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PCB設(shè)計(jì)損壞的三個(gè)因素
作為工程師我們想到了系統(tǒng)可能發(fā)生故障的所有方式，并且一旦發(fā)生故障，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好對其進(jìn)行修復(fù)。避免故障在PCB設(shè)計(jì)中更為重要。更換在現(xiàn)場損壞的電路板可能會(huì)很昂貴，而且客戶的不滿意通常會(huì)更加昂貴。這就是在設(shè)計(jì)過程中牢記PCB板損壞的三個(gè)主要原因的重要原因：制造缺陷，環(huán)境因素和設(shè)計(jì)不足。盡管其中一些因素可能無法控制，但在設(shè)計(jì)階段可以緩解許多因素。這就是為什么在設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃很壞的情況可以幫助您的板發(fā)揮一定性能的原因。
PCB設(shè)計(jì)故障的原因1：制造缺陷
PCB設(shè)計(jì)板損壞的常見原因之一是由于制造缺陷。這些缺陷可能很難發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后甚至更難修復(fù)。盡管其中一些可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，但其他一些則必須由合同制造商（CM）進(jìn)行修復(fù)。
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常見的制造缺陷和解決方案 |
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缺陷 |
描述 |
解決方案 |
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低質(zhì)量的焊點(diǎn)連接 |
如果焊點(diǎn)連接不正確，則在操作過程中可能會(huì)發(fā)生墓碑損壞，組件連接的一端斷開。焊盤走線布局不正確會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量低下，并且容易斷開連接，特別是對于承受機(jī)械應(yīng)力的電路板而言。例如振動(dòng)或運(yùn)動(dòng)。 |
設(shè)計(jì)：確保焊盤和走線在PCB設(shè)計(jì)布局中正確對齊。另外，請確保您的電路板具有結(jié)構(gòu)完整性，這可能需要在制造過程中進(jìn)行測試。 |
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材料講 解 |
具有較低CTE的板材可能會(huì)在制造過程中被削弱，從而導(dǎo)致現(xiàn)場過早失效。故障的最可能原因是過熱。 |
設(shè)計(jì)：確保遵循PCB設(shè)計(jì)散熱設(shè)計(jì)以遵循制造準(zhǔn)則，并選擇適合制造情況的材料。例如，如果使用無鉛焊料，則在組裝過程中您的電路板所承受的溫度將明顯高于波峰焊的溫度。 |
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污染 |
由于缺乏表面光潔度和缺乏組裝后的保護(hù)涂層，因此在組裝之前或組裝過程中，木板可能會(huì)被污染。這可能導(dǎo)致氧化，從而導(dǎo)致行為不穩(wěn)定和故障。 |
設(shè)計(jì)：請確保指定要應(yīng)用的表面處理，并且該表面處理適合您的設(shè)計(jì)。指定在操作過程中使用保形涂層以防止表面污染也是一個(gè)好主意。 |
這不是一個(gè)詳盡的清單，但是它使設(shè)計(jì)人員對在制造缺陷時(shí)可以預(yù)期的事情有了一個(gè)很好的了解。如您所見，可以在設(shè)計(jì)過程中和/或與CM密切合作解決列出的問題，以預(yù)見可能導(dǎo)致操作失敗的問題。
