Desain Dewan untuk Lingkungan Berdampak Tinggi

Saya ingin mendesain PCB yang dapat diandalkan untuk bertahan dari dampak konstan. Papan akan dipasang dengan kaku ke selungkup yang akan melindungi papan dari benar-benar mengenai apa pun. Sifat dampaknya akan mirip dengan bola bowling, atau kepala palu - bukan apa yang saya anggap sebagai getaran, tetapi sering mengenai berbagai arah.

Sebagai bagian dari fungsionalitas perangkat, saya ingin mengukur akselerasi papan, jadi mengurangi dampak dengan cara apa pun tidak disukai. Saya tidak memiliki nilai akselerasi (G) yang diukur untuk dijadikan sebagai dasar, dan saya tidak benar-benar memiliki pengalaman di bidang ini. Karena itu, saya punya beberapa pertanyaan umum yang berkaitan erat:

• Apa kekuatan yang paling baik di papan tanpa tindakan pengerasan dampak yang diambil? (Apakah saya terlalu khawatir tentang non-masalah?)
• Apakah ada praktik desain yang harus diikuti untuk PCB?
• Apa saja titik lemah dalam desain yang menyebabkan kegagalan mekanis?
• Apakah ada bagian yang harus dihindari untuk desain yang lebih kuat?
• Pada tingkat kekuatan apa saya harus mulai mengkhawatirkan keselamatan bagian itu sendiri?

Ini hanya hal-hal umum, Anda harus benar-benar mencoba untuk mengikat kekuatan akselerasi yang diharapkan, periode dan durasi gaya-gaya tersebut, kondisi termal, dan sudut tumbukan yang diharapkan untuk mendapatkan informasi yang Anda butuhkan untuk membuat desain yang kuat.

Apa kekuatan yang paling baik di papan tanpa tindakan pengerasan dampak yang diambil? (Apakah saya terlalu khawatir tentang non-masalah?)

Ini sangat sulit untuk menempatkan nomor tunggal, tergantung pada jenis komponen yang digunakan dan arah / frekuensi hit.

Apakah ada praktik desain yang harus diikuti untuk PCB?

Banyak keterikatan pada sesuatu yang solid. Salah satu mode kegagalan yang paling mungkin adalah penekukan PCB yang dapat menyebabkan sambungan solder pada PCB retak yang menyebabkan kegagalan koneksi yang terputus-putus atau lengkap. Saya akan mencoba untuk menjaga PCB seringkas yang Anda bisa sambil memberikan lampiran sebanyak mungkin pada sesuatu yang tidak akan lentur (selungkup baja) sebanyak yang Anda bisa. Semakin kecil PCB, semakin kecil 'keseluruhan flex' papan. Sesuatu seperti desain lapisan 4+ dengan daya tembaga solder dan bidang tanah juga harus menambah kekakuan PCB tetapi dapat menyebabkan kelenturan termal tambahan. Tergantung pada apa kebutuhan Anda, ada substrat PCB khusus yang lebih kaku daripada stok Anda di rak FR-4, seperti substrat yang menggunakan komposit serat karbon vs fiberglass.

Apa saja titik lemah dalam desain yang menyebabkan kegagalan mekanis?

• Papan Flex seperti yang disebutkan di atas dapat menyebabkan retak sendi solder. Pengerasan PCB dapat membantu. Anda juga tidak bisa menggunakan stock solder, melainkan perekat konduktif seperti epoksi konduktif perak. Anda juga dapat menggunakan pelapis konformal pada PCB yang akan menahan komponen pemasangan permukaan pada tempatnya serta menambah kekakuan pada PCB.
• Barang Besar: Perangkat pemasangan permukaan berbobot ringan adalah bagian terbaik untuk digunakan, barang berat besar yang terletak lebih jauh dari PCB akan menjadi bagian terburuk untuk digunakan. Hal-hal seperti tutup elektrolit aluminium besar, induktor tinggi, transformer, dll akan menjadi yang terburuk. Mereka akan memberikan kekuatan paling pada lead dan koneksi solder ke PCB. Jika perangkat besar diperlukan, gunakan lampiran tambahan ke PCB. Gunakan epoksi non-konduktif, non-korosif atau semacamnya untuk melekatkannya ke PCB atau gunakan bagian dengan dukungan PCB tambahan. Pastikan untuk memperhitungkan tahanan termal tambahan saat menghitung kemampuan perangkat untuk menghilangkan daya jika menggunakan epoksi atau pelapis konformal.
• Konektor. Setiap konektor yang terlepas dari papan akan berdetak, pastikan itu adalah tipe penguncian yang solid dan diberi peringkat untuk gaya-G yang diharapkan. Pastikan pemasangan konektor ke PCB solid. Jenis mount permukaan murni tanpa lampiran lubang melalui papan mungkin merupakan ide yang buruk. Ini biasanya membutuhkan lubang di PCB dekat tepi PCB. Pastikan media PCB Anda cukup kuat untuk mendukung gaya pada lubang ini karena terlalu dekat dengan tepi kekuatan PCB di sekitar lubang jauh lebih sedikit. Jika Anda membutuhkan konektor yang meninggalkan penutup, gunakan konektor pemasangan panel pengunci dan pateri solder ke PCB, ini akan membuat tekanan pada konektor / penutup dan bukan pada PCB.

