1. IEC 61010-1 中的 PCB 特定要求
IEC 61010-1 对印刷线路板（PWB/PCB）有三项专门的规定条款，它们补充了通用的爬电距离和电气间隙要求，专门针对 PCB 制造工艺和安全特性。 PCB 安全绝缘的五条设计原则：内层间距不小于 0.4mm、开槽增大爬电距离、三防漆降低污染等级需经鉴定、跨隔离带的每一个器件都需单独满足绝缘要求、隔离带两侧的布局必须与所选的绝缘类型协调一致。
1.1 模制/灌封件内层间距（6.7.2.2.2）
对于经过**模制（moulded）或灌封（potted）**处理的组件，标准要求：
在同一界面上，灌封后导体之间的最小距离 ≥ 0.4mm
这个要求背后的原理：灌封材料虽然在宏观上是固体绝缘，但在微观尺度上，如果导体间距太近，灌封料可能无法充分填充，留下空隙，导致局部放电或击穿。
| 条件 | 要求 |
|---|---|
| 灌封/模制件内相邻导体 | ≥ 0.4mm（硬性最小值） |
| 灌封材料必须通过固体绝缘测试 | 按 6.7.2.2 进行 |
| 真空灌封优于常压灌封 | 减少气泡和空隙 |
1.2 印制线路板内层要求（6.7.2.2.3）
PCB 内层（即多层板的中间层）的绝缘距离要求与表层不同：
- 内层导体之间的绝缘被视为固体绝缘
- 内层间距不需要按照爬电距离来考虑（因为没有空气通道和表面污染问题）
- 内层间距必须满足固体绝缘的电气强度要求
- 内层铜箔之间的最小距离不能小于内层芯材厚度的电气强度所能承受的最小值
工程师提示： 内层 0.4mm 是一个很安全的经验基准，但具体数值还必须通过专门的固体绝缘介电强度测试来确认。多层板的内层铜间距在压合后可能会比设计值小，设计时要留余量。
1.3 薄膜绝缘（6.7.2.2.4）
薄膜绝缘指 PCB 表面覆盖的阻焊层（solder mask）、丝印层（silkscreen）等薄层材料：
- 阻焊层不能作为基本绝缘或加强绝缘的组成部分
- 阻焊层的作用是防焊（工艺用途），不是电气安全绝缘
- 如果使用薄膜材料作为绝缘，必须满足：
- 厚度可控且均匀
- 通过附着力测试
- 通过电气强度测试
- 通过长期老化测试
2. PCB 开槽策略
2.1 为什么开槽
在 PCB 上开槽（milling slot）是增加爬电距离的最常用方法。当一个槽宽 ≥ 1mm 时，爬电路径必须沿槽壁走，这样路径长度比直线距离长得多。
2.2 槽宽设计规则
| 槽宽 | 对爬电距离的影响 | 适用场景 |
|---|---|---|
| < 1mm | 测量时跨过槽（不计入爬电增加） | 仅用于电气隔离标记，不增加爬距 |
| ≥ 1mm | 爬电路径沿槽内壁走，显著增加爬距 | 标准设计选择 |
| ≥ 1.5mm | 爬电路径更长，冗余更大 | 推荐用于关键隔离带 |
2.3 开槽实践指南
┌─────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 一次侧区域 二次侧区域 │
│ (PRIMARY) ╔════╗ (SECONDARY) │
│ ║ 槽 ║ │
│ ┌──────┐ ║ ║ ┌──────┐ │
│ │ 高压 │←→ ║ ≥1 ║←→ │ 低压 │ │
│ │ 电路 │ ║ mm ║ │ 电路 │ │
│ └──────┘ ║ ║ └──────┘ │
│ ╚════╝ │
│ │
│ 爬电路径：一次侧铜箔 → 槽左侧壁 │
│ → 槽底 → 槽右侧壁 → 二次侧铜箔 │
│ （路径远大于直线距离） │
└─────────────────────────────────────────┘
工程师提示： 槽壁要走金属化吗？不要！隔离槽绝对不能做金属化孔壁（PTH slot），必须是 NPTH（非金属化槽），否则槽本身就成了导电通道，完全失去了绝缘隔离的意义。
3. 三防漆与污染等级降低
3.1 三防漆的作用
