使用(yòng)可(kě)靠性设计（DfR）原理(lǐ)优化PCB

2021-03-26

在電(diàn)子产品中，可(kě)靠性同等重要，因為(wèi)它可(kě)以确保产品安全，可(kě)靠且适销对路，并且制造公司不会因失败的退货而感到不知所措。当您在PCB上工作时，可(kě)靠性设计（DfR）是一个概念，它可(kě)以通过在出现实际问题之前解决故障点来帮助提高可(kě)靠性。

什么是可(kě)靠性设计（DfR）？

DfR是在设计阶段优化产品以确保在制造阶段之前识别并解决可(kě)能(néng)的故障点的系统方法。尽管DfR是一个相对较新(xīn)的概念，但随着公司越来越优先考虑生产具有(yǒu)较短设计生命周期的产品，DfR的含义变得越来越重要。在产品中塞满更多(duō)功能(néng)会增加出现故障的风险，而公众对质量的期望却比以往更高。通过实施DfR，产品可(kě)以可(kě)靠地贯穿其生命周期。 

為(wèi)什么可(kě)靠性设计很(hěn)重要？

DfR减少了PCB故障的机会，特别是在恶劣环境下。

如果您曾经了解过如何在现场使用(yòng)设计的一部分(fēn)，您将认识到以下事实：通过实验室测试并不能(néng)保证设计在部署时的功能(néng)。有(yǒu)许多(duō)外部变量可(kě)以暴露在实验室测试中可(kě)能(néng)遗漏的设计错误。

这是设计错误在测试过程中滑过裂缝的两种方式的示例： 

在某些机器上安装PCB时，PCB会始终受到高温的影响，并可(kě)能(néng)推动電(diàn)子设备在接近其温度极限的情况下工作。如果某些组件在较高温度下无法可(kě)靠运行，则整个系统将受到损害。 

温度的频繁变化可(kě)能(néng)会使PCB受到热机械作用(yòng)。如果连续暴露于高温和低温循环中，某些焊点可(kě)能(néng)会破裂。PCB散热的能(néng)力也会加剧这个问题。散热管理(lǐ)或缺少散热管理(lǐ)会影响使用(yòng)寿命和PCB正常运行的能(néng)力。 

為(wèi)避免此类问题，您将希望使用(yòng)DfR原理(lǐ)，因為(wèi)它有(yǒu)助于防止PCB出现性能(néng)和可(kě)靠性问题，尤其是成為(wèi)電(diàn)磁干扰（EMI）的源头。尽管组件可(kě)能(néng)会在实验室环境中发挥应有(yǒu)的作用(yòng)，但不能(néng)保证它们在噪声较大的電(diàn)气环境中会表现出这种作用(yòng)。信号损坏的情况是EMI敏感性的迹象，一旦进入现场，很(hěn)难缓解。 

让我们讨论如何应用(yòng)可(kě)靠性设计（DfR）概念来防止此类问题。 

如何在PCB设计中实现可(kě)靠性概念的设计

选择正确的组件是DfR的重要做法

有(yǒu)许多(duō)因素会影响PCB的可(kě)靠性。有(yǒu)些，例如制造和PCBA工艺，超出了设计师的控制范围。但是，您仍然可(kě)以尽自己所能(néng)来确保设计的可(kě)靠性，并且不需要进行持续的故障排除。 

可(kě)靠的PCB设计注意事项

1.组件选择

无论您是选择微控制器还是普通電(diàn)容器，确保数据表上的内容均符合设计要求非常重要。您需要考虑组件的最极端情况，因為(wèi)这通常是发生故障的地方。

例如，与以最小(xiǎo)容量运行的微控制器相比，以最大速度运行的微控制器消耗更多(duō)的功率并产生更多(duō)的热量。这些是设计中需要解决的问题。如果要设计在极端环境下运行的PCB，则可(kě)能(néng)要放弃商(shāng)用(yòng)级组件，而选择其工业级或军用(yòng)级版本。 

2. EMI缓解

混合信号，RF，模拟和高速信号-如果您的设计与这些术语相关，则应注意EMI辐射和磁化率。事实证明，将高速走線(xiàn)与模拟信号隔离开可(kě)以防止噪声从一条走線(xiàn)耦合到另一条走線(xiàn)。 

确保高速信号具有(yǒu)低阻抗的返回路径也不会进入其他(tā)组件的地線(xiàn)，这一点也至关重要。规划组件的放置，并為(wèi)模拟，数字和電(diàn)源模块分(fēn)离接地层。这样做时，请避免在PCB中形成接地回路，因為(wèi)它们会散发出噪声。

3.热管理(lǐ)

当您使用(yòng)微控制器和功率MOSFET进行设计时，PCB不可(kě)避免会产生大量热量。重要的是要知道热量的散布程度如何，以免组件迅速退化。

使用(yòng)散热孔是一种潜在的散热方法。散热孔应放置在发热组件的周围；结合散热器和冷却风扇，它们将使工程师避免在组件上积聚热点。确保载有(yǒu)大電(diàn)流的走線(xiàn)以足够的宽度布線(xiàn)也很(hěn)重要。 

借助先进的PCB设计软件，可(kě)以更轻松地针对可(kě)靠性（DfR）设计进行PCB优化。OrCAD不仅提供用(yòng)户友好的PCB布局工具，还提供分(fēn)析和仿真软件以确保设计的可(kě)靠性。