PCB設(shè)計(jì)工廠：堅(jiān)固耐用的電子設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容？

嘗試在網(wǎng)上搜索“三防電子產(chǎn)品”，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)很多顯示人們踩智能手機(jī)的視頻。 堅(jiān)固的電子設(shè)備需要承受機(jī)械沖擊，但堅(jiān)固的系統(tǒng)不僅僅能承受人行道上的跌落。 這不僅涉及外殼設(shè)計(jì)，還涉及元件選擇和制造選擇。

軍用航空設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用“惡劣環(huán)境”一詞來(lái)描述許多考驗(yàn)電子設(shè)備可靠性和壽命的場(chǎng)景。 如果您希望您的下一款產(chǎn)品真正堅(jiān)固耐用，那么在 PCB 布局中采用他們的一些策略會(huì)有所幫助。 在本文中，我們將研究軍用航空設(shè)計(jì)以及工業(yè)設(shè)計(jì)中使用的一些設(shè)計(jì)策略。

堅(jiān)固型電子產(chǎn)品的惡劣環(huán)境是什么？

一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中定義的術(shù)語(yǔ)“環(huán)境”可以指從實(shí)際環(huán)境條件（溫度、濕度等）到機(jī)械環(huán)境（例如振動(dòng)）或電氣環(huán)境（噪聲、ESD 電位）的任何事物。 堅(jiān)固耐用的電子設(shè)備通常設(shè)計(jì)為能夠承受惡劣環(huán)境中常見(jiàn)的一種或多種條件：

溫度過(guò)高或過(guò)低

• 極端且頻繁的溫度循環(huán)

• 濕度和高/低壓

• 機(jī)械振動(dòng)或沖擊

• 高電壓/電流放電

• 顆粒物，例如灰塵

• 氧化性或爆炸性氣體

這是一個(gè)非常廣泛且令人難以置信的清單。 通常，您無(wú)法設(shè)計(jì)單個(gè)設(shè)備來(lái)承受上述列表中的所有因素。 惡劣的環(huán)境很難應(yīng)對(duì)，因?yàn)橛泻芏嘁蛩貢?huì)損壞電子設(shè)備。 這些問(wèn)題可能會(huì)影響電路板、元件、整個(gè)PCBA或以上所有。

下表總結(jié)了您可以在設(shè)計(jì)中實(shí)施的一些解決方案，以使其更加穩(wěn)健并能夠更好地承受上面列出的環(huán)境因素。

• 環(huán)境因素

• 設(shè)計(jì)策略

• 高溫

• 傳導(dǎo)冷卻組合（機(jī)箱/散熱器），使用熱界面材料和風(fēng)扇，擴(kuò)散熱量組件，使用陶瓷或金屬芯PCB板，液體冷卻

• 低溫

• 使用入口保護(hù)防止冷凝，并使用直流電加熱使組件保持在正常工作溫度范圍內(nèi)

• 極端熱循環(huán)

• 使用高 Tg 層壓板，不要使用堆疊通孔。

• 高壓環(huán)境

還計(jì)劃針對(duì)極端溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇不會(huì)內(nèi)爆的適當(dāng)組件，涂敷保形涂層，并用惰性氣體或絕緣液體填充外殼。

機(jī)械振動(dòng)或沖：盡可能選擇通孔元件，設(shè)計(jì)電路板，使最低諧振頻率至少是預(yù)期沖擊頻率的三倍，將大型IC直接焊接到電路板上，而不是使用插座或網(wǎng)格陣列。

釋放：

接地要靠近機(jī)箱和TVS接地，并使用ESD保護(hù)電路。

顆粒物：

采用三防漆防止ESD，采用高壓密封外殼防止顆粒進(jìn)入。

濕氣或氧化氣體腐蝕：

使用具有適當(dāng)化學(xué)成分的保形涂料來(lái)設(shè)計(jì)具有高壓等級(jí)的密封外殼。

爆炸性氣體：

消除任何在運(yùn)行過(guò)程中可能產(chǎn)生預(yù)期火花的組件（例如繼電器），并采取 ESD 保護(hù)措施。

從上表可以清楚地看出，鋼筋跨越了板層。 有些解決方案只能在板級(jí)實(shí)現(xiàn)，而另一些則需要考慮從板卡到元件和外殼的各個(gè)方面。 管理這些解決方案的一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括：

• 入侵保護(hù) (IP) 標(biāo)準(zhǔn)，用于限制堅(jiān)固型電子設(shè)備中的濕氣入侵。

• MIL-S-901D，規(guī)定了船載設(shè)備高沖擊機(jī)械沖擊的要求。

• MIL-STD-810G，規(guī)定了商用軍事設(shè)備的測(cè)試要求。

• 美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì) (NEMA)，指定外殼、機(jī)柜和外殼。

• 美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì) (NFPA)，規(guī)定了特定環(huán)境中電子設(shè)備的一系列要求，以確保滅火或遏制火災(zāi)。

• 潛在爆炸性環(huán)境 (ATEX)、NFPA 497 和 HazLoc 規(guī)定了在含有爆炸性氣體的環(huán)境中部署設(shè)備時(shí)防止爆炸的設(shè)計(jì)要求。

您的外殼和安裝方法很重要

到目前為止，我們只討論了電氣設(shè)計(jì)、物理布局和 PCBA。 顯然，設(shè)計(jì)堅(jiān)固的電子產(chǎn)品需要的不僅僅是在 PCB 板周圍放置較厚的塑料外殼并完成工作。 外殼、電路板安裝方法和固定裝置將在確定可靠性和應(yīng)對(duì)上面列出的一些環(huán)境因素方面發(fā)揮重要作用。

解決機(jī)械沖擊和振動(dòng)以及潛在的電/熱因素的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是使用減震器。

外殼設(shè)計(jì)和安裝的其他方面需要考慮您需要解決的特定環(huán)境因素。 適應(yīng)高壓氣體環(huán)境不會(huì)使用與高壓液體環(huán)境相同的策略，盡管兩者都是依賴于壓力均衡的殼級(jí)解決方案。 強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)就是一個(gè)很好的例子。 電氣設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要與機(jī)械團(tuán)隊(duì)密切溝通，以確保加固策略不會(huì)干擾電氣要求。

關(guān)于堅(jiān)固型電子產(chǎn)品的最終想法

關(guān)于堅(jiān)固型電子設(shè)備，我可以給出的最后一條建議是，您不會(huì)總是在包含整個(gè)惡劣環(huán)境列表的場(chǎng)景中部署設(shè)備。 因此，設(shè)計(jì)堅(jiān)固型電子產(chǎn)品的第一步是考慮可能損壞產(chǎn)品的特定環(huán)境因素，并在設(shè)計(jì)時(shí)注意這些因素。 例如，如果您主要關(guān)心溫度循環(huán)，則不必?fù)?dān)心設(shè)計(jì)氧化氣體保護(hù)（盡管您可能會(huì)獲得這種保護(hù)作為附帶好處）。 通過(guò)專注于對(duì)您的設(shè)計(jì)重要的內(nèi)容，您仍然可以生產(chǎn)出緊湊且經(jīng)濟(jì)高效的產(chǎn)品。

---- 電路板組裝和電路板加工制造商為穩(wěn)健的電子設(shè)計(jì)引入了哪些步驟？