Trong thiết kế PCB, chúng ta phải chú ý đến rung động. Chúng ta phải lập kế hoạch cho mỏi rung động. Nếu không, PCB sẽ không bền lâu. Nhiều bo mạch đứng yên và không di chuyển nhiều. Các bo mạch khác hoạt động ở những nơi có chuyển động lớn. Các thiết bị này có thể là bất kỳ thứ gì từ đồ chơi nhỏ đến tàu vũ trụ phức tạp. Một số bo mạch không di chuyển, nhưng chúng vẫn phải chịu các lực tác động từ quá trình sản xuất, thay đổi nhiệt độ hoặc các va chạm mạnh từ người dùng. Để đối phó với điều này, Nhà thiết kế mạch in (PCB) Cần nắm vững các kiến thức cơ bản về mỏi do rung động trong thiết kế của mình và cách giảm thiểu tác động của nó. Dưới đây là một số gợi ý hữu ích.
Áp lực môi trường và mỏi do rung động
Lên đến 20% sự cố bo mạch in (PCB) là do rung động và va đập. Những con số này ban đầu được Lực lượng Không quân đề cập, nhưng nhiều ngành công nghiệp khác cũng báo cáo tỷ lệ tương tự. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc thiết kế PCB để chịu được ứng suất mỏi do rung động ngẫu nhiên. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các bo mạch được sử dụng trong môi trường dễ bị rung động, như ngành hàng không vũ trụ.
Vật liệu bảng mạch chính (ví dụ: FR-4) Chịu được rung động và va đập khá tốt. Tuy nhiên, các linh kiện điện tử hàn trên bảng mạch thì không. Rung động khiến bảng mạch bị uốn cong. Các chân linh kiện có thể bị gãy do uốn cong và kéo giãn. Chất hàn cũng dễ bị ảnh hưởng bởi ứng suất rung động. Nó có thể nứt và làm đứt kết nối điện giữa chân linh kiện và bảng mạch. Ngay cả rung động nhỏ trong thời gian dài cũng có thể gây mỏi cho các chân linh kiện và mối hàn. Nếu không có thiết kế PCB tốt, các mối hàn có thể bị nứt do mỏi rung động.
Áp lực sản xuất có thể gây ra mỏi do rung động.
Một yếu tố khác dẫn đến hư hỏng do mỏi rung là ứng suất từ Sản xuất bảng mạch in (PCB) Quy trình. Các chân linh kiện và mối hàn dễ bị ảnh hưởng bởi sốc nhiệt. Các thực hành DFM (thiết kế cho sản xuất) tốt là yếu tố quan trọng để xử lý các tác động này. Một ví dụ là thiết kế các pad trên PCB sao cho các chân linh kiện có thể được hàn đúng cách.
Các miếng đệm thiết kế kém có thể ngăn chặn quá trình hàn chảy vào các chân hàn bề mặt một cách chính xác. Chất hàn có thể bị hút ra khỏi miếng đệm lỗ thông qua. Những vấn đề này có thể dẫn đến kết nối hàn kém. Ví dụ, trên một miếng đệm nhiệt lớn, việc hàn chảy ra khỏi lỗ thông qua không được che phủ có thể ngăn chân nối đất của thiết bị đạt được kết nối hàn tốt. Phần đó có thể vượt qua quá trình sản xuất và kiểm tra. Tuy nhiên, rung động có thể làm mòn mối hàn mỏng cho đến khi nó hỏng hóc ngắt quãng hoặc hoàn toàn trong quá trình sử dụng.
Bạn có thể làm gì để phòng ngừa mệt mỏi do rung động?
Bước đầu tiên là thiết kế cho độ tin cậy (DFR). DFR là công việc ở giai đoạn thiết kế nhằm đảm bảo độ tin cậy của bảng mạch in (PCB) trước khi sản xuất bảng mạch. Một phần của công việc này là đảm bảo các yếu tố thiết kế tốt. DFM Các quy trình trong thiết kế. Nhà sản xuất PCB của bạn có thể giúp bạn chọn kích thước pad và gói linh kiện phù hợp. Họ có thể cung cấp các quy tắc thiết kế để bạn có thể tuân thủ đúng lớp IPC cho PCB của mình. Một bước khác trong DFR là sử dụng công cụ mô phỏng để dự đoán các vị trí có thể xảy ra lỗi trong thiết kế. Sau đó, bạn có thể điều chỉnh thiết kế trước khi sản xuất.
Các công cụ và phương pháp mới liên tục được phát triển hàng ngày để xử lý mỏi do rung động và thực hiện phân tích rung động ngẫu nhiên. Tuy nhiên, việc thử nghiệm các thiết kế mới bằng các thử nghiệm rung động và va đập vật lý vẫn là phương pháp phổ biến. Bằng cách áp dụng mức rung động và va đập cao hơn so với điều kiện sử dụng bình thường của sản phẩm, bạn có thể gây ra sự cố nhanh chóng. Thử nghiệm tuổi thọ gia tốc cao (HALT) là một phần quan trọng trong quá trình phát triển sản phẩm mới. Nó giúp phát hiện các sự cố tiềm ẩn liên quan đến rung động và đảm bảo cấu trúc bo mạch hoạt động đáng tin cậy.
