振动疲劳PCB设计考虑因素

在当今任何以地震为情节点的电影中，你都知道会有很多混乱和破坏。为了突出这一点，电影制作者经常会展示金属大梁扭曲、螺栓爆裂、坚固结构摇晃直到倒塌的特写镜头。即使这都是由于好莱坞的魔力，它仍然是振动疲劳的一个例子。事实上，我们周围的大多数事物都受到某种振动的影响，即使这种振动并不明显。我们的汽车运动产生压力，热膨胀在我们生活和工作的建筑物中产生呻吟声。这些振动的影响必须考虑到，并设计到我们每天使用的结构和设备中，甚至在我们的电路板中。

虽然许多电路板将坐在一个地方，没有太多的运动方式，但其他电路板用于受到大范围运动的应用程序。这些设备可以是任何东西，从小玩具到复杂的宇宙飞船。虽然有些电路板可能无法移动到任何地方，但它们仍然会受到制造压力、热变化带来的振动的影响，甚至会被沮丧的用户随意拍打。为了应对这种情况，PCB设计人员需要了解他们所创建的设计中振动疲劳的基本知识，以及如何最好地应对这些影响。这里有一些建议应该会有帮助。

环境应力与振动疲劳

据估计，高达20%的印刷电路板故障是由于振动和冲击。虽然这些数据最初是由空军引用的，但许多其他行业也报告了类似的发现。这强调了设计电路板以更好地承受随机振动疲劳应力的重要性。对于更容易发生振动和冲击的环境中使用的电路板，如航空航天应用，这变得更加重要。

尽管核心电路板材料，例如FR-4它们在振动和冲击的应力下表现得相当好，但焊接到它们上的电子元件却不能这样做。当振动导致电路板弯曲时，其组件上的引线可能会因其刚度和拉伸而断裂。焊料也容易受到振动应力的影响，并可能导致引线从电路板上断开。在很长一段时间内，即使是少量的振动也会导致组件引线和焊接连接的疲劳。

如果没有适当的设计实践，这些焊点可能会因振动疲劳而断裂

PCB制造应力可导致振动疲劳

振动疲劳失效的另一个因素是板在制造过程中所承受的应力。元件引线和焊点均易受热冲击，且性能良好印刷电路板设计制造(DFM)过程对对抗这些影响至关重要。这样的一个例子是设计PCB上的焊盘，以使组件能够正确地焊接到它。

焊盘设计不当会导致焊料不能正确地倒角到表面安装引脚上，或将焊料从通孔焊盘中需要焊料的地方吸走。这些条件会导致零件焊接连接不良。在大的热垫，例如，焊料芯通过无盖通孔会阻止设备的接地脚得到良好的焊接连接。该部件可能通过制造和测试，但由于振动磨损了本已很薄的焊接连接，在现场的某些点上容易出现间歇性或完全故障。

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你能做什么来帮助防止振动疲劳?

抗振动疲劳的第一步是可靠性设计(DFR)。这是在电路板制造之前的设计阶段确保PCB可靠性的过程。这个过程的一部分将是在设计中结合良好的DFM实践。您的PCB制造商可以帮助您为部件创建正确的衬垫和占地面积大小，并为您提供设计规则，允许您设计相关的IPC类。DFR的另一部分是使用模拟工具来预测设计中可能发生故障的位置，以便进行相应的更改。

每天都有新技术被引入，以帮助应对振动疲劳设计的挑战，并进行随机振动疲劳分析。与此同时，将新设计提交给物理振动和冲击测试仍然是一种常见的做法。通过在产品上施加比正常操作中实际遇到的更高的振动和冲击应力，可以迅速迫使故障发生。这种高度加速的生命周期测试(HALT)是新产品开发的重要组成部分，用于识别由于振动引起的潜在故障，以确保电路板的生产结构可靠地运行。

在对抗振动疲劳的战斗中，你可以采取的另一个步骤是使用最先进的PCB设计工具随时为您服务。使用正确的工具，您可以轻松地创建、修改和管理设计中使用的衬垫和足迹形状，以及为无差错制造创建高级设计规则和约束。Allegro PCB Designer是一种你需要的系统。先进的零件构建工具可以帮助您创建物理布局库，以及业界最全面的设计规则，您将很好地控制振动疲劳。

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