堅固的電子設(shè)計都考慮了什么？

說起堅固的電子產(chǎn)品，是不是想到諾基亞的手機呢？不著急，你可以試著在網(wǎng)上搜索“堅固的電子產(chǎn)品”，你可能會找到很多顯示人們踩著智能手機的視頻。堅固的電子設(shè)備需要機械地承受重擊，但在堅固的系統(tǒng)中，要比在人行道上幸存下來還要多。這與外殼設(shè)計有關(guān)，也與組件選擇和制造選擇有關(guān)。

軍用航空設(shè)計師經(jīng)常使用“惡劣環(huán)境”這個詞來描述電子設(shè)備的可靠性和壽命將受到考驗的許多情況。如果你想讓你的下一個產(chǎn)品真正堅固耐用，在你的PCB布局中采用他們的一些策略是有幫助的。在這篇文章中，我們將看到一些在軍用航空設(shè)計中使用的設(shè)計策略，以及用于工業(yè)設(shè)計的策略。

某些行業(yè)標準中定義的“環(huán)境”一詞可以指從實際環(huán)境條件（溫度、濕度等）到機械環(huán)境（如振動）或電氣環(huán)境（噪聲、靜電放電可能性）的任何東西。堅固的電子設(shè)備通常設(shè)計為能夠承受惡劣環(huán)境中的一種或多種條件：

• 溫度過高或過低

• 極端和頻繁溫度循環(huán)

• 濕度和高/低壓

• 機械振動或沖擊

• 高壓/電流放電

• 微粒，如灰塵

• 氧化性或爆炸性氣體

這是一個相當(dāng)廣泛和令人難以置信的清單。一般來說，你不能設(shè)計一個設(shè)備來承受上面列出的所有因素。惡劣的環(huán)境很難處理，因為有如此廣泛的因素可以摧毀一個電子設(shè)備。這些問題可能會影響電路板、元件、整個PCBA，或以上所有的。

下表總結(jié)了您可以在設(shè)計中實現(xiàn)的一些解決方案，以使其更堅固，更好地承受上面列出的環(huán)境因素。

從上表可以看出，加固跨越了董事會層面。有些解決方案只能在板級實現(xiàn)，而其他解決方案則需要考慮從板到組件和外殼的所有問題。管理這些解決方案的一些行業(yè)標準包括：

• 入口保護（IP）標準，限制堅固電子設(shè)備中的水分進入

• MIL-S-901D，規(guī)定了船上設(shè)備的高沖擊機械沖擊要求

• MIL-STD-810G，規(guī)定了商用軍用設(shè)備的測試要求

• 美國電氣制造商協(xié)會（NEMA），指定外殼、機柜和外殼

• 美國國家消防協(xié)會（NFPA），規(guī)定了特定環(huán)境中電子設(shè)備的一系列要求，以確保滅火或控制

• 潛在爆炸性環(huán)境（ATEX）、NFPA 497和HazLoc，規(guī)定了當(dāng)設(shè)備部署在含有爆炸性氣體的環(huán)境中時防止爆炸的設(shè)計要求

到目前為止，我們只討論了電氣設(shè)計、物理布局和PCBA。顯然，設(shè)計堅固耐用的電子產(chǎn)品需要的不僅僅是在PCB上放一個更厚的塑料外殼，然后結(jié)束它。外殼、電路板安裝方式和固定裝置將在確定可靠性和對抗前面列出的一些環(huán)境因素方面發(fā)揮重要作用。

解決機械沖擊和振動以及潛在的電/熱因素的一個簡單方法是使用帶有減震器的減震器。下面顯示的減震器是業(yè)余愛好級別的，但它的結(jié)構(gòu)與四旋翼無人機上使用的支架非常相似。

減振支座示例。這種多平臺支架通常用于無人機直升機

外殼設(shè)計和安裝的其他方面需要考慮您需要解決的特定環(huán)境因素。容納高壓氣體的環(huán)境將不會使用高壓液體環(huán)境中使用的相同策略，即使這兩種策略都是依賴于壓力均衡的外殼級解決方案。堅固的電子設(shè)計是電氣設(shè)計團隊需要與機械組密切溝通確保加固策略不會干擾電氣要求。

關(guān)于堅固的電子設(shè)備，我能給你的最后一條建議是，你不會總是在一個包含整個惡劣環(huán)境列表的場景中部署設(shè)備。因此，設(shè)計堅固耐用電子產(chǎn)品的第一步是考慮可能損壞產(chǎn)品的特定環(huán)境因素，并在設(shè)計中重點考慮這些因素。例如，如果你最擔(dān)心的是溫度循環(huán)，就不要擔(dān)心設(shè)計氧化性氣體的保護措施（盡管你可能會得到這種保護作為一種副作用）。專注于什么對你的設(shè)計重要，你仍然可以生產(chǎn)出緊湊而經(jīng)濟的東西。