三防漆（Conformal Coating）覆盖在 PCB 表面，防止潮湿和污染在绝缘表面积聚，从而将污染等级从 PD 2 降低到 PD 1。
| 三防漆状态 | 可用的污染等级 | 爬电距离基准 |
|---|---|---|
| 无三防漆 | PD 2 | 按 PD 2 查表 |
| 三防漆通过附录 H 鉴定 | PD 1 | 按 PD 1 查表（显著减小） |
| 三防漆但未通过鉴定 | PD 2 | 按 PD 2 查表 |
3.2 附录 H 的鉴定要求
三防漆必须通过以下测试才能将污染等级降为 PD 1：
- 热循环测试：-10°C 到 +65°C 循环，验证涂层不龟裂
- 附着力测试：胶带测试（按 ISO 2409），验证涂层不脱落
- 电压耐久性测试：1000 小时施加工作电压后，涂层不发生击穿或碳化
- 湿热测试：高温高湿条件下验证涂层完整性
3.3 注意事项
- 三防漆不能将 PD 3 降低到 PD 2（PD 3 的污染太严重）
- 三防漆不能替代电气间隙（它是表面防护，不影响空气击穿）
- 使用三防漆的 PCB 不能在用户可接触的位置有裸露的高压焊盘
- 三防漆的涂覆必须覆盖所有相关导体表面，包括元件引脚焊点
4. 隔离器件要求
当 PCB 上需要跨越安全隔离带（如一次侧到二次侧）时，跨越隔离带的每个器件都必须独立满足安全隔离要求。
4.1 光耦合器（Optocoupler）
| 要求 | 说明 |
|---|---|
| 内部绝缘距离 | 光耦内部一次侧到二次侧的距离必须满足工作电压要求的爬电距离和电气间隙 |
| 外部封装完整性 | 光耦的模塑封装被视为固体绝缘，需通过固体绝缘的测试电压 |
| 认证要求 | 建议使用经过 IEC 60747-5-5 认证的光耦 |
| PCB 布局 | 光耦下方 PCB 不应有铜箔跨越隔离带 |
4.2 Y 电容器
| 要求 | 说明 |
|---|---|
| 安全等级 | 跨接一次侧到二次侧的电容必须是 Y1 或 Y2 安全认证电容 |
| 额定电压 | Y 电容的额定电压必须 ≥ 工作电压的峰值 |
| 失效模式 | Y 电容设计为开路失效（fail open），不允许短路失效 |
| 加强绝缘 | 跨安全隔离带的 Y 电容本身必须具有加强绝缘特性 |
4.3 变压器
| 要求 | 说明 |
|---|---|
| 适用标准 | 变压器安全要求主要参考 IEC 61558 系列标准 |
| 绕组间绝缘 | 一次绕组和二次绕组之间必须有加强绝缘或等效结构 |
| 骨架要求 | 骨架（bobbin）的隔离壁厚度必须满足爬电距离和电气间隙 |
| 三重绝缘线 | 使用三重绝缘线（TIW）的绕组可视为加强绝缘 |
| 绕组间距离 | 绕线窗口内的爬电距离和电气间隙必须满足要求 |
工程师提示： 变压器是隔离设计中最容易被忽视的薄弱环节——不是绕好了就能通过安规。骨架壁厚、引出线走线、磁芯接地方式都会影响隔离效果。在设计阶段就应该让变压器供应商提供 IEC 61558 的符合性声明。
4.4 数字隔离器
数字隔离器（如基于电容耦合或磁耦合的隔离芯片）是较新技术：
- 标准没有专门针对数字隔离器的条款
- 按固体绝缘的要求进行评估
- 芯片内部隔离距离必须满足要求
- 推荐的附加评估标准：IEC 60747-17（数字隔离器标准）
- 一般建议使用经 VDE 0884-11 认证的数字隔离器
5. 隔离带（Keep-Out Zone）设计
5.1 什么是 Keep-Out Zone
隔离带是 PCB 上一次侧和二次侧之间的空白区域，该区域内不允许有任何导体（铜箔、焊盘、过孔、金属化孔）。
5.2 设计规则
一次侧区域 隔离带 二次侧区域
┌──────────────┐ ╔══════════════╗ ┌──────────────┐
│ │ ║ ║ │ │
│ ┌────┐ │ ║ NO COPPER ║ │ ┌────┐ │
│ │IC1 │ │ ║ ║ │ │IC2 │ │
│ └──┬─┘ │ ║ 宽度 ≥ ║ │ └──┬─┘ │
