安規測試

 

 

6.按照絕緣崩潰的定義,如何避免誤判?

 

大多數的標準在耐壓測試的允收標準上僅說明測試的電壓,在此電壓及測試時間內不能造成絕緣崩潰,僅有少數的產測標準是定義洩漏電流不能超過多少電流。絕緣及絕緣崩潰的簡要口訣為:絕緣體不讓電流流過,當絕緣體上的跨壓越來越大時,導致電流失控的陡升稱為絕緣崩潰,所以這個敘述的 V-I 特性曲線如圖五。

 

圖五:絕緣崩潰的 V-I 特性曲線

 

傳統採用絕對值洩漏電流可能的誤判影響:產線的洩漏電流允收標準如何決定?有些公司是採用平均值法,透過樣品的測試,計算平均值後加上 25%作為允收上限,或以對人體會產生危害的 30mA 洩漏電流值作為管制上限(配電上的漏電斷路器一般也以 30mA 作為動作電流,人體感知電流的影響,請見表二)。

 

如果您的待測物價值不斐,採用絕對值洩漏電流的方式可能造成假失敗,因為絕緣崩潰的定義是要看到電流失控的陡升,所以能夠看到測試結果的 V-I 特性曲線對於研發階段的材料驗證與單價昂貴產品的產線測試非常重要,目前固緯電子的 GPT-9900 系列、GPT-12000/15000 系列電氣安規分析儀皆具備 VI 特性曲線掃描功能,不會造成誤判的損失,實測結果請見圖七。

 

表二:人體感知電流的影響

 

圖六:假失敗的影響

 

圖七:固緯 GPT-12000/15000 系列電氣安規分析儀的 V-I 絕緣崩潰案例

 

7. 發現電弧 ARC、閃絡(Flashover)是否意味絕緣已崩潰?

 

UL/IEC 60950-1 章節 5.2.2 對於絕緣崩潰的原文還有一段關於 ARC 與 Flashover 的敘述,原文如下:

Corona discharge or a single momentary flashover is not regarded as insulation breakdown.

電暈放電(Corona Discharge)與單一瞬間的閃絡(Flashover)並不會被認定為絕緣崩潰。

 

各位一定要有正確的觀念,ARC 的測試其實是一種行業標準,並非國際法規,偵測到 ARC 與絕緣崩潰是兩回事。

 

過去的耐壓機無法顯示 V-I 特性曲線來判斷絕緣崩潰時,傳統的做法是看與聽,看看有沒有電弧發生,認為絕緣損壞與電弧為因果關係,由於室內的採光與照明會影響電弧的觀測,甚至會特別打造一間暗室來觀察電弧;或是聽聽看有沒有電弧吱吱的聲響,有些電弧的聲響發生在人耳聽不到的超音波頻段,還會買一個超音波轉換器,將它轉為人耳聽得到的音頻。但從標準的定義得知電弧與絕緣崩潰是兩件事,我們應該思考為何會產生電弧以及電弧可能造成的危害,電弧的產生是電壓與距離的關係,以生活應用為例,打火機上的壓電材料,透過壓力產生電壓進而產生電弧來點燃瓦斯,從這個例子可以得知,電弧可能造成的危害是用電設施附近是否有可燃性氣體或粉塵而導致火災或塵爆。

 

第二個危害是高溫,例如:工業用的電焊機,便是特意透過高壓產生電弧,以便應用它的高溫特性來切割堅硬的金屬,此應用的電弧最高溫度可能是太陽表面溫度的四倍(攝氏 2 萬度),電弧閃光產生的弧光能量單位一般以 cal/cm2 或 J/cm2 表示,Cal/cm2 (每平方公分卡路里)係指一單位面積上的總能量,它是作為電弧量級的單位,1 cal/cm2的能量,相當於一 個點燃的煙頭在指尖上 1 秒鐘。只要 1-2 cal/cm2,就會使人的皮膚造成二級灼傷。

 

8.絕緣電阻與耐壓的測試順序,通過絕緣電阻測試後可以不測耐壓嗎?

 

許多的標準要求測試的順序為絕緣電阻(IR)+耐壓(ACW 或 DCW)+絕緣電 阻(IR),首先要思考的是絕緣電阻為什麼要測兩次?再者是如果絕緣電阻很高,是不是就意味著絕緣沒有問題,所以就不用測耐壓?絕緣電阻是以一般的工作電壓去量測(非破壞測試),耐壓測試則是以高過數倍工作電壓的方式去量測洩漏電流(破壞性測試)。接下來量到很高的絕緣電阻時千萬不要高興得太早!

 

圖八:絕緣瑕疵與其等效電路

 

圖八的左圖(a)為絕緣材料有瑕疵產生氣隙的示意圖,這個氣隙在絕緣電阻量測時會反應出一個很大的絕緣電阻,但是當我們量完絕緣電阻後執行耐 壓測試,從圖八的右圖(b)的等效電路得知,絕緣瑕疵的氣隙因為電阻高,串聯分壓的結果大多數的電壓會分壓在其上,所以會先被破壞,等到第二次量測絕緣電阻時又會呈現出一個較低的絕緣電阻。所以測試的順序為絕緣電阻 (IR)+耐壓(ACW 或 DCW)+絕緣電阻(IR)是很有意義的,兩次絕緣電阻的差異如果太大,便表示之前有絕緣瑕疵,經過耐壓的破壞性測試後有瑕疵的絕緣 材料被破壞,所以第二次絕緣電阻與第一次量測結果差異大。

 

9.高壓的耐壓測試是否會損壞電路中昂貴的晶片?

 

如果你的耐壓測試是通過的,一定不會造成損壞,因為要損壞晶片要嘛是過電壓,要嘛是過電流,當絕緣良好時,這兩者都不會發生。 但是在耐壓測試的應用中,有一種很特別的測試,稱為離子遷移(Ion migration),離子遷移的測試方式是透過環測設備將環境的相對濕度設為 85%,溫 度通常是 80°C 或以上,再把高壓打在 PCB 的銅箔上,圖九在電子顯微鏡下所看到兩條走線(Trace)間的絕緣層出現樹枝狀突觸造成的短路現象便稱為離子遷移。

 

圖九:電子顯微鏡下的離子遷移現象 (本圖參考自 NTS 公司網站)

 

在 PCB 關鍵元件的周遭進行此測試有助於即早發現佈局(Layout)上的議題,一旦關鍵元件周遭發生圖九的問題,便可能造成短路進而燒毀關鍵元件。

 

 

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