Apakah ada bagian yang harus dihindari untuk desain yang lebih kuat?

Lihat daftar di atas tetapi jaga agar semua bagian tetap lite dan sedekat mungkin dengan PCB.

Pada tingkat kekuatan apa saya harus mulai mengkhawatirkan keselamatan bagian itu sendiri?

Sekali lagi ini sulit untuk menempatkan nomor. Jika perangkat terkena 'edge on' ke PCB daripada kekhawatiran Anda adalah gaya geser lateral. Kekuatan apa yang menyebabkan masalah tergantung pada IC. IC berat yang besar dengan sedikit, lampiran kecil ke PCB mungkin adalah kasus yang lebih buruk. Mungkin trafo pulsa tinggi atau semacamnya. Bobot ringan, IC pendek, dengan banyak lampiran mungkin paling kuat. Sesuatu seperti QFP 64pin, bahkan lebih baik jika memiliki pad tengah yang besar. Beberapa bacaan bermanfaat tentang topik ini: http://www.utacgroup.com/library/EPTC2005_B5.3_P0158_FBGA_Drop-Test.pdf

Beberapa bagian mungkin rusak secara internal oleh kekuatan G tinggi, ini akan menjadi bagian demi bagian tetapi sebagian besar akan terbatas pada perangkat dengan bagian internal yang dapat dipindahkan. Perangkat MEMS, transformer, jack mag, dll, dll.

Komentar

Sudahkah Anda mempertimbangkan untuk menggunakan 2 papan? Satu papan kecil dengan accelerometer yang benar-benar terpasang dengan kaku ke selungkup dan papan kedua dengan sisa elektronik di atasnya yang kemudian dapat dipasang dengan sistem penyerapan shock. Sistem kejut dapat sesederhana dukungan karet atau serumit sistem yang digunakan dalam hard drive tergantung pada kebutuhan.

Anda akan membutuhkan prosesor yang cukup cepat dan akselerometer yang cukup cepat jika Anda ingin mendapatkan pengukuran akurat dari peristiwa benturan seperti dipukul dengan palu.

Dalam industri kereta api, pedomannya adalah untuk mendukung dewan setidaknya setiap 100mm. Komponen terbaik adalah komponen yang ringan (bagian SMT beratnya kurang dari TH), dekat dengan PCB (SMT lebih dekat dari TH) dan memiliki banyak koneksi ke PCB (kadang-kadang lebih banyak pin dapat ditambahkan untuk membagi bobot naik di atas pin mis. transformer mode switched khusus). Bagian yang lebih besar pada kaki kurus dengan pusat gravitasi tinggi akan menjadi yang terburuk misalnya transformator inti besi. Potting akan menjaga semuanya tetap bersama tetapi akan menambah bobot - jadi Anda mungkin akan memberikan kekuatan pada bagian yang lebih kecil dari yang lebih besar. Gunakan semua bantalan solder yang dapat Anda mis. Pada pin konektor yang tidak digunakan dan tambahkan vias lokal untuk menghentikan trek yang robek pada konektor SMT. Jika konektor memiliki titik sekrup tambahan, gunakan misalnya soket 9 pin D.

Sudahkah Anda mempertimbangkan untuk mengatur sirkuit Anda? Saya belum memiliki banyak pengalaman dengan ini sendiri, tetapi saya telah melihatnya sebelumnya dan saya mengerti bahwa Anda dapat membungkus seluruh papan sirkuit Anda dan komponen dalam resin non-konduktif yang membuat padat. Saya pikir ini akan menguatkan komponen relatif terhadap akselerasi tiba-tiba PCB.

Saya tidak bisa mengatakan seberapa efektif ini, tapi saya pikir itu layak untuk ditinjau.

Saya sendiri tidak bekerja pada desain, tetapi saya tahu bahwa elektronik yang digunakan untuk instrumentasi crash test dummies menggunakan sirkuit flex secara eksklusif. Mereka tidak menggunakan bahan PCB kaku di mana pun, menyediakan gerakan PCA terbatas dalam enklosur, dan memungkinkan loop servis yang memadai untuk konektor apa pun yang terpasang pada enklosur.

Contoh proses pembuatan yang digunakan.

Satu hal yang menjadi pertimbangan adalah jumlah dan distribusi titik sambung dengan papan dan penutup.

Menggunakan lebih banyak titik sambung akan mendistribusikan kekuatan dari enklosur dengan lebih baik sekaligus mencegah papan berosilasi.

Secara umum, titik kontak fisik adalah yang terlemah, coba gunakan titik kontak yang lebih besar sekrup yang lebih besar. Cobalah untuk menggunakan sebanyak mungkin lubang dan sebanyak mungkin "acak" yang didistribusikan. Jika mereka sejajar, papan pada akhirnya dapat berosilasi.

Yang terbaik adalah dengan menggunakan semacam lapisan epoksi / akrilik, karena meningkatkan ketahanan papan dan mengurangi efek bergetar pada komponen di atas papan.