│ │ │ ║ 电气间隙 ║ │ │ │
│ ┌──┴─┐ │ ║ 或爬电距离 ║ │ ┌──┴─┐ │
│ │TR1 │══╦══╦══╦══╬══╦══╦══╦══╦══╣ │TR2 │ │
│ └────┘ │ ║ 中的最大值 ║ │ └────┘ │
│ │ ║ ║ │ │
└──────────────┘ ╚══════════════╝ └──────────────┘
5.3 Keep-Out Zone 的关键尺寸
- 隔离带宽度 = max(需要的电气间隙, 需要的爬电距离)
- 如果同时有开槽，槽包含在 Keep-Out Zone 内
- 隔离带下方的所有 PCB 内层也必须无铜
- 隔离带区域禁止放置任何丝印标记（可能影响爬电距离）
6. 典型隔离设计示例：AC-DC 电源 PCB
以下是一个典型隔离型 AC-DC 电源的 PCB 布局概念：
| 区域 | 电压等级 | 颜色标记 | 关键要求 |
|---|---|---|---|
| 一次侧高压区 | 230V AC（325V 峰值） | 黄色区域 | CAT II、PD 2、基本绝缘对 PE |
| 隔离带 | 0V（无铜区） | 灰色/白色 | 宽度 = max(间隙, 爬距)，开槽 |
| 二次侧低压区 | 5V DC | 蓝色区域 | SELV，加强绝缘对一次侧 |
跨隔离带的器件：
- 变压器（TR1）——加强绝缘，骨架隔离
- 光耦（U2）——反馈信号，满足固体绝缘
- Y 电容（CY1）——EMC 跨接，Y1 等级
7. PCB 绝缘的测试电压
IEC 61010-1 表 5 给出了 PCB 上不同绝缘类型的测试电压（CAT II ≤ 300V 条件下）：
| 绝缘类型 | 测试电压（线-中线 ≤ 300V） | 测试时间 |
|---|---|---|
| 基本绝缘 | ~1350V AC 或 1900V DC | 1 分钟 |
| 加强绝缘 | ~2700V AC 或 3800V DC | 1 分钟 |
工程师提示： 测试电压远高于工作电压——这是为了验证绝缘在设计寿命内不会逐渐劣化。需要确保 PCB 上的绝缘距离不仅在室温下通过，还要在湿热预处理后（48h 93%RH）仍然通过。
8. SVG：PCB 隔离带布局示意图
9. 参考来源
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 6.7.2.2.2 (Moulded or potted parts)
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 6.7.2.2.3 (Inner layers of printed wiring boards)
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 6.7.2.2.4 (Thin-film insulation)
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Table 5 (Test voltages)
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Annex H (Conformal coatings qualification)
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Annex C (Measurement of creepage and clearances)
- IEC 61558 (Safety of transformers)
- IEC 60747-5-5 (Optocouplers)
- IEC 60747-17 (Digital isolators)
- VDE 0884-11 (Magnetic and capacitive couplers)