基板の絶縁距離を確認するときは、まず、どの導体とどの導体を離す必要があるかを回路図とレイアウトで特定します。同じ導体の組み合わせでも、絶縁物の表面に沿って測る沿面距離と、空気中を通って測る空間距離では、最短となる経路が異なることがあります。

基板の沿面距離とは？空間距離との違い

例えば、電源基板の一次側と二次側の境界に、向かい合う二つのランドがあるとします。測定の起点と終点はランドの中心ではなく、経路が接する導電部の縁です。まず、この二つのランドを候補として、次の二つの経路を別々に探します。

• 沿面距離は、二つの導電部の間を固体絶縁物の表面に沿ってたどったときの最短距離です。基板の表面から裏面に回り込む経路があれば、基板端面も含めて確認します。

• 空間距離は、二つの導電部の間を空気中だけで結ぶ最短距離です。部品の端子が基板面より高い位置にある場合も、空気中で最も近づく箇所を探します。

平らな基板で向かい合うランドだけを見ると、二つの経路の長さが同じになることがあります。実装後には、ランドより外側に出た端子やはんだの縁が測定の端点になる場合があります。設計レビューでは、どの導電部を結んだかが分かるよう、沿面経路と空間経路を図に分けて記録します。

必要な沿面距離を確認するための条件

経路を特定したら、製品に適用する規格と版を確認し、その境界に必要な絶縁の種類を整理します。機能絶縁、基礎絶縁、付加絶縁、強化絶縁などの区分は、絶縁に求める役割を示します。IEC 60664-1は低電圧供給システム内の機器の絶縁協調を扱う基本規格です。実際の設計では、対象製品に適用される規格の要求に沿って確認します。

沿面距離の要求を確認するために、対象の導体間にかかる動作電圧、絶縁表面の周囲に想定される汚損度、材料グループなどをそろえます。FR-4を使う場合は、採用する積層板の品番を特定し、材料資料でCTI（比較トラッキング指数）を確認したうえで、適用規格に従って材料グループを判断します。CTI は固体絶縁材料の表面の耐トラッキング性を比較するための試験指標です。IEC 60112 による試験結果は、安全な沿面距離を直接評価するための値ではありません。採用材料の CTI を材料グループの確認に用い、動作電圧や汚損度などを含めて、適用規格に従って必要な沿面距離を確認します。

空間距離については、定格インパルス電圧、過電圧カテゴリ、使用高度など、製品規格で求められる条件を別に整理します。過電圧カテゴリは想定する過渡過電圧に関わる区分です。基礎絶縁や強化絶縁など、絶縁に求める役割の区分とは分けて記録すると、参照する条件を取り違えにくくなります。

絶縁スリットで沿面距離を延ばせる条件

距離が不足している場合は、まず配線やランド、部品の位置を動かして、導電部同士を離せるか確認します。配置を変えにくく、沿面経路を延ばす必要があるときは、基板を貫通する絶縁スリットを検討できます。

例えば、向かい合うランドの間に貫通スリットを設けると、基板表面をたどる経路はスリットの端を回り込む形になります。一方、ランド間を結ぶ空気中の最短経路がスリットを横切って残る配置では、空間距離は増えません。沿面経路が長くなっても、空間距離は別に測り直し、それぞれの要求と照合します。

図面上で回り込む経路が長く見えても、その経路を沿面距離として採用できるかは、適用規格の測定ルールで決まります。スリットの幅や形状、該当する例外を確認したうえで、規格上の最短経路を求めます。バッテリー用途で配線幅とあわせて確認する項目は、バッテリー基板の配線幅と絶縁スリット設計で整理しています。

レイアウト確定前に確認したいポイント

設計レビューでは、次の項目を絶縁が必要な導体の組み合わせごとに記録します。判断が保留になった項目には、確認先も記入しておくと、図面を修正するときに追跡しやすくなります。

• 対象と判定根拠：絶縁する導体の組み合わせ、適用規格と版、絶縁の種類、要求の確認に使った条件を記録したか。

• 二つの距離：沿面距離と空間距離について、それぞれ必要な値、最短経路、設計上の値を照合したか。

• 実装後の経路：基板端面、端子、はんだ、ねじなど周辺の金属部品を含め、より短い経路が生じないか確認したか。

• スリットの加工条件：外形図などで位置と寸法を指示し、公差を含む仕上がり寸法で、設計が前提とする測定条件を満たせるか確認したか。

製造に引き継ぐときは、設計側で必要とするスリットの仕上がり寸法と、基板メーカーがその案件で対応できる加工寸法・公差を照合します。PCBgogoに製造条件を確認する場合も、スリットの位置、設計寸法、必要な公差が分かる図面を用意すると、どの寸法を確認したいかを共有できます。