Στο σχεδιασμό PCB πρέπει να δώσουμε προσοχή στους κραδασμούς. Πρέπει να σχεδιάζουμε την κόπωση από κραδασμούς. Εάν δεν το κάνουμε, ένα PCB δεν θα διαρκέσει πολύ. Πολλές πλακέτες κάθονται ακίνητες και δεν κινούνται πολύ. Άλλες πλακέτες εργάζονται σε χώρους με μεγάλη κίνηση. Αυτές οι συσκευές μπορεί να είναι οτιδήποτε, από μικρά παιχνίδια μέχρι πολύπλοκα διαστημόπλοια. Κάποιες πλακέτες δεν κινούνται, αλλά εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν πιέσεις από την κατασκευή, τη θερμική αλλαγή ή σκληρούς κραδασμούς από τους χρήστες. Για να το αντιμετωπίσετε αυτό, Σχεδιαστές PCB πρέπει να γνωρίζουν τα βασικά στοιχεία της δονητικής κόπωσης στους σχεδιασμούς τους και πώς να μειώνουν τις επιπτώσεις της. Ακολουθούν ορισμένες ιδέες που βοηθούν.
Περιβαλλοντική καταπόνηση και κόπωση από δονήσεις
Έως και 20% των βλαβών των PCB προκαλούνται από κραδασμούς και κρούσεις. Αυτοί οι αριθμοί αναφέρθηκαν για πρώτη φορά από την Πολεμική Αεροπορία, αλλά πολλές άλλες βιομηχανίες αναφέρουν παρόμοια ποσοστά. Αυτό δείχνει πόσο σημαντικό είναι να σχεδιάζονται τα PCB ώστε να αντιστέκονται σε τυχαίες καταπονήσεις κόπωσης από δονήσεις. Αυτό είναι πιο σημαντικό για τις πλακέτες που χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα επιρρεπή σε δονήσεις, όπως η αεροδιαστημική.
Υλικά πυρήνα (για παράδειγμα FR-4) αντέχουν αρκετά καλά τους κραδασμούς και τους κραδασμούς. Αλλά τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που είναι συγκολλημένα στην πλακέτα όχι. Οι κραδασμοί κάνουν την πλακέτα να λυγίζει. Τα καλώδια των εξαρτημάτων μπορεί να σπάσουν από την κάμψη και το τέντωμα. Η συγκόλληση είναι επίσης ευάλωτη στην καταπόνηση από κραδασμούς. Μπορεί να ραγίσει και να σπάσει η ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ ενός καλωδίου και της πλακέτας. Ακόμη και μικρές δονήσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα μπορούν να κουράσουν τα καλώδια των εξαρτημάτων και τις ενώσεις συγκόλλησης. Χωρίς καλή πρακτική σχεδιασμού τυπωμένων κυκλωμάτων, οι ενώσεις συγκόλλησης μπορεί να ραγίσουν από την κόπωση λόγω κραδασμών.
Η καταπόνηση κατασκευής μπορεί να προκαλέσει κόπωση από δονήσεις
Ένας άλλος παράγοντας που οδηγεί σε αστοχία λόγω κόπωσης από δονήσεις είναι η καταπόνηση από το Κατασκευή PCB διαδικασία. Τα καλώδια των εξαρτημάτων και οι ενώσεις συγκόλλησης είναι ευάλωτα σε θερμικό σοκ. Οι καλές πρακτικές DFM (σχεδιασμός για την κατασκευή) είναι κρίσιμες για την αντιμετώπιση αυτών των επιπτώσεων. Ένα παράδειγμα είναι ο σχεδιασμός των μαξιλαριών στην πλακέτα PCB ώστε τα καλώδια των εξαρτημάτων να μπορούν να συγκολληθούν σωστά.
Τα κακώς σχεδιασμένα μαξιλαράκια μπορούν να εμποδίσουν τη συγκόλληση να γεμίσει σωστά τα καλώδια επιφανειακής τοποθέτησης. Η κόλληση μπορεί να απομακρυνθεί από ένα διαμπερές μαξιλάρι. Αυτά τα προβλήματα μπορεί να προκαλέσουν κακή σύνδεση με κόλληση. Για παράδειγμα, σε ένα μεγάλο θερμικό μαξιλάρι, η απομάκρυνση της κόλλησης από ένα ακάλυπτο via μπορεί να εμποδίσει μια ακίδα γείωσης της συσκευής να αποκτήσει μια καλή σύνδεση κόλλησης. Αυτό το εξάρτημα μπορεί να περάσει την κατασκευή και τη δοκιμή. Όμως οι κραδασμοί μπορούν να φθείρουν μια λεπτή σύνδεση κόλλησης μέχρι να αποτύχει διακεκομμένα ή πλήρως στο πεδίο.
Τι μπορείτε να κάνετε για να αποφύγετε την κόπωση από τις δονήσεις;
Το πρώτο βήμα είναι ο σχεδιασμός για αξιοπιστία (DFR). Το DFR είναι η εργασία στο στάδιο του σχεδιασμού που εξασφαλίζει την αξιοπιστία της πλακέτας πριν από την κατασκευή της πλακέτας. Μέρος αυτής της εργασίας είναι να συμπεριλάβει καλές DFM πρακτικές στο σχεδιασμό. Ο κατασκευαστής των PCB μπορεί να σας βοηθήσει να επιλέξετε τα σωστά μεγέθη επιφάνειας και συσκευασίας για τα εξαρτήματα. Μπορούν να σας δώσουν κανόνες σχεδιασμού, ώστε να ακολουθήσετε τη σωστή κατηγορία IPC για το PCB σας. Ένα άλλο βήμα DFR είναι η χρήση εργαλείων προσομοίωσης για να προβλέψετε πού μπορεί να συμβούν αστοχίες στο σχεδιασμό. Στη συνέχεια, μπορείτε να αλλάξετε το σχεδιασμό πριν από την κατασκευή.
Κάθε μέρα καταφθάνουν νέα εργαλεία και μέθοδοι για τον χειρισμό της κόπωσης των δονήσεων και την εκτέλεση τυχαίων αναλύσεων δονήσεων. Παρόλα αυτά, είναι σύνηθες να δοκιμάζονται νέα σχέδια με φυσικές δοκιμές κραδασμών και κρούσεων. Εξαναγκάζετε τις αστοχίες γρήγορα εφαρμόζοντας υψηλότερες δονήσεις και κραδασμούς από αυτές που δέχεται το προϊόν σε κανονική χρήση. Αυτή η δοκιμή εξαιρετικά επιταχυνόμενης διάρκειας ζωής (HALT) αποτελεί σημαντικό μέρος της ανάπτυξης νέων προϊόντων. Βρίσκει πιθανές αστοχίες που σχετίζονται με τους κραδασμούς. Βοηθά να βεβαιωθείτε ότι η δομή της πλακέτας θα λειτουργεί αξιόπιστα.
