解釋使用可靠性設(shè)計(jì)（DfR）原則來優(yōu)化PCB

在電子產(chǎn)品中，可靠性同樣重要，因?yàn)樗梢员ＷC產(chǎn)品安全、可靠、適銷對(duì)路，制造企業(yè)也不會(huì)因退貨失敗而不知所措。 當(dāng)您在 PCB 上工作時(shí)，可靠性設(shè)計(jì) (DfR) 是一個(gè)概念，可以通過在實(shí)際問題發(fā)生之前解決故障點(diǎn)來幫助提高可靠性。

什么是可靠性設(shè)計(jì) (DfR)？

DfR 是一種在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化產(chǎn)品的系統(tǒng)方法，可確保在制造階段之前識(shí)別并解決可能的故障點(diǎn)。 盡管 DfR 是一個(gè)相對(duì)較新的概念，但隨著越來越多的公司優(yōu)先生產(chǎn)設(shè)計(jì)生命周期較短的產(chǎn)品，DfR 的意義變得越來越重要。 為產(chǎn)品填充更多功能會(huì)增加失敗的風(fēng)險(xiǎn)，而公眾對(duì)質(zhì)量的期望比以往任何時(shí)候都高。 通過實(shí)施DfR，產(chǎn)品可以可靠地貫穿其生命周期。PCB加工和PCB組裝廠解釋了使用可靠性設(shè)計(jì)（DfR）原則來優(yōu)化PCB并在實(shí)際問題發(fā)生之前解決故障點(diǎn)。

為什么可靠性設(shè)計(jì)很重要？

DfR 降低了 PCB 發(fā)生故障的可能性，尤其是在惡劣環(huán)境中。

如果您曾經(jīng)學(xué)習(xí)過如何在現(xiàn)場(chǎng)使用設(shè)計(jì)的一部分，您就會(huì)意識(shí)到以下事實(shí)：通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試并不能保證設(shè)計(jì)在部署時(shí)的功能。 有許多外部變量可能會(huì)暴露在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中可能遺漏的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤中。

這些是設(shè)計(jì)錯(cuò)誤在測(cè)試過程中從裂縫中溜走的兩種方式的例子：

在某些機(jī)器上安裝PCB時(shí)，PCB會(huì)一直受到高溫的影響，并可能導(dǎo)致電子設(shè)備在其溫度極限附近工作。 如果某些組件不能在較高溫度下可靠運(yùn)行，則會(huì)損壞整個(gè)系統(tǒng)。

溫度的頻繁變化可能會(huì)使 PCB 受到熱機(jī)械效應(yīng)的影響。 如果連續(xù)暴露在高溫和低溫循環(huán)中，一些焊點(diǎn)可能會(huì)破裂。 PCB的散熱能力也會(huì)加劇這個(gè)問題。 熱管理或缺乏熱管理都會(huì)影響使用壽命和PCB正常運(yùn)行的能力。

為避免此類問題，您需要使用 DfR 原則，因?yàn)樗兄诜乐?PCB 性能和可靠性問題，尤其是作為電磁干擾 (EMI) 源時(shí)。 雖然元件可能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，但不能保證它們?cè)卩须s的電氣環(huán)境中也能發(fā)揮這樣的作用。 信號(hào)損壞是EMI敏感的標(biāo)志，一旦進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)就很難緩解。

讓我們討論如何應(yīng)用可靠性設(shè)計(jì) (DfR) 概念來防止此類問題。

如何在PCB設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)可靠性概念設(shè)計(jì)

選擇正確的組件是 DfR 的重要方法

影響PCB可靠性的因素有很多。 有些，例如制造和 PCBA 流程，超出了設(shè)計(jì)人員的控制范圍。 但是，您仍然可以盡力確保設(shè)計(jì)的可靠性，不需要不斷地進(jìn)行故障排除。

可靠的 PCB 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1.元器件選擇

無論是選擇單片機(jī)還是普通電容，確保data sheet上的內(nèi)容符合設(shè)計(jì)要求是非常重要的。 您需要考慮組件的最極端情況，因?yàn)檫@通常是發(fā)生故障的地方。

例如，以最大速度運(yùn)行的微控制器比以最小容量運(yùn)行的微控制器消耗更多的功率并產(chǎn)生更多的熱量。 這些都是設(shè)計(jì)中要解決的問題。 如果您想設(shè)計(jì)在極端環(huán)境下運(yùn)行的 PCB，您可能希望放棄商業(yè)級(jí)組件并選擇其工業(yè)級(jí)或軍用級(jí)版本。

2. 電磁干擾緩解

混合信號(hào)、RF、模擬和高速信號(hào)——如果您的設(shè)計(jì)與這些術(shù)語相關(guān)，則應(yīng)注意 EMI 輻射和敏感性。 事實(shí)證明，將高速路由與模擬信號(hào)隔離可以防止噪聲從一條路由耦合到另一條路由。

確保低阻抗高速信號(hào)的返回路徑不進(jìn)入其他元件的地線也很重要。 規(guī)劃組件的放置，并將模擬、數(shù)字和電源模塊的接地層分開。 這樣做時(shí)，避免在 PCB 中形成接地環(huán)路，因?yàn)樗鼈儠?huì)發(fā)出噪聲。

3.熱管理

當(dāng)您使用微控制器和功率 MOSFET 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，PCB 不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量熱量。 重要的是要知道分配了多少熱量以防止組件快速退化。

使用冷卻孔是一種潛在的散熱方法。 散熱孔應(yīng)布置在發(fā)熱元件周圍； 結(jié)合散熱器和冷卻風(fēng)扇，它們將使工程師能夠避免組件上出現(xiàn)熱點(diǎn)。 確保承載大電流的布線以足夠的寬度布線也很重要。

借助先進(jìn)的 PCB 設(shè)計(jì)軟件，可以更輕松地優(yōu)化 PCB 以實(shí)現(xiàn)可靠性 (DfR) 設(shè)計(jì)。 PCB加工廠講解了如何利用可靠性設(shè)計(jì)（DfR）原則優(yōu)化PCB，在實(shí)際問題發(fā)生前解決故障點(diǎn)。