PCB設(shè)計(jì)故障的原因2：環(huán)境因素
PCB設(shè)計(jì)故障的另一個(gè)常見原因是操作環(huán)境。因此，根據(jù)將在其中運(yùn)行的環(huán)境來設(shè)計(jì)電路板和機(jī)箱非常重要。
熱量：電路板會(huì)產(chǎn)生熱量，并且在操作過程中經(jīng)常會(huì)暴露在熱量下。考慮PCB設(shè)計(jì)是否將在其外殼周圍流通，暴露在陽光和室外溫度下，或者吸收附近其他來源的熱量。溫度的變化也會(huì)使焊點(diǎn)，基底材料甚至外殼破裂。如果您的電路要經(jīng)受高溫，您可能需要研究通孔元件，這些元件通常比SMT傳導(dǎo)更多的熱量。
灰塵：灰塵是電子產(chǎn)品的禍根。確保您的機(jī)箱具有正確的防護(hù)等級(jí)（IP）和/或選擇能夠處理操作區(qū)域中預(yù)期的灰塵等級(jí)和/或使用保形涂層的組件。
水分：濕度對電子設(shè)備構(gòu)成了很大的威脅。如果PCB設(shè)計(jì)在溫度急劇變化的非常潮濕的環(huán)境中運(yùn)行，則水分會(huì)從空氣中凝結(jié)到電路上。因此，重要的是要確保在整個(gè)電路板結(jié)構(gòu)中以及安裝之前都結(jié)合了防潮方法。
物理震動(dòng)：堅(jiān)固的電子廣告有一個(gè)原因，表明人們將它們?nèi)釉趲r石或水泥地板上。在操作過程中，許多設(shè)備會(huì)遭受物理沖擊或振動(dòng)。您必須根據(jù)機(jī)械性能選擇機(jī)柜，電路板和組件，以解決此問題。
PCB設(shè)計(jì)故障的原因3：非特定設(shè)計(jì)
操作過程中PCB設(shè)計(jì)板損壞的后一個(gè)因素是最重要的：設(shè)計(jì)。如果工程師的目的不是專門滿足其績效目標(biāo)；包括可靠性和壽命，這簡直是遙不可及。如果您希望電路板使用很長時(shí)間，請確保選擇組件和材料，對電路板進(jìn)行布局，并根據(jù)設(shè)計(jì)的特定要求驗(yàn)證設(shè)計(jì)。
組件選擇：隨著時(shí)間的流逝，組件會(huì)失效或停產(chǎn)；但是，在板的預(yù)期壽命到期之前發(fā)生這種故障是不可接受的。因此，您的選擇應(yīng)符合其環(huán)境的性能要求，并在電路板預(yù)期生產(chǎn)的生命周期內(nèi)具有足夠的組件生命周期。
材料選擇：正如組件的性能會(huì)隨著時(shí)間的流逝而失效一樣，材料的性能也會(huì)下降。暴露于熱，熱循環(huán)，紫外線和機(jī)械應(yīng)力下，都會(huì)導(dǎo)致電路板退化并過早失效。因此，您需要根據(jù)電路板類型選擇印刷效果很好的電路板材料。這意味著要考慮材料特性并利用適用于您設(shè)計(jì)的最惰性材料。
PCB設(shè)計(jì)布局：不夠明確的PCB設(shè)計(jì)布局也可能是操作過程中電路板故障的根本原因。例如，沒有納入高壓板的獨(dú)特挑戰(zhàn)；例如高電壓電弧跟蹤速率，可能會(huì)導(dǎo)致電路板和系統(tǒng)損壞，甚至對人員造成傷害。
設(shè)計(jì)驗(yàn)證：這可能是生產(chǎn)可靠電路的最重要步驟。與您的特定CM 進(jìn)行DFM檢查。一些CM可以保持更嚴(yán)格的公差并使用特殊材料工作，而另一些則不能。在開始制造之前，確保CM可以按照您希望的方式制造您的電路板，將確保質(zhì)量更高的PCB設(shè)計(jì)A不會(huì)失敗。
想象一下PCB設(shè)計(jì)可能發(fā)生的最壞情況并不是一件有趣的事情。知道您已經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)可靠的板，當(dāng)該板部署到客戶手中時(shí)，它不會(huì)失敗。記住PCB設(shè)計(jì)損壞的三個(gè)主要原因，這樣您就可以順利地獲得一致且可靠的電路板。確保從一開始就針對制造缺陷，環(huán)境因素進(jìn)行規(guī)劃，并針對特定案例著重設(shè)計(jì)決策。