一文讲清爬电距离

在高压电路板（如高压供电、变频器、电动汽车电源等）设计中，爬电距离（Creepage） 与 电气间隙（Clearance） 是两个极其关键的绝缘安全参数。正确理解并设计这些距离，不仅能防止电弧、击穿、电气追踪等危害，还能帮助产品顺利通过各类国际安全标准认证。

 

什么是爬电距离和电气间隙？

这两个术语密切相关，分别指代PCB表面导电元件之间距离的两种不同测量方式：

• 爬电距离 (Creepage)：指沿电路板绝缘表面
  
  测量的两个导体之间的最短距离。
• 电气间隙 (Clearance)：指两个导体在空气中
  
  的最短距离（视线距离，即“直线飞行”的距离）。
  

  爬电距离与电气间隙距离对比

理论图通常表明“爬电距离总是大于电气间隙”，但这在实际应用中并不总是正确的。

• 悬空导体的干扰
  
  考虑带有悬空导电元件或散热器的组件（如DPAK封装），爬电距离和电气间隙的界限会变得模糊。
• DPAK案例
  
  当两个DPAK元件的散热器悬空在焊盘上方时，电气间隙的测量点实际上是悬空金属的边缘，而不仅仅是PCB表面的焊盘。这意味着你不能仅看二维的PCB布局，必须考虑元件的3D结构。

 

高压PCB设计的挑战

高压PCB（通常指 > 60 VDC 或 30 VAC）面临独特的挑战。随着电压升高，介质击穿、拉弧、绝缘失效甚至导电阳极丝（CAF）的风险也随之增加。

• 环境因素
  
  湿度、灰尘、海拔、污染等级以及材料的相比漏电起痕指数（CTI）都会直接影响这些风险。
• 设计对策
  
  制造商必须应用基于电压的公式或IPC/IEC表格来设定最小距离。例如，根据IPC-2221标准，外层导体的间距可能需要从50V时的约0.6mm增加到300V时的约2.5mm。
• 增加距离的技巧
  
  如果无法满足距离要求，可以通过在组件之间开设槽口（Slot）、放置屏障或使用保形涂层（三防漆）来增加爬电距离，而无需重新设计布局。

 

爬电距离和电气间隙行业通用标准

设计人员应根据具体应用参考相应的标准：

1. IPC-2221 (通用标准)：这是PCB设计的基础标准。它根据直流或交流峰值电压、基板材料、内层/外层导体以及是否有涂层等因素，详细规定了爬电距离和电气间隙的限制。
2. IPC-9592B (电源转换设备)：针对电压高于100V的电源转换设备，规定了更具体的走线间隙和爬电要求。
3. UL-61010-1 (实验室测试设备)：适用于电气测试设备、实验室设备和工业过程控制设备的安全及设计要求。
4. UL-60950-1 (信息技术设备)：广泛适用于电信和IT设备，规定了高低压设备的安全标准。

 

元件布局与DFM（批量可制造性设计）风险

元件布局直接关系到电气性能与安规合规性。设计时需特别警惕那些在二维图纸上难以察觉的隐患：例如，紧密排列的高压MOSFET与电容虽然在平面上满足电气间隙，但其悬空的散热器若延伸至走线上方，实际上往往已违反了爬电距离规则。

此外，板边间隙的设计同样重要，过窄的距离不仅增加了分板过程中的拉弧风险，尤其在污染等级≥2的潮湿或工业环境下，残留的助焊剂与环境污染物会进一步加剧表面漏电起痕的隐患。

最佳实践建议：

• 在高压网络、板边或低压区域之间预留至少 3倍 的元件宽度。
• 调整元件方向，避免组装后爬电路径重叠。
• 通过丝印区域和装配标记，在不同层之间区分高压和低压区域。
• 利用板上特征（如开槽、缺口）来隔离导电特征。

 

在设计中嵌入规则以简化制造

在现代ECAD工具中直接设置与IPC-2221、UL/IEC等标准挂钩的规则，可以极大简化流程。

• 自动检查
  
  当高压网络超过设定阈值（如 > 60 VDC）时，软件会自动标记间距违规，避免生产后才发现问题。
• 物理隔离
  
  在布局阶段加入槽孔（Slots）或隔离槽是提高有效爬电距离且成本极低的方法。
• 合规性文档
  
  早期的规则合规有助于生成清晰的工厂文档（如网络分类、组装说明），从而降低高压测试（如耐压测试）的失败率，并加速UL或CE认证。据行业数据，基于规则的设计可减少高达30%的生产延误。