Thiết kế bảng cho môi trường tác động cao

Tôi đang tìm cách thiết kế một PCB có thể tồn tại một cách đáng tin cậy. Bảng sẽ được gắn chắc chắn vào một bao vây để bảo vệ bảng khỏi thực sự đánh bất cứ thứ gì. Bản chất của tác động sẽ tương tự như một quả bóng bowling, hoặc đầu búa - không phải là thứ tôi cho là rung động, mà là những cú đánh thường xuyên từ nhiều hướng.

Là một phần của chức năng thiết bị, tôi muốn đo gia tốc của bo mạch, vì vậy việc giảm bớt tác động theo bất kỳ cách nào là không thích hợp. Tôi không có bất kỳ giá trị gia tốc đo nào (G) để cung cấp làm đường cơ sở và tôi thực sự không có bất kỳ kinh nghiệm nào trong lĩnh vực này. Như vậy, tôi có một vài câu hỏi chung chung liên quan chặt chẽ:

• Lực mạnh nhất sẽ ổn trên bảng mà không có biện pháp làm cứng tác động là gì? (Tôi có lo lắng quá nhiều về một vấn đề không?)
• Có bất kỳ thực hành thiết kế nào nên được tuân theo cho PCB?
• Những điểm yếu trong một thiết kế dẫn đến thất bại cơ học là gì?
• Có những phần nên tránh cho một thiết kế mạnh mẽ hơn?
• Ở mức độ lực nào tôi nên bắt đầu lo lắng về sự an toàn của các bộ phận?

Đây chỉ là công cụ chung, bạn thực sự nên cố gắng đặt ràng buộc vào các lực gia tốc dự kiến, thời gian và thời gian của các lực đó, điều kiện nhiệt và góc tác động dự kiến ​​để có được thông tin bạn cần để làm cho thiết kế mạnh mẽ.

Lực mạnh nhất sẽ ổn trên bảng mà không có biện pháp làm cứng tác động là gì? (Tôi có lo lắng quá nhiều về một vấn đề không?)

Điều này rất khó để đặt một số duy nhất, nó phụ thuộc vào loại thành phần được sử dụng và hướng / tần số của các lần truy cập.

Có bất kỳ thực hành thiết kế nào nên được tuân theo cho PCB?

Rất nhiều chấp trước vào một cái gì đó vững chắc. Một trong những chế độ thất bại rất có thể là uốn cong PCB có thể làm cho các mối hàn trên PCB bị nứt gây ra sự gián đoạn hoặc thất bại hoàn toàn của kết nối. Tôi sẽ cố gắng giữ PCB nhỏ gọn nhất có thể trong khi vẫn cung cấp càng nhiều phần đính kèm vào thứ gì đó không uốn cong (vỏ thép) như bạn có thể. PCB càng nhỏ thì 'flex tổng thể' của bo mạch càng nhỏ. Một cái gì đó giống như thiết kế lớp 4+ với năng lượng đồng hàn và mặt phẳng đất cũng sẽ tăng thêm độ cứng của PCB nhưng có thể gây ra uốn cong nhiệt bổ sung. Tùy thuộc vào nhu cầu của bạn là gì, có chất nền PCB chuyên dụng cứng hơn so với kho của bạn ngoài kệ FR-4, chẳng hạn như chất nền sử dụng vật liệu tổng hợp sợi carbon so với sợi thủy tinh.

Những điểm yếu trong một thiết kế dẫn đến thất bại cơ học là gì?

• Board Flex như đã đề cập ở trên có thể gây ra nứt khớp hàn. Làm cứng PCB có thể giúp đỡ. Bạn cũng không thể sử dụng chất hàn gốc mà thay vào đó là chất kết dính dẫn điện như epoxy dẫn bạc. Bạn cũng có thể sử dụng lớp phủ phù hợp trên PCB để giữ các bộ phận gắn trên bề mặt cũng như thêm độ cứng cho PCB.
• Vật phẩm lớn: Thiết bị gắn trên bề mặt trọng lượng Lite là bộ phận tốt nhất để sử dụng, vật nặng lớn nằm cách xa PCB sẽ là bộ phận tồi tệ nhất để sử dụng. Những thứ như mũ điện phân nhôm lớn, cuộn cảm cao, máy biến thế, vv sẽ là tồi tệ nhất. Họ sẽ truyền lực mạnh nhất vào các khách hàng tiềm năng và kết nối hàn với PCB. Nếu cần thiết bị lớn, sử dụng tệp đính kèm bổ sung vào PCB. Sử dụng epoxy không dẫn điện, không ăn mòn hoặc những thứ tương tự để gắn chúng vào PCB hoặc sử dụng một bộ phận có hỗ trợ PCB bổ sung. Hãy chắc chắn tính đến điện trở nhiệt được thêm vào khi tính toán khả năng tiêu hao năng lượng của thiết bị nếu sử dụng sơn epoxy hoặc sơn phủ phù hợp.
• Kết nối. Bất kỳ đầu nối nào ra khỏi bảng sẽ được đánh bại, đảm bảo loại khóa chắc chắn và được xếp hạng cho các lực G dự kiến. Đảm bảo tệp đính kèm của đầu nối với PCB là chắc chắn. Các loại gắn bề mặt tinh khiết mà không có lỗ gắn vào bảng có lẽ là một ý tưởng tồi. Chúng thường yêu cầu các lỗ thông qua PCB gần mép PCB. Hãy chắc chắn rằng đế PCB của bạn đủ mạnh để hỗ trợ các lực trên các lỗ này vì càng ở gần rìa, cường độ của PCB xung quanh lỗ sẽ ít hơn nhiều. Nếu bạn cần một đầu nối rời khỏi vỏ bọc, hãy sử dụng đầu nối gắn bảng khóa và các đầu dẫn hàn vào PCB, điều này sẽ gây căng thẳng cho đầu nối / vỏ bọc chứ không phải trên PCB.

