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技術專題
使用可靠性設計（DfR）原理優化PCB
在電子產品中，可靠性同等重要，因為它可以確保產品安全，可靠且適銷對路，并且制造公司不會因失敗的退貨而感到不知所措。當您在PCB上工作時，可靠性設計（DfR）是一個概念，它可以通過在出現實際問題之前解決故障點來幫助提高可靠性。
什么是可靠性設計（DfR）？
DfR是在設計階段優化產品以確保在制造階段之前識別并解決可能的故障點的系統方法。盡管DfR是一個相對較新的概念，但隨著公司越來越優先考慮生產具有較短設計生命周期的產品，DfR的含義變得越來越重要。在產品中塞滿更多功能會增加出現故障的風險，而公眾對質量的期望卻比以往更高。通過實施DfR，產品可以可靠地貫穿其生命周期。
為什么可靠性設計很重要？
DfR減少了PCB故障的機會，特別是在惡劣環境下。
如果您曾經了解過如何在現場使用設計的一部分，您將認識到以下事實：通過實驗室測試并不能保證設計在部署時的功能。有許多外部變量可以暴露在實驗室測試中可能遺漏的設計錯誤。
這是設計錯誤在測試過程中滑過裂縫的兩種方式的示例：
在某些機器上安裝PCB時，PCB會始終受到高溫的影響，并可能推動電子設備在接近其溫度極限的情況下工作。如果某些組件在較高溫度下無法可靠運行，則整個系統將受到損害。
溫度的頻繁變化可能會使PCB受到熱機械作用。如果連續暴露于高溫和低溫循環中，某些焊點可能會破裂。PCB散熱的能力也會加劇這個問題。散熱管理或缺少散熱管理會影響使用壽命和PCB正常運行的能力。
為避免此類問題，您將希望使用DfR原理，因為它有助于防止PCB出現性能和可靠性問題，尤其是成為電磁干擾（EMI）的源頭。盡管組件可能會在實驗室環境中發揮應有的作用，但不能保證它們在噪聲較大的電氣環境中會表現出這種作用。信號損壞的情況是EMI敏感性的跡象，一旦進入現場，很難緩解。
讓我們討論如何應用可靠性設計（DfR）概念來防止此類問題。
如何在PCB設計中實現可靠性概念的設計
選擇正確的組件是DfR的重要做法
有許多因素會影響PCB的可靠性。有些，例如制造和PCBA工藝，超出了設計師的控制范圍。但是，您仍然可以盡自己所能來確保設計的可靠性，并且不需要進行持續的故障排除。
可靠的PCB設計注意事項
1.組件選擇
無論您是選擇微控制器還是普通電容器，確保數據表上的內容均符合設計要求非常重要。您需要考慮組件的最極端情況，因為這通常是發生故障的地方。
例如，與以最小容量運行的微控制器相比，以最大速度運行的微控制器消耗更多的功率并產生更多的熱量。這些是設計中需要解決的問題。如果要設計在極端環境下運行的PCB，則可能要放棄商用級組件，而選擇其工業級或軍用級版本。
2. EMI緩解
混合信號，RF，模擬和高速信號-如果您的設計與這些術語相關，則應注意EMI輻射和磁化率。事實證明，將高速走線與模擬信號隔離開可以防止噪聲從一條走線耦合到另一條走線。
確保高速信號具有低阻抗的返回路徑也不會進入其他組件的地線，這一點也至關重要。規劃組件的放置，并為模擬，數字和電源模塊分離接地層。這樣做時，請避免在PCB中形成接地回路，因為它們會散發出噪聲。
3.熱管理
當您使用微控制器和功率MOSFET進行設計時，PCB不可避免會產生大量熱量。重要的是要知道熱量的散布程度如何，以免組件迅速退化。
使用散熱孔是一種潛在的散熱方法。散熱孔應放置在發熱組件的周圍；結合散熱器和冷卻風扇，它們將使工程師避免在組件上積聚熱點。確保載有大電流的走線以足夠的寬度布線也很重要。
借助先進的PCB設計軟件，可以更輕松地針對可靠性（DfR）設計進行PCB優化。OrCAD不僅提供用戶友好的PCB布局工具，還提供分析和仿真軟件以確保設計的可靠性。