電子百科 | 極端環境電子產品PCB設計、制造和組裝

極端環境電子產品的生產涉及電路板布局設計、生產以及組裝的一系列關鍵步驟。一旦得到OEM的認可，口碑良好的電子服務制造商就應該提升自身極端環境電路板的板子規格。只要電子生產服務供應商提供的服務超過OEM的最低要求，并采取相應的安全措施，那么他們生產的板子和終端電子產品無論處在何種環境、地域或者溫度下，都能夠保持高性能和高可靠性。

提升電子產品可靠性和安全性，可以從這幾方面入手：PCB布局設計、PCB生產和PCB組裝。電子服務供應商應該讓OEM客戶充分解釋提升板子規格的重要性，而且，供應商應該得到OEM的許可，以便能夠使用更新的規格文件繼續生產，這在任何情況下都是十分重要的。

PCB設計

一塊板子的工作電流設計為5安培，但是，在PCB布局仿真之前，最好加一個緩沖器作為工作電流的預警。這樣一來，一旦板子暴露在極端炎熱或者惡劣的環境中，它的工作電流就會上升至6到7安培，達到了自身原本規格的極限。

當然，如果該板設計為6層板，那么應該考慮給板子再添加兩層。一旦不同層的信號路徑之間有發生串擾的可能，那么增加的兩層能夠提供更多的地層。為PCB增加層數的目的在于保證信號清爽無串擾或者無混合信號干擾，并且保證信號的信噪比處在可接受的范圍。地層越穩定，信號彼此分離得越好。相反，假如一個信號層上有多個電源層或者分離層，這些層是不會為線路提供穩定的地層用于限制噪聲和串擾的。通過增加電流和增加地層數量的設計，你可以將板子的可靠性提升大約15%到20%。

在重點線路上（尤其時鐘線路上）增加屏蔽，也能將板子的可靠性提升約15%到20%。對于射頻線路來說，增加鋁屏蔽能夠讓敏感信號相互分離，使信號傳遞變得干凈利落。

屏蔽罩通過阻止數碼信號從A點流到B點，從而達到保護敏感信號的目的，保證數碼信號不與板子上的模擬信號混合，影響信號完整性。這種協助制造干凈信號，降低串擾的方法可以為板子提供更多的保護。

其它主要設計方面還包括：增設多個冗余模式和高可用性，元器件選取，反饋回路，監測電路，和模擬/數字信號的額外保護及預警。

擁有內置冗余的好設計即使暴露在極端環境中，也能有效、可靠地工作。在這種條件下，多模式或者冗余模式的功能是相同的，相對于產品的高品質和高可靠性來說，成本已經不是最大的問題了。

一個模塊作為電路的主要信號發生器。一旦這個原始的模塊失效了，一個完全相同的信號發生器或者備份信號模塊會插入進來，獲得穩定、連續的操作。有很多不同種類極端環境的應用需要多個模塊，典型的例子就是油井深鉆設備，這些產品都需要冗余和準確的精度。

在設計極端環境電路時，應當把反饋回路考慮進去。信號在遠處連續不斷地檢測和監測，反饋回路會提供關鍵數據。對于高度復雜的系統來說，反饋回路能夠提供實時信息，必要時能夠采取及時的修正措施。

漏電一定不屬于設計范圍內的，會降低產品在惡劣環境中的性能、可靠性和重復性。信噪比，漏電量和串擾必須嚴格控制，設計時要格外小心。

電路板生產

電路板生產和布局都需要充分考慮材料選擇。在為極端環境中使用的電路板確定材料時，要選擇耐高溫材料，如FR4-008或者是聚酰亞胺基材，這些材料能夠耐得住更高的溫度，在極端環境中不會分層，也不會導致阻焊膜脫落。

電路板組裝

跟常規電路板相比，商業應用的電路板組裝需要更具有可重復性和可靠性。為了達到可重復性、可靠性和流程控制，使用拾放機放置元器件比手動放置更加高效。同樣的道理也適用于電路板組裝流程中的其它自動化步驟。使用自動光學檢測系統，錫膏厚度檢查儀，熱性能分析儀以及其它組裝設備可以讓操作人員避免一些因為疏忽而導致的問題，這些問題會造成產品質量低，可靠性低。借助矯正完好的機器和設備，組裝流程可重復性更高，可靠性更高，產品質量更加可控。

進行仿真后，確認不同組裝步驟的完成情況需要嚴格的指導規則，該過程是在專業的環境測試實驗室內進行。首件通常要進行各種測試，包括溫度循環測試，掉落以及抖動測試，機械強度測試等。所有這些測試都要在產品開發的最初階段進行，讓問題在早期就得到解決。