Có những phần nên tránh cho một thiết kế mạnh mẽ hơn?

Xem danh sách trên nhưng giữ tất cả các bộ phận càng nhỏ và càng gần PCB càng tốt.

Ở mức độ lực nào tôi nên bắt đầu lo lắng về sự an toàn của các bộ phận?

Một lần nữa điều này là khó để đặt một số trên. Nếu thiết bị đang bị tấn công 'cạnh PCB', mối quan tâm của bạn là lực cắt ngang. Lực nào gây ra vấn đề ở đó phụ thuộc vào IC. Một IC nặng lớn với một vài, đính kèm nhỏ vào PCB có lẽ là trường hợp tồi tệ hơn. Có thể là một biến áp xung cao hoặc một cái gì đó như thế. Một trọng lượng nhẹ, IC ngắn, với nhiều tệp đính kèm có lẽ là mạnh nhất. Một cái gì đó giống như QFP 64pin, thậm chí còn tốt hơn nếu nó có một miếng đệm trung tâm lớn. Một số cách đọc hữu ích về chủ đề này: http://www.utacgroup.com/l Library / APTC2005_B5.3_P0158_FBGA_Drop-Test.pdf

Một số bộ phận có thể bị hư hỏng bên trong bởi lực G cao, điều này sẽ dựa trên từng phần nhưng chủ yếu là giới hạn ở các thiết bị có bộ phận bên trong có thể di chuyển được. Các thiết bị MEMS, máy biến thế, giắc cắm mag, v.v.

Bình luận

Bạn đã xem xét sử dụng 2 bảng? Một bảng nhỏ với gia tốc kế thực sự được gắn chặt vào vỏ và bảng thứ hai với phần còn lại của thiết bị điện tử trên đó có thể được gắn với hệ thống giảm xóc. Hệ thống sốc có thể đơn giản như hỗ trợ cao su hoặc phức tạp như các hệ thống được sử dụng trong ổ cứng tùy theo nhu cầu.

Bạn sẽ cần một bộ xử lý khá nhanh và gia tốc kế khá nhanh, phạm vi rộng nếu bạn muốn có được các phép đo chính xác về các sự kiện va chạm như bị đập bằng búa.

Trong ngành đường sắt, hướng dẫn là hỗ trợ bảng ít nhất 100mm. Các thành phần tốt nhất là những bộ phận nhẹ (bộ phận SMT có trọng lượng nhỏ hơn TH), gần với PCB (SMT gần hơn TH) và có nhiều kết nối với PCB (đôi khi có thể thêm nhiều chân để chia trọng lượng lên trên các chân ví dụ máy biến áp chế độ chuyển đổi tùy chỉnh). Các bộ phận lớn hơn trên chân mỏng với trọng tâm cao sẽ là điều tồi tệ nhất, ví dụ như máy biến thế lõi sắt. Bầu sẽ giữ mọi thứ lại với nhau nhưng sẽ tăng thêm trọng lượng - vì vậy cuối cùng bạn có thể tác dụng lực lên các phần nhỏ hơn từ những phần lớn hơn. Sử dụng tất cả các miếng hàn mà bạn có thể, ví dụ như trên các chân của các đầu nối không được sử dụng và thêm vias cục bộ để ngăn chặn các rãnh trên các đầu nối SMT. Nếu các đầu nối có các điểm cố định vít bổ sung, hãy sử dụng chúng, ví dụ như ổ cắm 9 chân D.

Bạn đã xem xét bầu chậu của bạn? Bản thân tôi chưa có nhiều kinh nghiệm về điều này, nhưng tôi đã nhìn thấy nó trước đây và tôi hiểu rằng bạn có thể bọc toàn bộ bảng mạch và các bộ phận của mình trong một loại nhựa không dẫn điện, tạo ra chất rắn. Tôi nghĩ rằng điều này sẽ giúp các thành phần liên quan đến bất kỳ sự tăng tốc đột ngột nào của PCB.

Tôi không thể nói nó hiệu quả như thế nào, nhưng tôi nghĩ nó đáng để xem xét.

Bản thân tôi đã không làm việc với thiết kế, nhưng tôi biết rằng các thiết bị điện tử được sử dụng cho thiết bị của người giả thử nghiệm sự cố chỉ sử dụng mạch flex. Họ không sử dụng vật liệu PCB cứng ở bất cứ đâu, cung cấp cho sự di chuyển hạn chế của PCA trong vỏ bọc và cho phép các vòng dịch vụ đầy đủ cho bất kỳ đầu nối nào được gắn vào vỏ.

Một ví dụ về quy trình sản xuất được sử dụng.

Một điểm cần xem xét là số lượng và phân phối các điểm kết nối với bảng và bao vây.

Sử dụng nhiều điểm kết nối hơn sẽ phân phối tốt hơn các lực từ vỏ bọc trong khi ngăn bảng dao động.

Nói chung, các điểm tiếp xúc vật lý là điểm yếu nhất, hãy thử sử dụng các điểm tiếp xúc lớn hơn của vít lớn hơn. Cố gắng sử dụng càng nhiều lỗ càng tốt và phân phối "ngẫu nhiên" càng tốt. Nếu chúng được căn chỉnh, bảng cuối cùng có thể dao động.

Tốt nhất là sử dụng một số loại sơn epoxy / acrylic, vì nó làm tăng cả điện trở bảng và giảm các hiệu ứng rung trên các thành phần trên bảng.