堅(jiān)固的電子設(shè)計(jì)都考慮了什么？

說起堅(jiān)固的電子產(chǎn)品，是不是想到諾基亞的手機(jī)呢？不著急，你可以試著在網(wǎng)上搜索“堅(jiān)固的電子產(chǎn)品”，你可能會(huì)找到很多顯示人們踩著智能手機(jī)的視頻。堅(jiān)固的電子設(shè)備需要機(jī)械地承受重?fù)?，但在?jiān)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(jì)有關(guān)，也與組件選擇和制造選擇有關(guān)。

軍用航空設(shè)計(jì)師經(jīng)常使用“惡劣環(huán)境”這個(gè)詞來描述電子設(shè)備的可靠性和壽命將受到考驗(yàn)的許多情況。如果你想讓你的下一個(gè)產(chǎn)品真正堅(jiān)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(jì)中使用的設(shè)計(jì)策略，以及用于工業(yè)設(shè)計(jì)的策略。

某些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中定義的“環(huán)境”一詞可以指從實(shí)際環(huán)境條件（溫度、濕度等）到機(jī)械環(huán)境（如振動(dòng)）或電氣環(huán)境（噪聲、靜電放電可能性）的任何東西。堅(jiān)固的電子設(shè)備通常設(shè)計(jì)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(jī)械振動(dòng)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(gè)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(jì)一個(gè)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?yàn)橛腥绱藦V泛的因素可以摧毀一個(gè)電子設(shè)備。這些問題可能會(huì)影響電路板、元件、整個(gè)PCBA，或以上所有的。

下表總結(jié)了您可以在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的一些解決方案，以使其更堅(jiān)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(huì)層面。有些解決方案只能在板級(jí)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)包括：

• 入口保護(hù)（IP）標(biāo)準(zhǔn)，限制堅(jiān)固電子設(shè)備中的水分進(jìn)入

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

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

• 美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA），指定外殼、機(jī)柜和外殼

• 美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)（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(shí)防止爆炸的設(shè)計(jì)要求

到目前為止，我們只討論了電氣設(shè)計(jì)、物理布局和PCBA。顯然，設(shè)計(jì)堅(jiān)固耐用的電子產(chǎn)品需要的不僅僅是在PCB上放一個(gè)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(duì)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(jī)械沖擊和振動(dòng)以及潛在的電/熱因素的一個(gè)簡(jiǎn)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(jí)別的，但它的結(jié)構(gòu)與四旋翼無(wú)人機(jī)上使用的支架非常相似。

減振支座示例。這種多平臺(tái)支架通常用于無(wú)人機(jī)直升機(jī)

外殼設(shè)計(jì)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(huì)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(jí)解決方案。堅(jiān)固的電子設(shè)計(jì)是電氣設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要與機(jī)械組密切溝通確保加固策略不會(huì)干擾電氣要求。

關(guān)于堅(jiān)固的電子設(shè)備，我能給你的最后一條建議是，你不會(huì)總是在一個(gè)包含整個(gè)惡劣環(huán)境列表的場(chǎng)景中部署設(shè)備。因此，設(shè)計(jì)堅(jiān)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(jì)中重點(diǎn)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(jì)氧化性氣體的保護(hù)措施（盡管你可能會(huì)得到這種保護(hù)作為一種副作用）。專注于什么對(duì)你的設(shè)計(jì)重要，你仍然可以生產(chǎn)出緊湊而經(jīng)濟(jì)的東西。