題:
高影響環境的電路板設計
W5VO
2011-03-14 19:50:27 UTC
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我正在尋找一種能夠可靠地承受持續衝擊的PCB。該板將被牢固地安裝到一個外殼上,以保護該板免受實際撞擊。衝擊的性質類似於保齡球或鎚頭-不是我認為的振動,而是來自多個方向的頻繁擊打。

作為設備功能的一部分,我想測量板的加速度,因此以任何方式減弱衝擊都是不可取的。我沒有提供任何測得的加速度值(G's)作為基準,而且我在該領域確實沒有任何經驗。因此,我有幾個密切相關的一般性問題: (我是否太擔心無問題?)

  • PCB是否應遵循任何設計規範?
  • 設計中的哪些弱點會導致?機械故障?
  • 是否應避免使用零件以實現更堅固的設計?
  • 我應該以什麼力水平開始擔心零件本身的安全性?
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    HTTP://electronics.stack Exchange.com/questions/5998/什麼的-vs-through-hole-components-in-high-vibration-environments
    我在發布之前看到了@Joby,,這很有幫助。
    不能將加速度計拆分為一塊單獨的板,該板牢固地安裝在機箱上,而主板則安裝在套管上?
    @Kaz不,該對象將被植入沒有外部連接的設備中。加速度計和所有支持的電子設備必須位於同一外殼中。
    五 答案:
    Mark
    2011-03-14 22:29:32 UTC
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    這只是一般性的內容,您應該真正嘗試限制預期的加速力,這些力的持續時間和持續時間,熱條件以及預期的撞擊角度,以獲得使設計更穩固所需的信息

    在不採取衝擊硬化措施的情況下,板上最大的作用力是什麼? (我是否太擔心非問題了?)

    很難用一個數字來表示,這取決於所用組件的類型以及電路的方向/頻率。命中。

    PCB是否應遵循任何設計規範?

    很多固定的附件。最可能的故障模式之一是PCB彎曲,這會導致PCB上的焊點破裂,從而導致連接的間歇性或完全故障。我會盡量保持PCB的緊湊,同時盡可能多地固定不會彎曲的東西(鋼製外殼)。 PCB越小,板的“整體彎曲度”就越小。具有焊料銅電源和接地層的4+層設計之類的東西也應增加PCB的剛性,但會引起額外的熱撓曲。根據您的需求,可以使用比現成的FR-4更堅硬的專用PCB基板,例如採用碳纖維複合材料而不是玻璃纖維的基板。

    設計中哪些會導致機械故障的弱點?

    • 上面提到的Board Flex會導致焊點破裂。 PCB的加固會有所幫助。您也不能使用普通焊料,而應使用導電粘合劑,例如銀導電環氧樹脂。您還可以在PCB上使用保形塗層,該塗層可以將表面安裝的組件固定在適當的位置,並為PCB增加一些剛度。
    • 大件物品:輕便的表面安裝設備是最好的​​零件,而距離PCB較遠的大件重物則是最差的零件。大型鋁電解蓋,高電感器,變壓器等將是最糟糕的情況。它們將在引線和焊料與PCB的連接上施加最大的力。如果需要大型設備,請使用附加的PCB附件。使用非導電,非腐蝕性的環氧樹脂或類似的東西將它們附著到PCB上,或使用帶有額外PCB支撐的零件。如果使用環氧樹脂或保形塗料,則在計算設備的耗散功率能力時,請務必考慮增加的熱阻。
    • 連接器。離開板子的所有連接器都將被敲打,請確保其為牢固的鎖定類型,並能承受預期的G力。確保連接器與PCB的連接牢固。純粹的表面安裝類型不帶通孔連接到板上,這可能不是一個好主意。這些通常需要在PCB邊緣附近的PCB中形成通孔。確保您的PCB基板足夠堅固,可以支撐這些孔​​上的力,因為它離邊緣很近,孔周圍的PCB強度要小得多。如果需要離開機箱的連接器,請使用鎖定面板安裝連接器和引線引線到PCB上,這將使壓力施加在連接器/機箱上而不是PCB上。

    是否應避免使用某些零件以實現更穩健的設計?

