht es etwas anders aus. Wenn es 
eine Innenlage ist kannst du diese Formel theoretisch ebenfalls 
anwenden, bei Außenlagen jedoch ganz sicher nicht. Da musst du die Luft- 
und Kriechstrecken beachten und diese Abstände sind etwas (deutlich) 
größer.
Nach EN60601-1-3 ist bei einer Scheitelspannung kleiner 354V mit 
mindestens 1,5kV Spannungsfestigkeit zu arbeiten. Das bedeutet, bei 
einer Verwendung unter 2000m ü.N.N. müsstest du, je nach zu erwartendem 
Verschmutzungsgrad zwischen 1,9 und 2,0mm Luftstrecke und zwischen 2,0 
und 6,3mm Kriechstrecke haben. Wenn du die Fertige Baugruppe später 
eingießt, kannst du die kleinen Werte nehmen, wenn die Platine frei in 
der Luft hängt, also Verschmutzungsgrad III, dann musst du die höchsten 
Werte annehmen.

[Jan K. (keksstein)]

Danke, für meine 350V reicht das ja dann ohne Probleme. Sehe ich das 
richtig das ich sogar Netzspannung in einer Innenlage führen könnte, bei 
0.15mm Schichtdicke sind das ja schon mehrere 1000V Spannungsfestigkeit 
der Isolation? Das das keine Schutzisolierung ist ist klar, ich würde 
Netzspannung jetzt nicht mit einer Schutzkleinspannung kreuzen.

Außenlagen ist klar, dort habe ich überall mehrere mm Abstand halten 
können. Da gibts ja auch die Liste bezüglich Isolationsabstände im 
Forum, ich habe mal großzügig aufgeschlagen.

Gruß,
Jan

[MaWin (Gast)]

Jan K. schrieb:
> 1) Wie kritisch ist die Isolation zwischen den Innenlagen zueinander,
> FR4 Leiterplattenmaterial? In meiner Layoutsoftware (Eagle) sind 0.2mm
> Prepreg, 0,15mm Core eingestellt, hält die Isolierung die 350V aus?
> 2) Es gibt für den Analogteil eine durchgehende Massefläche, einige VIAs
> die hohe Spannungen führen gehen natürlich durch. Wie würdet ihr die
> Isolation in den Innenlagen machen, reichen 1.7mm aus?

Die notwendigen Isolationsabstände in Innenlagen sind DEUTLICH geringer 
als bei Aussenlagen, die Isolation von prepregs, also der dünnen 
Glasfaserschichten, ist sehr gut.

Ich hatte man ein Übersichtsblatt eines Leiterplattenherstellers mit 
Isolation und erlaubten Stromstärken, ich dachte multi-cb, finde ich 
aber nicht wieder.

[M. H. (Firma: Multi-CB Ltd.) (marc_oh)]

MaWin schrieb:
> Jan K. schrieb:
>> 1) Wie kritisch ist die Isolation zwischen den Innenlagen zueinander,
>> FR4 Leiterplattenmaterial? In meiner Layoutsoftware (Eagle) sind 0.2mm
>> Prepreg, 0,15mm Core eingestellt, hält die Isolierung die 350V aus?
>> 2) Es gibt für den Analogteil eine durchgehende Massefläche, einige VIAs
>> die hohe Spannungen führen gehen natürlich durch. Wie würdet ihr die
>> Isolation in den Innenlagen machen, reichen 1.7mm aus?
>
> Die notwendigen Isolationsabstände in Innenlagen sind DEUTLICH geringer
> als bei Aussenlagen, die Isolation von prepregs, also der dünnen
> Glasfaserschichten, ist sehr gut.
>
> Ich hatte man ein Übersichtsblatt eines Leiterplattenherstellers mit
> Isolation und erlaubten Stromstärken, ich dachte multi-cb, finde ich
> aber nicht wieder.

Ein Blatt bzgl. Isolationsabständen/Stromstärken gibt es noch nicht auf 
unserer Homepage, danke für die Idee!

Zur Frage lässt sich sagen, dass die Spannungsfestigkeit zwischen den 
Lagen bei FR4 vorsichtig gerechnet bei ca. 35kV / mm liegt (Isola 
spricht von 40kV: 
https://www.multi-circuit-boards.eu/fileadmin/pdf/leiterplatten_material/isola_duraver-de104_www.multi-circuit-boards.eu.pdf). 
Also kein Problem.

[MaWin (Gast)]

M. H. schrieb:
> Ein Blatt bzgl. Isolationsabständen/Stromstärken gibt es noch nicht auf
> unserer Homepage, danke für die Idee!

Schade, dann war es ein anderer Leiterplattenanbieter, kein Wunder dass 
ich es bei euch nicht finde.

[Georg (Gast)]

Christian B. schrieb:
> Für die Abstände innerhalb einer Lage sieht es etwas anders aus. Wenn es
> eine Innenlage ist kannst du diese Formel theoretisch ebenfalls
> anwenden

Ich kann mich dunkel erinnern, dass die Isolation zwischen Leitern auf 
einer Innenlage NICHT gleichzusetzen ist mit der Isolation von Lage zu 
Lage, mit der Begründung, dass sich die verpressten Lagen unter 
bestimmten Bedingungen delaminieren können und z.B. Feuchtigkeit 
eindringt. Welche Vorschrift, UL, Mil oder sonstwas, kann ich mich nicht 
mehr erinnern, auch nicht welche Konsequenzen daraus zu ziehen sind. 
Jedenfalls gilt nicht die Formel für die Isolation quer durch eine Lage.

Nebenbei, es kann auch ein Unterschied sein ob die Lage ein Core oder 
ein Prepreg ist, und bei letzteren sind auch die Gewebestrukturen zu 
berücksichtigen. Darauf beruht z.B. die Vorschrift, dass Prepregs nicht 
einzeln verwendet werden dürfen, damit der Isolationsabstand nicht durch 
die Lücken im Gewebe oder durch dünne Stellen beeinträchtigt wird. 
Daraus folgt auch dass nicht die ganze Prepregdicke in die Formeln 
einzusetzen ist, ganz abgesehen davon dass ja sowieso die Leiterbahnen 
in die Prepreglage hineinragen, d.h. der Abstand zwischen 2 
70µ-Innenlagen ist dadurch schon um 140 µ kleiner.

Georg