技术文章：PCB基板的介电强度
1、什么是介电强度？
覆铜板的介电强度（Dielectric Strength）是指绝缘材料在电场作用下抵抗击穿的能力，通常表示为材料单位厚度能承受的最高电压（kV/mm）。在PCB中，它反映了基材在垂直于板面方向上的，标准交流频率50-60Hz下，绝缘性能极限。是确保电路高压下长期可靠性的性能参数。介电强度有时也被称为电气强度（Electric Strength）、绝缘强度。
2、介电强度对PCB板材的意义
PCB板材的介电强度在实际应用中有着重要意义，例如高压PCB（如电源模块）需选择高介电强度材料（如BT树脂、PI树脂等）。当然，对于高压PCB设计而言，除了介电强度之外，击穿电压（平行层向）和相比漏电起痕指数也很重要。
3、介电强度测试标准与方法
（1）测试标准
国标GB/T 4722-2017里，介电强度称为电气强度，在8.2条中描述。对应的是IPC-TM-650的2.5.6.2标准。而国标8.1条中描述的击穿电压（平行层向），指的是工频下基材在规定距离的两孔平行板面方向的介质击穿电压。因此，前者反映的是基板厚度方向上的绝缘性能，而后者反映的是基板表面的绝缘性能。后者对应了IPC-TM-650的2.5.6标准和ASTM D229标准。
介电强度测试是评估绝缘材料耐电压能力的关键试验，广泛应用于电气设备、电子元件和绝缘材料的质量控制。对于PCB基板而言，目前我们参考的几个标准包括：
GB/T 4722-2017 8.2：电气强度
IPC-TM-650 2.5.6.2：印制线路材料的电气强度
IPC-TM-650 2.5.6.3：击穿电压和介电强度
ASTM D149：美国材料与试验协会标准，用固体绝缘材料的工频击穿测试
其中，IPC-TM-650 2.5.6.2是PCB基板行业里较为公认的标准，针对于印制电路基板材料，较为详细地约定了基板材料的前处理方法和加压方式。2.5.6.3标准面向的材料应用更为广泛，对于电压施加方式也列举了几种不同的办法。后者与ASTM D149更为接近。
湍流实验室对于PCB基板材料的测试是参考IPC-TM-650 2.5.6.2和国标GB/T 4722-2017 8.2展开的。整个测试的原理，简单而言，通过在层压板厚度方向，施加逐渐升高的交流电压（50-60Hz），直至其发生击穿（绝缘失效，电流骤增）。击穿时的场强即为介电强度（单位：kV/mm），反映层压板材料抵抗电场破坏的能力。国标规定的电极方式如图所示，与IPC标准类似。其中，上电极为圆柱电极，边缘倒角半径6mm。上电极的施压IPC规定为50g（包括上电极的自重）。
（2）测试流程
测试击穿的样品在刻蚀铜箔之后，浸泡在50℃的纯净水中48h，然后将待测样品放置入室温下的纯净水中30 min至4h，在含水量不变的情况下使温度平衡。测试的时候采用油浸的方式，避免飞弧/闪络；在一些情况下，为了贴近板材的实际使用环境，湍流实验室也采用直接在空气介质的方式测试。这时，样品的尺寸会大一些，防止飞弧产生。
绝缘材料加压方式有多种，几种典型的加压方式例如：
短时测试：电压从零开始以恒定速率（如500 V/s）升至击穿。
步进测试：按固定步长（如0.5kV/布）逐级加压，每步停留一定时间，直至击穿。
耐压测试：施加规定的某电压并保持特定的时间，检查是否击穿。
对于PCB基板材料，湍流实验室采用的是第一种方式。需要注意的是，击穿是否发生除了仪器自身报警之外，还需要检查材料是否有击穿造成的孔等失效现象产生。
对于其他类型的材料，湍流实验室可能根据材料的应用要求选择更为适合的测试方法。例如，对于我司型号为GDS导热绝缘垫片材料，我们一般采用第二种或者第三种施加电压的方式。
（3）计算公式
根据上述方法，介电强度公式：
4、介电强度测试影响与漏电起痕
（1）介电强度测试影响因素
介电强度测试受其测试环境和制样的影响很大，如上表。因此我们对比测试结果的时候要先保证测试环境和制样方法的一致性。如果更深入的研究介电强度与材料的关系，我们会认识到：介电强度其实与力学破坏类似，总是与材料的局部不完整性或某种弱点有关。因此，除了PCB基材的主体树脂选择或复合结构设计之外，材料的成型工艺以及缺陷等因素，实际对层压板，尤其是薄板的介电强度更为关键。
（2）漏电起痕现象与CTI指数
绝缘材料表面在能离解的污液和电场的联合作用下，由局部放电而产生的局部导电通道，使材料丧失绝缘性的现象，叫做漏电痕迹现象。耐漏电痕迹试验是模拟非常严重的污染条件，而设计的一种人工加速试验。PCB的耐漏电起痕性通常用相比漏电起痕指数（CTI）表示——材料表面能经受住50滴电解液（0.1%氯化铵水溶液）而没有形成漏电痕迹的最高电压值，单位为V。
例如，FR-4（环氧玻璃纤维布基板）需长期承受电压而不发生表面漏电或短路。而FR-4基板常用于潮湿、污染环境，这些条件会加速表面漏电起痕。CTI高能确保材料在恶劣环境下仍保持绝缘性能。因此耐漏电起痕指数对FR-4非常重要。
（3）湍流电子的高频板
而湍流电子材料有限公司生产的碳氢高频板和聚四氟乙烯高频板的主体树脂——聚烯烃和聚四氟乙烯——不具极性，吸水率低，天然具有耐漏电起痕好的优势。例如，聚四氟乙烯分子结构高度稳定，含氟原子赋予极强的化学惰性和疏水性，表面不易吸附水分或污染物，从而减少漏电起痕的诱因，CTI > 600。上述基材的化学惰性、疏水性和低表面能使其适合高频、高压或极端环境应用（如射频、航空航天）。