PCB设计规范(可靠性)第二部分.ppt

可靠性设计 三 PCB设计规范 2010 9 18 开发课题 第一部分PCB规范设计的意义第二部分PCB规范设计的内容PCB的工艺要求PCB的拼板要求PCB的设计要求第三部分PCB可靠性设计第四部分PCB设计案例分析PCB布板问题导致静电不通过PCB板布局及工艺边宽度不合理导致电阻电容破裂PCB布板如何解决湿度的影响 课题提纲 第三部分PCB可靠性设计 PCB的可靠性设计 印制电路板的可靠性设计不同于产品自身的性能设计 其目的就是确保设备在规定的时间和条件下完成其规定的功能 印制电路板的可靠性设计应从设备的设计之始就开始同步进行 而且要贯穿于设备的整个寿命周期 为此 产品设计人员首先要实现设计思想的转变 从单一追求性能指标到抓综合效能指标的转变 使性能设计和可靠性设计达到有机的结合 印制电路板的可靠性分析印制电路板的可靠性预计印制电路板的可靠性试验 PCB可靠性设计 三个阶段 一 印制电路板的可靠性分析 可靠性数学模型是对可靠性的抽象分析 是对可靠性的客观描述 在产品的可靠性分析时 必须使用系统的分析模型 可靠性数学模型分为串联系统和混联系统两种 1 串联系统 2 并联系统 由此可以知道 1 系统的可靠性值高于可靠性值最高的部件的可靠性值 2 可靠性值最高的元件对系统的可靠性影响最大 3 可靠性最高的元件最后失效 提升可靠性值最高的部件 对提升整个系统的影响最快最明显 4 增加纯并联系统的部件数量 系统可靠性值提升 但要考虑到重量 成本 体积等 二 印制电路板的可靠性预计 可靠度分析和可靠性预计是可靠性定量设计的重要任务 两者是相辅相成的 在设备设计的各个阶段 如方案论证 初步设计 详细设计阶段 均要反复进行多次 力争最优化 提高产品的可靠度 三 印制电路板的可靠性试验 可靠性试验就是以自然环境或用人工模拟的方法实现各种参数对产品工作状况的试验考核 根据试验目的不同 可靠性试验分为 1 环境测试 自然环境测试和人工模拟试验 2 EMC测试 3 外观测试 4 寿命测试 5 软件测试 6 其他测试 1 自然环境的现场试验此试验一般是将设备交付用户使用时 由用户在设备的实际使用工作条件和环境下 根据累计工作时间和累积失效数据 用数理统计方法获取设备的实际可靠性数据 军用通信设备有一些就是采用这种试验方法以考核设备性能和可靠性的 2 实验室中的人工模拟试验这就是通常所说的环境试验 这种试验是在实验室内 模拟现场的使用条件和环境应力进行 并将累计的试验时间和累积的失效数据用数理统计处理 以获取设备的可靠性数据 产品在使用过程中 有不同的使用环境 有些安装在室外 有些随身携带 有些装在船上等等 会受到不同环境的应力 有些受到风吹雨淋 有些受到振动与跌落 有些受到盐雾蚀侵等等 为了确认产品能在这些环境下正常工作 国家标准 行业标准都要求产品在模拟环境下进行一些测试项目 这些测试项目包括 1 高温测试 高温运行 高温贮存 2 低温测试 低温运行 低温贮存 3 高低温交变测试 温度循环测试 热冲击测试 4 高温高湿测试 湿热贮存 湿热循环 5 机械振动测试 随机振动测试 扫频振动测试 6 汽车运输测试 模拟运输测试 碰撞测试 7 机械冲击测试 8 开关电测试 9 电源拉偏测试 10 冷启动测试 11 盐雾测试 12 雨淋测试 13 尘砂测试 14 雷击测试 3测试随着电子产品越来越多地采用低功耗 高速度 高集成度的LSI电路 使得这些系统比以往任何时候更容易受到电磁干扰的威胁 而与此同时 大功率设备及移动通信和无线寻呼的广泛应用等 又大大增加了电磁骚扰的发生源 因此应提高产品本身抗 于扰能力 即要求产品必须具备在一定的电磁环境下正常工作的能力 某些产品在EMC方面的测试是国家强制要求进行的 通常状况下 EMC测试需要进行如下项目 1 传导发射 2 辐射发射 3 静电抗扰性测试 4 电快速脉冲串抗扰性测试 5 浪涌抗扰性测试 6 射频辐射抗扰性 