在惡劣和極端環境中使用的PCB,意味著需要在極端的溫度、濕度、持續振動、強烈沖擊和其他可能影響可靠性及其正常性能的條件下工作。要設計和制造此類PCB,你需要有扎實的行業知識、工具和豐富的實踐經驗。在本文的上下部分,我們將討論如何定義極端環境,以及如何設計在此類環境中工作的PCB。
如何定義“極端環境”,這是個非常廣泛的議題。由于不同行業和應用領域對環境要求的差異,“極端環境”的定義變得非常模糊。在醫療行業,這可能意味著高溫、高壓、高濕和高輻射等條件,而在航空航天領域,可能指的是極寒、低氣壓、強震動等極端條件。
只有在充分了解產品需求和應用場景的基礎上,PCB制造商才能制定相應的設計和材料選擇策略,從而為客戶提供安全可靠的PCB解決方案。
2022年底,我完成了為期六周的關于軍事、航空航天和其他極端環境中的PCB的IPC認證課程。這門課程深入淺出地讓我了解如何運用知識和工具,為相關行業的客戶提供技術支持。無論是航空航天、軍事還是工業應用,惡劣的環境都意味著,PCB需要在極端的溫度、濕度、持續振動、沖擊和其他可能影響可靠性及其正常性能的條件下工作。
我覺得有必要將這些知識分享給我們的客戶和合作伙伴。在本文的上半部分,我將首先舉例一些應用和產品,以及為什么說它們是在極端環境中工作,下半部分,我將更多地介紹相關的技術要點,以及如何設計這些環境中的PCB。
產品和應用示例
航空航天
慣性測量單元(IMU)是一種用于測量飛機、航天器或導彈的方位、速度和加速度的電子設備。它們為飛行控制和導航提供關鍵數據支持,對于在惡劣的航空航天環境中保持安全和精確的飛行操作至關重要。
深海
自主水下航行器(AUV)是一種在沒有系繩或遙控器的情況下操作的機器人航行器,使用船上的傳感器和導航系統在深海環境中導航或執行任務。AUV可承擔多種任務,如水下測繪、海洋探索、石油和天然氣勘測等。
井下鉆進
隨鉆測量工具(MWD)是在鉆井作業過程中安裝的電子設備,用于測量各種參數,如溫度、壓力和井眼軌跡。隨鉆測量工具將這些數據實時傳輸到地面控制系統,使鉆探人員能夠根據實時情況調整鉆井參數。
國防
用于國防的通信系統是一種專用電子設備,需要可靠耐用堅固,能夠在極端溫度、濕度、沖擊和振動等環境中正常工作,為國防人員提供關鍵數據和通信能力。
在極端環境中,PCB可能會受到哪些影響?
除上述的產品和應用外,還有很多其他產品也正經受著極端環境的考驗。現在,讓我們來看看在極端環境中的PCB可能會受到哪些影響?
濕氣和腐蝕
水或濕氣可能滲入PCB,造成腐蝕或氧化,導致PCB及其部件隨著時間的推移而失效。特別是在海下應用中,由于海水的腐蝕性,可能會加劇這一問題。
壓強
在例如深海、太空等環境中,高壓廣泛存在。根據應用深度(高度)和類型的不同,PCB可能會受到不同程度的壓強,這會影響PCB的機械完整性。在太空的真空環境中,由于缺乏大氣壓,PCB會遇到許多不同的問題。
溫度
在這里,我們不僅僅指高溫或冰點以下的溫度,還關注諸如海洋中的溫度變化,或者更細節的,太空中衛星的工作溫度可能會根據與太陽的相對位置和方向而變化。如果衛星處于太陽直射位置,由于太陽的強熱,它們可能遭受極端溫度的影響。陽面的溫度可能達到200℃(392℉)或更高,而陰面的溫度可能低至-200℃(-328℉)或更低。
振動和沖擊
這些應用環境會使PCB受到猛烈沖擊或持續處于振動狀態中,對PCB及其組件造成損壞。比如狂風,當我在美國空軍時,我看到F-16在跑道上滑行,它們的加速度和受力是令人難以置信的強度,PCB需要經受住這種劇烈而快速的加速。
EMI/RFI干擾
在某些環境中,PCB可能會受到電磁干擾(EMI)或射頻干擾(RFI),這會影響PCB及其組件的性能。
其他極端環境危害
除上述的極端環境下,還有諸如風暴、泥沙、灰塵和碎片等工作環境,這些環境也會對處于其中的PCB造成損壞或影響其性能。
極端環境下,可靠PCB的必要性
最后,讓我們再強調一下極端環境中的產品最關鍵的特點,它們需要是可靠的。在這里,沒有退而求其次。這不是我的烤面包機,我可以去買另一個,或者如果它壞了、故障了,我可以不用它。這些產品,往往不允許失效,畢竟,把一磅質量放到太空中,就需要花費大約1萬美元。
我們必須在確保關鍵電子系統安全和可靠的前提下,設計PCB。必須要意識到,即便是單個PCB的故障,也可能造成嚴重后果,小到設備無法使用,大到生命、財產或關鍵任務信息的損失。因此,PCB設計者和供應商都必須格外謹慎,確保他們的產品滿足這些應用環境所需的高可靠性標準。
我將在本課題的下半部分詳細討論這一點。
審核編輯 黃宇
-
PCB
+關注
關注
1文章
1795瀏覽量
13204
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論