Při návrhu desek plošných spojů musíme věnovat pozornost vibracím. Musíme počítat s únavou způsobenou vibracemi. Pokud to neuděláme, deska plošných spojů dlouho nevydrží. Mnoho desek je v klidu a příliš se nehýbou. Jiné desky pracují v místech s velkým pohybem. Těmito zařízeními může být cokoli od malých hraček až po složité kosmické lodě. Některé desky se nepohybují, ale přesto čelí namáhání způsobenému výrobou, tepelnými změnami nebo tvrdými nárazy od uživatelů. Abyste se s tím vypořádali, Návrháři desek plošných spojů potřebují znát základy únavy z vibrací při konstrukci a vědět, jak omezit její účinky. Zde je několik nápadů, které vám pomohou.
Zátěž prostředí a únava z vibrací
Až 20% poruch desek plošných spojů je způsobeno vibracemi a nárazy. Tato čísla poprvé uvedlo letectvo, ale podobnou míru uvádí i mnoho dalších průmyslových odvětví. To ukazuje, jak důležité je navrhovat desky plošných spojů tak, aby odolávaly náhodnému vibračnímu únavovému namáhání. To je ještě důležitější u desek používaných v prostředích náchylných k vibracím, jako je například letecký průmysl.
Materiály pro jádrové desky (např. FR-4) poměrně dobře zvládá vibrace a nárazy. Elektronické součástky připájené k desce však nikoli. Vibrace způsobují, že se deska ohýbá. Vývody součástek se mohou ohýbáním a natahováním zlomit. Pájka je také náchylná na namáhání vibracemi. Může prasknout a přerušit elektrické spojení mezi vodičem a deskou. I malé vibrace po dlouhou dobu mohou unavit vývody součástek a pájecí spoje. Bez správné praxe návrhu desek plošných spojů mohou pájecí spoje prasknout v důsledku únavy způsobené vibracemi.
Výrobní namáhání může způsobit únavu z vibrací
Dalším faktorem, který vede k vibračně únavovému selhání, je namáhání od Výroba desek plošných spojů proces. Vývody součástek a pájecí spoje jsou náchylné k tepelným šokům. Dobré postupy DFM (design for manufacture) jsou pro zvládnutí těchto vlivů zásadní. Jedním z příkladů je návrh podložek na desce plošných spojů, aby bylo možné správně pájet vývody součástek.
Špatně navržené podložky mohou zabránit správnému vyplnění vývodů pro povrchovou montáž pájkou. Pájka může z průchozí podložky odtékat. Tyto problémy mohou způsobit špatné pájecí spojení. Například na velké tepelné podložce může odtékání pájky z nezakryté průchodky zabránit dobrému pájenému spojení zemnicího kolíku zařízení. Taková součást může projít výrobou a testem. Vibrace však mohou tenký pájený spoj opotřebovat, až v provozu přerušovaně nebo úplně selže.
Co můžete udělat, abyste předešli únavě z vibrací?
Prvním krokem je návrh spolehlivosti (DFR). DFR je práce ve fázi návrhu, která zajišťuje spolehlivost desky plošných spojů ještě před jejím sestavením. Součástí této práce je zahrnutí dobrého DFM postupy při navrhování. Výrobce desek plošných spojů vám pomůže vybrat správné velikosti podložek a obalů pro součástky. Může vám dát pravidla pro navrhování, abyste mohli dodržet správnou třídu IPC pro vaši desku plošných spojů. Dalším krokem DFR je použití simulačních nástrojů k předvídání míst, kde by v návrhu mohlo dojít k poruchám. Pak můžete návrh před výrobou změnit.
Každý den přicházejí nové nástroje a metody pro zvládání únavy z vibrací a provádění náhodné analýzy vibrací. Přesto je běžné testovat nové konstrukce pomocí fyzikálních vibračních a rázových zkoušek. Poruchy si rychle vynutíte působením vyšších vibrací a rázů, než s jakými se výrobek setkává při běžném používání. Tato vysoce zrychlená zkouška životnosti (HALT) je důležitou součástí vývoje nových výrobků. Zjišťuje potenciální poruchy související s vibracemi. Pomáhá zajistit, aby konstrukce desky spolehlivě fungovala.
