Robuste PCBs für extreme Bedingungen: Design, Vorteile und Anwendungen

In der heutigen technologieorientierten Welt haben Leiterplatten viele verschiedene Anwendungen. Je nach Ihrer Branche benötigen Sie möglicherweise Leiterplatten, die in rauen Umgebungen funktionieren. Auch wenn Sie bisher keine PCBs für raue Umgebungen benötigten, kann es von Vorteil sein zu wissen, wie sie erstellt werden und wie Ihre Branche potenziell davon profitieren könnte.

Was sind raue Umgebungen?

Die erste Frage: Was genau sind raue Umgebungen? Rauhe Umgebungen sind Umgebungen, in denen Ihre Leiterplatte von gefährlichen Bedingungen umgeben sein kann, die empfindliche elektronische Teile beschädigen könnten.

Dazu gehören Bereiche mit extremer Feuchtigkeitsansammlung, Temperaturextremen, aggressiven Chemikalien oder giftigen Dämpfen in der Atmosphäre. Auch Elemente wie Pilzbefall, Salznebel oder intensive mechanische Vibrationen zählen zu den als rau geltenden Umgebungen.

Diese rauen Umgebungen finden sich oft in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und Verteidigungsanwendungen.

Beim Design von PCBs für raue Umgebungen möchten wir typischerweise wissen, welche rauen Umweltbedingungen für das Produkt zu erwarten sind. Die Schritte zum Schutz gegen hohe Temperaturen können sich von denen gegen sehr niedrige Temperaturen unterscheiden, während hohe Feuchtigkeit oder wahrscheinliche starke Stöße ganz andere Überlegungen erfordern.

Was sind robuste Elektroniken (Rugged Electronics)?

„Rugged“ (robust) ist die Bezeichnung für Laptops, Tablets, Smartphones oder andere Geräte, die für raue Umgebungen konditioniert sind. Ihre für raue Umgebungen designte PCB ist eine, die Sie in einem robusten elektronischen Gerät erwarten würden.

Robuste elektronische Geräte werden in Stufen eingeteilt:

• Fast unzerstörbare Elektronik, definiert als voll-robust (fully-rugged), etwas weniger, aber immer noch unglaublich langlebige Elektronik als halb-robust (semi-rugged).
• Langlebige Elektronik, die wahrscheinlich allem standhält, was Sie in einer kommerziellen Umgebung darauf werfen würden.
• Kommerzielle Klasse (Commercial Grade), die wahrscheinlich allen Gefahren standhält, die ein Heimanwender-Gerät sowie die meisten kommerziellen Elektronikgeräte treffen könnten.

Wie funktioniert das Design von Elektronik für raue Umgebungen?

Wenn Sie erwarten, dass Ihre Elektronik harten Umweltbedingungen standhält, ist das Material, aus dem Sie die PCB und den Rest des Geräts fertigen, entscheidend. Beispielsweise gibt es robuste Computer in Magnesiumlegierungs-Gehäusen, die Stürze aus bis zu sechs Fuß (ca. 1,8 m) Höhe ermöglichen, ohne die empfindlichen elektronischen Komponenten im Inneren zu beschädigen.

Ein weiterer Robustifizierungsschritt kann sein, die CPU auf der PCB zu verlöten und die Festplatte einzuschließen und stoßgedämpft zu montieren, um sicherzustellen, dass nichts verrutscht, wenn das Gerät fällt oder Stößen/Vibrationen ausgesetzt ist.

PCBs für raue Umgebungen: Designüberlegungen

Beim Design einer PCB für raue Umgebungen müssen Sie berücksichtigen, welche Materialien Sie für die Platine benötigen. Ihre Entscheidung kann auf Faktoren wie Zeit, Kosten und der Wichtigkeit Ihrer Umweltschutzmaßnahmen basieren.

Ein weiteres wichtiges Designelement bei PCBs für raue Umgebungen sind oft Ihre Wärmeübertragungsmethoden. Kühlschlitze, Lüfter und Kühlkörper (Heat Sinks) sind wichtige Designelemente für PCBs, die regelmäßig sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sein können. Eine PCB auch unter normalen Bedingungen vor Überhitzung zu schützen, ist herausfordernd – richtige Kühlung ist für Hochtemperaturbedingungen lebenswichtig.

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