電子百科 | 極端環(huán)境電子產(chǎn)品PCB設(shè)計、制造和組裝

極端環(huán)境電子產(chǎn)品的生產(chǎn)涉及電路板布局設(shè)計、生產(chǎn)以及組裝的一系列關(guān)鍵步驟。一旦得到OEM的認可，口碑良好的電子服務(wù)制造商就應(yīng)該提升自身極端環(huán)境電路板的板子規(guī)格。只要電子生產(chǎn)服務(wù)供應(yīng)商提供的服務(wù)超過OEM的最低要求，并采取相應(yīng)的安全措施，那么他們生產(chǎn)的板子和終端電子產(chǎn)品無論處在何種環(huán)境、地域或者溫度下，都能夠保持高性能和高可靠性。

提升電子產(chǎn)品可靠性和安全性，可以從這幾方面入手：PCB布局設(shè)計、PCB生產(chǎn)和PCB組裝。電子服務(wù)供應(yīng)商應(yīng)該讓OEM客戶充分解釋提升板子規(guī)格的重要性，而且，供應(yīng)商應(yīng)該得到OEM的許可，以便能夠使用更新的規(guī)格文件繼續(xù)生產(chǎn)，這在任何情況下都是十分重要的。

PCB設(shè)計

一塊板子的工作電流設(shè)計為5安培，但是，在PCB布局仿真之前，最好加一個緩沖器作為工作電流的預(yù)警。這樣一來，一旦板子暴露在極端炎熱或者惡劣的環(huán)境中，它的工作電流就會上升至6到7安培，達到了自身原本規(guī)格的極限。

當然，如果該板設(shè)計為6層板，那么應(yīng)該考慮給板子再添加兩層。一旦不同層的信號路徑之間有發(fā)生串擾的可能，那么增加的兩層能夠提供更多的地層。為PCB增加層數(shù)的目的在于保證信號清爽無串擾或者無混合信號干擾，并且保證信號的信噪比處在可接受的范圍。地層越穩(wěn)定，信號彼此分離得越好。相反，假如一個信號層上有多個電源層或者分離層，這些層是不會為線路提供穩(wěn)定的地層用于限制噪聲和串擾的。通過增加電流和增加地層數(shù)量的設(shè)計，你可以將板子的可靠性提升大約15%到20%。

在重點線路上（尤其時鐘線路上）增加屏蔽，也能將板子的可靠性提升約15%到20%。對于射頻線路來說，增加鋁屏蔽能夠讓敏感信號相互分離，使信號傳遞變得干凈利落。

屏蔽罩通過阻止數(shù)碼信號從A點流到B點，從而達到保護敏感信號的目的，保證數(shù)碼信號不與板子上的模擬信號混合，影響信號完整性。這種協(xié)助制造干凈信號，降低串擾的方法可以為板子提供更多的保護。

其它主要設(shè)計方面還包括：增設(shè)多個冗余模式和高可用性，元器件選取，反饋回路，監(jiān)測電路，和模擬/數(shù)字信號的額外保護及預(yù)警。

擁有內(nèi)置冗余的好設(shè)計即使暴露在極端環(huán)境中，也能有效、可靠地工作。在這種條件下，多模式或者冗余模式的功能是相同的，相對于產(chǎn)品的高品質(zhì)和高可靠性來說，成本已經(jīng)不是最大的問題了。

一個模塊作為電路的主要信號發(fā)生器。一旦這個原始的模塊失效了，一個完全相同的信號發(fā)生器或者備份信號模塊會插入進來，獲得穩(wěn)定、連續(xù)的操作。有很多不同種類極端環(huán)境的應(yīng)用需要多個模塊，典型的例子就是油井深鉆設(shè)備，這些產(chǎn)品都需要冗余和準確的精度。

在設(shè)計極端環(huán)境電路時，應(yīng)當把反饋回路考慮進去。信號在遠處連續(xù)不斷地檢測和監(jiān)測，反饋回路會提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。對于高度復(fù)雜的系統(tǒng)來說，反饋回路能夠提供實時信息，必要時能夠采取及時的修正措施。

漏電一定不屬于設(shè)計范圍內(nèi)的，會降低產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中的性能、可靠性和重復(fù)性。信噪比，漏電量和串擾必須嚴格控制，設(shè)計時要格外小心。

電路板生產(chǎn)

電路板生產(chǎn)和布局都需要充分考慮材料選擇。在為極端環(huán)境中使用的電路板確定材料時，要選擇耐高溫材料，如FR4-008或者是聚酰亞胺基材，這些材料能夠耐得住更高的溫度，在極端環(huán)境中不會分層，也不會導(dǎo)致阻焊膜脫落。

電路板組裝

跟常規(guī)電路板相比，商業(yè)應(yīng)用的電路板組裝需要更具有可重復(fù)性和可靠性。為了達到可重復(fù)性、可靠性和流程控制，使用拾放機放置元器件比手動放置更加高效。同樣的道理也適用于電路板組裝流程中的其它自動化步驟。使用自動光學(xué)檢測系統(tǒng)，錫膏厚度檢查儀，熱性能分析儀以及其它組裝設(shè)備可以讓操作人員避免一些因為疏忽而導(dǎo)致的問題，這些問題會造成產(chǎn)品質(zhì)量低，可靠性低。借助矯正完好的機器和設(shè)備，組裝流程可重復(fù)性更高，可靠性更高，產(chǎn)品質(zhì)量更加可控。

進行仿真后，確認不同組裝步驟的完成情況需要嚴格的指導(dǎo)規(guī)則，該過程是在專業(yè)的環(huán)境測試實驗室內(nèi)進行。首件通常要進行各種測試，包括溫度循環(huán)測試，掉落以及抖動測試，機械強度測試等。所有這些測試都要在產(chǎn)品開發(fā)的最初階段進行，讓問題在早期就得到解決。