Check 3D PCB Creepage in eCADSTAR

Qu’est-ce que le Creepage des circuits imprimés et pourquoi s’en préoccuper?

L’isolement en 2D est toujours inférieur ou égale à la distance d’isolement en 3D, mais le respect des règles de fuite en 3D vous permet de concevoir de manière plus dense, car la distance d’isolement est mesurée le long de surfaces. En plus d’allonger une ligne de fuite, une fente ou un trou peut en créer une supplémentaire en 3 dimensions, comme c’est le cas ici.

Creepage vs clearance 

La clearance est la distance entre les objets d’un point à un autre, en 2D ou en 3D. La différence avec la vérification des lignes de fuite est qu’elle prend en compte l’environnement en 3D à travers le PCB. Imaginez un voyageur qui se promène entre deux villages. S’il mesure la distance sur sa carte en ligne droite avec une règle, c’est la distance de Clearance. Mais s’il y a une vallée ou une montagne entre les deux villages, la distance que le voyageur parcourt sera plus longue que la distance de Clearance. Cette distance est appelée « distance de fuite ». La distance de fuite est importante, car il est parfois possible d’augmenter la distance d’isolement entre deux objets sans avoir à les éloigner davantage.

Le Creepage est la fuite de courant électrique à travers la surface d’un isolant. 

Il y a deux facteurs à prendre en compte pour le calcul de Creepage: 

1. La différence de tension entre deux objets.
2. L’environnement/le niveau de pollution de la carte.

La vérification Creepage a besoin des informations de tension des nets sur le PCB. Pour du DC, vous pouvez configurer la tension de chaque objet, le calcul de différence de tension sera basé sur la valeur de ceux-ci.

Avec des signaux AC, vous devez prendre en compte le déphasage relatif. 

CContamination et pollution affectent les fuites de courant sur les surfaces, l’environnement potentiel est donc à prendre en compte. Une surface humide est plus propice aux fuites qu’une surface sèche. Peut-être que le PCB est proche d’une machine et donc en contact avec des vapeurs ou des éclaboussures d’huile.  

Le Creepage est important à prendre en considération pour des designs PCB Haute Tension—s’applique souvent pour des différences de tension plus élevé que l’exemple illustré ci-dessus. Des centaines voire milliers de volts. Pour de tel PCB, tout en sachant que de nombreuses autres fonctionnalités rentre aussi en compte, une vérification de Creepage est une base solide. 

Mise en place de contrôles de Creepage utiles et significatifs 

Les normes de Clearance et de Creepage telles que IPC2221A, UL609050-1, UL-61010-1 et la plus récente IEC 62368-1 (qui remplace les normes 60950-1 et 60065), sont classées selon des niveaux de pollution définis et couvrent de nombreux domaines liés à la sécurité de la conception des circuits imprimés.

Vous pouvez appliquer des normes en les définissant comme des Voltage Difference Clearance Tables. 

Vous pouvez créer des règles, suivants les standards cités en tant que Voltage Difference Clearance Tables ou les définir suivant vos propres standards.

Vous pouvez inclure des règles pour chaque couche électrique et des groupes de phases AC. Vous pouvez partager les règles de clearance des différences de tension avec d’autres ingénieurs, indépendamment des autres règles de conception.

Des règles différentes peuvent être attribuées à chaque couche d’un même PCB.

Vous pouvez définir des règles de Creepage dans votre bibliothèque ou des règles de conception locales. Vous pouvez les appliquer selon une hiérarchie. Les niveaux de contrainte comprennent toute la carte, la paire différentielle, le E-net, le net (logique) et la Rule Area

Vous pouvez appliquer des règles de Creepage là où vous en avez besoin, avec le choix d’appliquer la règle la plus stricte ou celle qui a la plus haute priorité dans la hiérarchie.

Utilisez les résultats pour optimiser dynamiquement la sécurité électrique et la densité de l’implantation. 

Une fois que vous avez défini les règles de Creepage, vous pouvez lancer la vérification. La vérification du Creepage en 3D présente deux avantages majeurs:

1. Vous pouvez vérifier l’efficacité des éléments 3D tels que les fentes pour rompre ou allonger les lignes de fuite, ce qui signifie que vous pouvez placer les composants plus densément.
2. Vous pouvez vérifier la présence de lignes de fuite inattendues sur l’axe Z à travers le PCB, créées par des trous, des fentes et le bord de carte.

Lorsque vous vérifiez le Creepage, vous pouvez choisir un niveau de précision de modélisation. Une précision de modélisation plus élevée fournit une analyse plus détaillée et prend plus de temps. Les vérifications des Creepage sont effectuées à partir d’objets sélectionnés. Une sélection typique serait une polarisation haute tension ou un signal de puissance. La distance maximale entre les objets sélectionnés est prise en compte par la vérification de la ligne de fuite. La vérification signale les lignes de fuite qui sont correctes selon les règles que vous avez définies, ainsi que celles qui sont erronées. Une distance de recherche plus élevée augmente le temps nécessaire à la génération du rapport. Vous pouvez fixer la distance de recherche à deux ou trois fois la distance minimale autorisée.

La forme circulaire est un signal de polarisation de diode à avalanche de 90V pour un système LIDAR. Ce signal doit être maintenu à l’écart de l’alimentation -5V voisine, mais l’espace est restreint. La longueur de la ligne de Creepage 3D a été augmentée en ajoutant une fente, au lieu d’augmenter la distance dans le plan horizontal. Au premier essai, la fente n’est pas tout à fait dans la bonne position, donc la vérification de la ligne de fuite échoue. Une rouge ligne est affichée sur le canvas du PCB Editor, montrant la ligne de Creepage.

Après avoir déplacé la fente, le chemin de fuite est suffisamment long pour passer le contrôle, mais une ligne blanche indique encore le chemin pour permettre une optimisation supplémentaire.

Plus de détails dans la vidéo