7 传导抗扰性 8 电源跌落抗扰性 9 工频磁场抗扰性 10 电力线接触 11 电力线感应 3 1 外观测试产品外观的好坏以及耐用度是也是一个关键的指标 通常情况下 外观测试需要进行如下项目 1 附着力测试 2 耐磨性测试 3 耐酸性测试 4 耐碱性测试 5 耐手汗测试 6 耐化妆品测试 7 硬度测试 8 压力形变测试 4 寿命测试寿命测试就是对产品容易损耗和损坏的部件及系统 进行一个使用最大次数或者使用最长时间的测试 以充分衡量产品在日常使用中的寿命 通常情况下 寿命测试需要进行如下项目 1 活动部件的活动次数 2 配件的使用寿命 3 模块的正常工作时间 4 拨插联结器件的拨插次数 5 模块的老化时间 在电子设备中 接地是控制干扰的重要方法 如能将接地和屏蔽正确结合起来使用 可解决大部分干扰问题 电子设备中地线结构大致有系统地 机壳地 屏蔽地 数字地 逻辑地 和模拟地等 在地线设计中应注意以下几点 PCB可靠性设计 地线设计 1 正确选择单点接地与多点接地低频电路中 信号的工作频率小于1MHz 它的布线和器件间的电感影响较小 而接地电路形成的环流对干扰影响较大 因而应采用一点接地 当信号工作频率大于10MHz时 地线阻抗变得很大 此时应尽量降低地线阻抗 应采用就近多点接地 当工作频率在1 10MHz时 如果采用一点接地 其地线长度不应超过波长的1 20 否则应采用多点接地法 2 将数字电路与模拟电路分开电路板上既有高速逻辑电路 又有线性电路 应使它们尽量分开 而两者的地线不要相混 分别与电源端地线相连 要尽量加大线性电路的接地面积 3 尽量加粗接地线若接地线很细 接地电位则随电流的变化而变化 致使电子设备的定时信号电平不稳 抗噪声性能变坏 因此应将接地线尽量加粗 使它能通过三位于印制电路板的允许电流 如有可能 接地线的宽度应大于3mm 4 将接地线构成闭环路设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时 将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力 其原因在于 印制电路板上有很多集成电路元件 尤其遇有耗电多的元件时 因受接地线粗细的限制 会在地结上产生较大的电位差 引起抗噪声能力下降 若将接地结构成环路 则会缩小电位差值 提高电子设备的抗噪声能力 走线的要求 传输线拐角要采用45 角 以降低回损 第四部分PCB设计的案例分析 PCB布板问题导致静电不通过PCB板布局及工艺边宽度不合理导致电阻电容破裂PCB布板如何解决湿度的影响 案例一 静电问题 原来的DDS188A1 PCB底壳间距太小 静电测试不能通过 1 一般为L 3mm 2 周边最好不要走线及露铜 更改措施 1 采样电阻竖着放置 减少应力的影响 2 电源板PCB由1 6mm加厚到2 0mm 案例二 元器件断裂 电压采样电阻坏返工分析 贴片电阻的放置方式居然决定了表的成败 问题描述 DTS188H5高温高湿试验时误差变化大 临界合格 案例三 湿度影响 问题分析 计量部分布板如下图 计量部分整体覆铜 在温度70 相对湿度95 环境条件下 线路板的绝缘性能降低 产生对地漏电流 影响芯片的计量采样 从而导致表计误差发生变化 更改措施 去除计量部分的覆铜 如下图 总结 总结 提高电子产品的可靠性需要企业长时间的积累 通过可靠性管理 可靠性设计 可靠性试验等手段来逐步提高 总的来说就是要做可靠性工程 目前国内大部分军工企业都已经做了大量可靠性工作 民用电子厂商这方面可能刚起步 但也是大势所趋 管理是最基本的 如制定一些规章制度 尽量采用元器件优选目录中的元器件 百年老店的核心价值除了品牌还有什么 还有他们在专项技术上的积累 也就是说100年的技术经验和教训今天仍然被引用参考 它拿出一百年的积累和我们竞争 这是我们不可能具备的东西 很多事情必须经历过才会发生 发生了解决了才会成为积累 百年老店如何积