    請參見上面的清單,但所有零件都應保持精簡和美觀

    我應該以什麼力水平開始擔心零件本身的安全性?

    同樣,很難加上數字。如果器件被“邊緣”撞到PCB上,那麼您所關心的就是橫向剪切力。什麼力在那引起問題取決於IC。大而笨重的IC幾乎沒有PCB的小附件,情況可能更糟。也許是一個高大的脈衝變壓器或類似的東西。重量輕,IC短且帶有許多附件的附件可能最堅固。像64針QFP之類的東西,如果它具有較大的中心焊盤,則更好。關於此主題的一些有用的閱讀材料: http://www.utacgroup.com/library/EPTC2005_B5.3_P0158_FBGA_Drop-Test.pdf

    某些零件可能會因高G-力,這將是部分部分的,但主要限於內部零件可移動的設備。 MEMS設備,變壓器,磁力插座等。

    評論

    您是否考慮過使用2個板?一塊帶有加速度計的小板實際上牢固地固定在外殼上,另一塊板上有其餘的電子設備,然後可以用減震系統安裝。根據需要,減震系統可以像橡膠支撐一樣簡單,也可以像硬盤驅動器中所使用的系統一樣複雜。

    如果需要,您將需要一個非常快速的處理器和一個非常快速,寬範圍的加速度計以準確測量撞擊事件,例如用錘子擊打。

    很多出色的建議-謝謝!不幸的是,我沒有施加力的基準-據我所知,這將是對其進行測量的第一次嘗試。
    另一個+1僅用於剛性安裝加速度計。
    Martin
    2011-03-14 21:09:52 UTC
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    在鐵路行業中,指導方針是至少每100毫米支撐一塊木板。最好的組件是那些重量輕(SMT零件的重量小於TH),靠近PCB的零件(SMT小於TH)並且與PCB的連接很多(有時可以添加更多的引腳以將重量分配到各個引腳上)例如自定義開關模式變壓器)。重心較高的細腿上的較大零件將是最差的,例如鐵芯變壓器。灌裝將使所有零件保持在一起,但會增加重量-因此,您可能最終會從較大的零件向較小的零件施加力。使用所有可能的焊盤,例如在連接器的未使用引腳上,並添加局部過孔以阻止軌道從SMT連接器上剝落。如果連接器有其他螺釘固定點,請使用它們,例如9針D型插座。

    BG100
    2011-03-14 20:25:04 UTC
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    您是否考慮過灌封電路?我本人並沒有太多經驗,但是我以前看過它,並且我了解到您可以將整個電路板和組件封裝在能固化的非導電樹脂中。我認為這將使組件相對於PCB的突然加速得到支撐。

    我不能說這將起到多大的作用,但是我認為值得研究。

    我見過的高振動的東西幾乎總是被灌封的。
    注意PCB,組件和灌封料之間的熱膨脹係數(Cte)不同。如果組件遇到極端溫度極限,則由於熱誘導的機械應力,剛性的灌封膠(例如環氧樹脂)實際上會將板撕開。
    HikeOnPast
    2012-07-30 02:39:16 UTC
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    我自己沒有從事設計工作,但是我知道用於碰撞測試假人儀器的電子設備僅使用柔性電路。它們不在任何地方使用硬質PCB材料,從而限制了PCA在機箱內的移動,並為連接到機箱的任何連接器提供了足夠的服務環路。

    示例所使用的製造過程。

    RMAAlmeida
    2011-03-14 20:18:58 UTC
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    一個要考慮的問題是與板和機箱的連接點的數量和分佈。

    使用更多的連接點將更好地分配來自機箱的力,同時防止板振盪。

    通常,物理接觸點是最薄弱的接觸點,請嘗試使用較大的接觸點和較大的螺釘。嘗試使用盡可能多的孔,並儘可能地“隨機”分佈。如果它們對齊,則電路板最終可能會振動。

    最好是使用某種環氧/丙烯酸塗層,因為它既增加了電路板的電阻,又減小了電路板上組件的振動影響。

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