I PCB-design skal vi være opmærksomme på vibrationer. Vi skal planlægge for vibrationstræthed. Hvis vi ikke gør det, vil et printkort ikke holde længe. Mange print sidder stille og bevæger sig ikke meget. Andre print arbejder på steder med store bevægelser. Disse enheder kan være alt fra små stykker legetøj til komplekse rumfartøjer. Nogle printplader bevæger sig ikke, men de udsættes stadig for belastninger fra produktion, varmeændringer eller hårde stød fra brugerne. For at håndtere dette, PCB-designere har brug for at kende det grundlæggende i vibrationstræthed i deres design, og hvordan man kan reducere virkningerne. Her er nogle ideer, der kan hjælpe.
Miljøbelastning og vibrationstræthed
Op til 20% af PCB-fejl er forårsaget af vibrationer og stød. Disse tal blev først nævnt af flyvevåbnet, men mange andre industrier rapporterer lignende tal. Det viser, hvor vigtigt det er at designe printkort, så de kan modstå tilfældige vibrationer og udmattelsesstress. Det er endnu vigtigere for printkort, der bruges i vibrationsudsatte miljøer som f.eks. rumfart.
Materialer til kerneplader (f.eks. FR-4) håndterer vibrationer og stød ret godt. Men det gør elektroniske komponenter, der er loddet fast på printet, ikke. Vibrationer får printet til at bøje. Komponentledninger kan gå i stykker af bøjning og strækning. Loddemetal er også sårbart over for vibrationer. Det kan revne og bryde den elektriske forbindelse mellem en ledning og printet. Selv små vibrationer over lang tid kan udmatte komponentledninger og loddeforbindelser. Uden god PCB-designpraksis kan loddeforbindelser revne på grund af vibrationstræthed.
Produktionsstress kan forårsage vibrationstræthed
En anden faktor, der fører til vibrationsudmattelsessvigt, er stress fra PCB-fremstilling proces. Komponentledninger og loddesamlinger er sårbare over for termisk chok. God DFM-praksis (design for manufacturing) er afgørende for at håndtere disse effekter. Et eksempel er at designe puder på printkortet, så komponentledningerne kan loddes korrekt.
Dårligt designede puder kan forhindre loddetinnet i at fylde overflademonterede ledninger korrekt. Loddetinnet kan sive væk fra en pude med gennemgående huller. Disse problemer kan give en dårlig loddeforbindelse. På en stor termisk pad kan loddetinnet f.eks. sive væk fra en udækket via og forhindre en jordforbindelse i at få en god loddeforbindelse. Den del kan bestå fremstilling og test. Men vibrationer kan slide på en tynd loddeforbindelse, indtil den svigter med mellemrum eller helt i marken.
Hvad kan du gøre for at forebygge vibrationstræthed?
Det første skridt er design for pålidelighed (DFR). DFR er det arbejde i designfasen, der sikrer printkortets pålidelighed, før du bygger kortet. En del af dette arbejde er at inkludere gode DFM praksis i designet. Din printkortproducent kan hjælpe dig med at vælge de rigtige pad- og pakkestørrelser til delene. De kan give dig designregler, så du kan følge den rigtige IPC-klasse for dit printkort. Et andet DFR-trin er at bruge simuleringsværktøjer til at forudsige, hvor der kan opstå fejl i designet. Så kan du ændre designet før fremstillingen.
Hver dag kommer der nye værktøjer og metoder til at håndtere vibrationstræthed og til at udføre tilfældige vibrationsanalyser. Alligevel er det almindeligt at teste nye designs med fysiske vibrations- og stødtests. Man fremtvinger hurtigt fejl ved at påføre højere vibrationer og stød, end produktet ser ved normal brug. Denne HALT-test (highly accelerated life test) er en vigtig del af udviklingen af nye produkter. Den finder potentielle vibrationsrelaterede fejl. Den hjælper med at sikre, at kortstrukturen kører pålideligt.
