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踩过20+量产坑后,我总结的硬件设计必看避坑清单
上周刚把手持工业测温仪的第三版样片送过了EMC摸底,晚上跟组里刚入职半年的新人吃饭,他吐槽说自己画的第二版IoT采集板,又因为LDO布局不对烧了3片STM32,光打板加物料费就搭进去小一千,差点被主管骂。
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想起我刚入行那年,画个简单的智能门锁主板,光电源部分就改了4次,前前后后浪费了两万多块打板费,还差点因为交付延期被开。今天就把这5年攒的消费级/工业级硬件量产实踩经验整理出来,新手看完至少能少走半年弯路。
一、电源部分:90%的量产故障都根源于此
别觉得电源就是个LDO/DCDC搭起来就行,我经手的10多个项目里,最后卡量产的问题7成都是电源设计留下的暗坑:
- LDO输入输出电容绝对不能省,更不能乱摆
我19年做第一代测温仪的时候,为了省点布板空间,把LDO输出的10uF陶瓷电容放到了离引脚3mm的位置,常温测试啥事没有,到-20℃低温摸底的时候直接批量掉电。查手册才知道这款LDO对输出电容的ESR范围有要求,而且走线超过2mm之后等效电感上来,瞬态响应直接崩,后来把电容挪到离引脚1mm以内,问题直接解决。
- DCDC的SW引脚走线要短到不能再短
去年做的户外传感器项目,一开始DCDC的SW脚走线走了1cm,辐射测试直接在300MHz频段超了12dB,整改了一周都没搞定,最后刮绿油飞线把SW走线缩短到2mm,再加个100pF的吸收电容,直接过了测试。
- 电池供电的产品别省那几毛钱的反接保护
之前帮同行救急的一个农用传感器项目,就是舍不得给电池接口加个SS14二极管,工厂批量插电池的时候插反了200台,直接烧了一半的主控,最后返工费花了大几万,比加二极管的成本高了几十倍。
二、信号链路:别等EMC不过才想起改布线
很多新手画板子只看通不通,等到了EMC测试或者现场装测的时候出问题,才发现布线的时候埋了雷:
- 差分对等长误差控制在20mil以内足够,别瞎绕线
之前做CAN总线采集设备,第一次画差分对等长差了100mil,1Mbps速率下10米距离丢包率直接到30%,后来调整走线把等长差控制在20mil以内,20米距离都能稳定通信。
- 高速信号线旁边别走低速控制线,平行走线别超过5mm
之前做蓝牙网关的时候,把SPI时钟线和按键检测的线走了3cm的平行走线,一按按键SPI通信就报错,后来在两条线中间加了一排地过孔隔离,问题直接解决。
- 晶振外壳必须接地,底下绝对不能走任何信号线
早年做蓝牙 beacon 产品,晶振底下走了一根I2C的线,蓝牙连接距离直接比设计值少了一半,查了快两周才找到问题,把I2C线改到另外一层之后,距离直接恢复到了设计要求的30米。
三、量产友好性:别让工厂的工程师背地里骂你
很多新手设计师只考虑功能实现,完全不管工厂生产的难度,最后批量的时候良率上不去,哭都来不及:
- 不是空间极限别用0402以下的封装
之前为了把手表的尺寸做小1mm,全板用了0201的阻容,千分之五的空焊率,10k的订单直接多出来50片返修,多花的返修钱比省的那点空间带来的收益高多了。
- 测试点直径至少留1mm,间距别小于1.27mm
有次为了省空间把测试点做了0.8mm,工厂的测试针扎个几十次就偏,测试效率直接降了一半,最后不得已改板把测试点放大,白浪费了半个月时间。
- 极性器件的丝印一定要大到工人能看清
之前有个批次的板子,电解电容的正负极丝印印得太小,工厂贴片的时候贴反了100片,上电直接炸,车间里都冒白烟,最后返工整整改了一周,还赔了工厂的焊接工时费。
最近你们做项目有没有碰到什么奇葩的硬件坑?评论区聊一聊,我帮你出整改思路。需要我整理的全版《工业级硬件量产设计checklist》的,点个关注私信我直接发你。
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