PCB を最適化するための信頼性設計 (DfR) 原則の使用について説明する

電子製品では、製品の安全性、信頼性、市場性を確保し、製造会社が返品の失敗に圧倒されないようにするため、信頼性も同様に重要です。 PCB で作業する場合、信頼性設計 (DfR) は、実際の問題が発生する前に障害点を解決することによって信頼性を向上させるのに役立つ概念です。

信頼性設計 (DfR) とは?

DfR は、設計段階で製品を最適化して、製造段階の前に潜在的な障害点を特定して解決するための体系的なアプローチです。 DfR は比較的新しい概念ですが、企業がより短い設計ライフサイクルで製品を生産することを優先するようになるにつれて、DfR の意味はますます重要になっています。製品に多くの機能を詰め込むと、失敗のリスクが高まりますが、品質に対する一般の期待はこれまで以上に高くなります。 DfR を実装することにより、製品はそのライフサイクルを通じて確実に実行できます。PCB 処理および PCB アセンブリ工場は、実際の問題が発生する前に PCB を最適化し、障害点を解決するための信頼性設計 (DfR) 原則の使用について説明します。

信頼性設計が重要な理由

DfR は、特に過酷な環境での PCB 障害の可能性を減らします。

現場で設計の一部を使用する方法を学んだことがある場合は、ラボでのテストに合格しても、展開時の設計の機能が保証されないことに気付くでしょう。実験室でのテストでは見逃される可能性のある設計エラーにさらされる可能性のある多くの外部変数があります。

PCB

これらは、テスト中に設計エラーが亀裂をすり抜ける 2 つの方法の例です。

一部のマシンに PCB を取り付ける場合、PCB は常に高温の影響を受け、電子機器が限界温度近くで動作する可能性があります。一部のコンポーネントが高温で確実に動作しない場合、システム全体が損傷します。

温度が頻繁に変化すると、PCB が熱機械的影響を受ける可能性があります。高温と低温のサイクルに連続的にさらされると、一部のはんだ接合部が割れる場合があります。 PCB の放熱能力も、この問題を悪化させます。熱管理または熱管理の欠如は、PCB の耐用年数と正常に動作する能力に影響を与えます。

このような問題を回避するには、特に電磁干渉 (EMI) の原因となる PCB のパフォーマンスと信頼性の問題を防ぐのに役立つ DfR 原則を使用する必要があります。コンポーネントは実験室環境では当然の役割を果たすかもしれませんが、ノイズの多い電気環境でそのような役割を果たすという保証はありません。信号の損傷は EMI 感度の兆候であり、サイトに入ると軽減するのは困難です。

このような問題を防ぐために、信頼性設計 (DfR) の概念を適用する方法について説明します。

PCB設計における信頼性コンセプトの設計を実現する方法

適切なコンポーネントを選択することは、DfR にとって重要なアプローチです

PCB の信頼性に影響を与える要因は多数あります。製造や PCBA プロセスなど、設計者が制御できないものもあります。ただし、設計の信頼性を確保するためにできることは引き続き行うことができ、トラブルシューティングを継続的に行う必要はありません。

信頼できる PCB 設計の考慮事項

1. コンポーネントの選択

マイクロコントローラまたは通常のコンデンサを選択する場合でも、データシートの内容が設計要件を満たしていることを確認することが非常に重要です。通常、これは障害が発生する場所であるため、コンポーネントの最も極端なケースを考慮する必要があります。

たとえば、最大速度で動作するマイクロコントローラは、最小容量で動作するマイクロコントローラよりも多くの電力を消費し、より多くの熱を生成します。これらは、設計で解決すべき問題です。極端な環境で動作する PCB を設計する場合は、商用グレードのコンポーネントを放棄して、産業用または軍用グレードのバージョンを選択することをお勧めします。

2. EMI 軽減

混合信号、RF、アナログ、および高速信号 - 設計がこれらの用語に関連している場合は、EMI エミッションと感受性に注意を払う必要があります。アナログ信号から高速ルーティングを分離することで、あるルーティングから別のルーティングへのノイズ結合を防ぐことができることが証明されています。

低インピーダンスの高速信号のリターンパスが、他のコンポーネントのアース線に入らないようにすることも重要です。コンポーネントの配置を計画し、アナログ、デジタル、および電源モジュールのグランドプレーンを分離します。その際、PCB はノイズを放出するため、PCB でグランドループを形成しないようにしてください。

3. 熱管理

マイコンとパワーMOSFET を組み合わせて設計する場合、PCB は必然的に多くの熱を発生します。コンポーネントの急速な劣化を防ぐために、どの程度の熱が分散されるかを知ることが重要です。

冷却孔の使用は、熱放散の潜在的な方法です。冷却孔は、加熱コンポーネントの周囲に配置する必要があります。ラジエーターや冷却ファンと組み合わせることで、エンジニアはコンポーネントのホットスポットを回避できます。また、大電流が流れる配線は、十分な幅を持たせることも重要です。

高度な PCB 設計ソフトウェアを使用すると、PCB の信頼性 (DfR) 設計をより簡単に最適化できます。 PCB 処理工場は、信頼性設計 (DfR) の原則を使用して PCB を最適化し、実際の問題が発生する前に障害点を解決する方法を説明しました。