振动和电击如何影响您的 PCB

2021-07-06

振动和电击如何影响您的 PCB

有许多机制会导致 PCB 发生故障，但一些常见的故障可以追溯到振动和电击。振动和电击估计约占 PCB 故障的 20%，因为它们影响 PCBA 最敏感的部分：组件。

使用最好的 PCB 设计工具集，设计人员可以实施一些基本的设计决策，这将有助于确保可靠性并防止由于振动和电击导致的故障。正确的叠层设计、组件选择和过压保护设计等事情将有助于防止故障，并且可以通过 Altium Designer 轻松实现。以下是 Altium Designer 如何帮助您保护电路板组件免受故障的影响。

统一的 PCB 设计应用程序，具有供专业使用的高级布局功能。

电击、振动、机械冲击和热失控是 PCB 失效的四大原因。在这四个原因中，其中两个估计会导致 PCB 中所有故障的 20%，但如果您拥有一套正确的设计工具，它们很容易预防。这两种故障模式如此普遍，这一事实导致制定了许多管理电子设计的行业标准，包括组件级和 PCB 级。

将电路板设计为由于机械振动和静电放电而发生故障的可能性较低，需要一些简单的组件选择优先级和设计选择。Altium Designer 为您提供了为您的电路板寻找能够承受电击的组件所需的供应链功能。您还可以实施一些基本的布局决策，以帮助防止发生静电放电损坏您的组件。

防止触电故障

只要两个带电导体之间存在较大的电位差，就会由于静电放电而在 PCB 中发生电击。当两个带电导体之间的电场足够大时，分隔导体的电介质会分解成等离子体，从而允许电流在两个导体之间流动。至少，这会产生小的电晕放电，而在最坏的情况下，它会导致电路板着火和损坏。

在 PCB 中实施放电保护的简单方法侧重于电路板高低压侧之间的布局以及元件选择。这些包括：

使用浪涌抑制元件，如 TVS 二极管或气体放电管

带有变压器和光耦合器的低压和高压电路之间的隔离

具有供应链可见性的最佳 PCB 布局工具可以帮助您在这两个领域取得成功，为您提供所需的一切

使用 Altium 的设计规则和组件进行电击保护

Altium Designer 中的规则驱动设计引擎让您可以在 PCB 中实施有关爬电距离和间隙的行业标准，以帮助保护敏感电路免受 ESD 和故障的影响。您可以将行业标准（如 IPC 2221、IEC 62368-1）和特定于应用的行业标准定义为设计规则，以帮助您始终符合安全要求。您还可以在完成设计时找到浪涌抑制和电路保护所需的组件，而无需使用单独的程序来查找组件。

爬电距离和电气间隙是 IPC 2221 和 IEC 62368-1 标准中的两个重要要求。

TVS 二极管是抑制电子电路中电击和电压浪涌的常用方法。

您可以使用 Altium Designer 中的制造商部件搜索面板找到您需要的 ESD 保护组件。您将全面了解电子产品供应链。

Altium Designer 中的制造商部件搜索面板

确保抗机械振动的可靠性

机械振动可以通过两种方式导致电路板失效：

振动疲劳可能发生在焊点中，特别是在 SMD 元件上的焊球和圆角的顶部

电路板本身可以弯曲和弯曲，导致弯曲区域内的焊料和元件引线损坏

即使长时间内出现少量振动，也会导致元件引线和焊接连接出现振动疲劳和故障。保护焊接连接需要通过牢固的机械固定到外壳并在固定点增加阻尼来抑制振动。Nyloc 螺母会将电路板摩擦锁定在其支座上，并有助于保持电路板具有摩擦阻尼。

设计您的外壳和安装策略以防止振动故障

Altium Designer 中的 CAD 工具允许将螺母和螺钉等安装组件添加到 PCB 布局中，就像任何其他组件一样。安装孔也很容易设计，并且可以创建模板来在大型组件上放置多个安装孔。Altium Designer 的 MCAD 实用程序还允许以 3D 方式查看整个电路板，包括安装组件，以确保与外壳紧密配合。

电路板中的任何安装方式都需要实现，同时防止组件和机械安装之间的干扰。

使用 3D MCAD 工具需要所有组件的 STEP 模型，以确保准确的放置和外壳设计。

Altium Designer 中的 MCAD 引擎允许在单个应用程序中进行电气和机械协同设计，包括流行的 MCAD 应用程序（如 SolidWorks）中的外壳设计。

在 Altium Designer 中设计您的机械安装方式以防止振动。

规则驱动的设计工具可帮助您创建可靠的 PCB 布局

Altium Designer 是用于电子设计和布局的理想工具软件包，因为它在单个应用程序中包含所有必需的设计实用程序。可靠的 PCB 设计和布局所需的一切都包含在 Altium Designer 中。Altium Designer 的强大之处在于其规则驱动的设计环境，它允许您在一个应用程序中访问您需要的所有设计工具。当其他设计平台将您的重要设计工具分成不同的程序时，Altium Designer 可让您保持高效并帮助您设计最可靠的电路板。

在 Altium Designer 中设计最可靠的电路板

Altium Designer 中规则驱动的 PCB 设计引擎专为提高生产力和可靠性而构建。在创建 PCB 布局时可以检查防止电击和振动的重要设计规则，帮助您在制造之前发现错误。一旦您准备好进行生产，您的制造工具将生成项目文档，而无需外部程序。

当您使用 Altium Designer 时，保持生产力并确保质量，这是唯一具有适用于任何应用程序的全套设计工具的 PCB 设计平台。

Altium Designer 的 ECAD/MCAD 引擎可与行业标准的 PCB 布局和布线工具一起使用，以帮助您保持生产力并设计高质量的产品。

当您完成设计并准备与制造商分享时，您可以使用 Altium 365 平台发布和审查您的项目数据，以确保安全性和可靠性。

Altium Designer 中 LED PCB 的 3D 视图。

当您使用 Altium Designer 的规则驱动设计引擎时，保护您的电路板设计免受振动和电击的影响要容易得多。没有其他设计应用程序在单个应用程序中提供完整的设计、共享和设计验证功能。