Molex 避免可靠性風(fēng)險(xiǎn)：電子設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

隨著設(shè)備和系統(tǒng)的速度越來(lái)越快、結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊湊、功能越來(lái)越強(qiáng)大，確保性能可靠成為關(guān)鍵點(diǎn)。因此，工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己需要在成本參數(shù)、業(yè)務(wù)規(guī)格和市場(chǎng)期望之間進(jìn)行協(xié)商，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性。

可靠性和硬件設(shè)計(jì)調(diào)查

產(chǎn)品可靠性不再是一種溢價(jià)，而是各行各業(yè)的必需品，直接關(guān)系到品牌的聲譽(yù)。因此，可靠性缺陷會(huì)嚴(yán)重影響品牌形象、產(chǎn)品成功率和技術(shù)采用率。盡管存在這些影響，但最近的一項(xiàng)Molex 可靠性和硬件設(shè)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今只有一小部分工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師在進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)權(quán)衡時(shí)將可靠性視為重中之重。

這項(xiàng)調(diào)查于 2023 年 10 月進(jìn)行，反映了來(lái)自全球 756 位合格系統(tǒng)架構(gòu)師、工程師和工程經(jīng)理的意見(jiàn)，他們分享了自己對(duì)構(gòu)建可靠產(chǎn)品解決方案的看法。代表行業(yè)包括汽車(chē)/運(yùn)輸、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、國(guó)防/航空航天、醫(yī)療保健、工業(yè)、電信等。

在成本、可制造性和可靠性之間取得平衡

調(diào)查數(shù)據(jù)證實(shí)了產(chǎn)品成本和可制造性密切相關(guān)這一事實(shí)，50% 的受訪者認(rèn)為，在進(jìn)行設(shè)計(jì)權(quán)衡時(shí)，人們最有可能優(yōu)先考慮的是成本而不是產(chǎn)品可靠性；而 46% 的受訪設(shè)計(jì)人員認(rèn)為最有可能優(yōu)先考慮的是可制造性。但這些權(quán)衡是否真的有必要呢？

看來(lái)，主要由運(yùn)輸行業(yè)推動(dòng)的預(yù)測(cè)工程（有時(shí)稱(chēng)為預(yù)測(cè)建模）和數(shù)字孿生創(chuàng)建方面的技術(shù)進(jìn)步將改變游戲規(guī)則。這些先進(jìn)的技術(shù)可以在制作全尺寸原型之前，主動(dòng)評(píng)估預(yù)期產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的性能。這種早期認(rèn)識(shí)可以幫助工程師在成本、可制造性和可靠性之間取得有效平衡。這樣的早期見(jiàn)解對(duì)于以下兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域尤為有利：

材料選擇：設(shè)計(jì)中使用的材料會(huì)極大地影響產(chǎn)品的成本、制造方法、裝配和長(zhǎng)期可靠性。預(yù)測(cè)工程可幫助說(shuō)明材料的性能，衡量其承受日常使用和更具挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件的能力。

組件選擇：預(yù)測(cè)建模可幫助設(shè)計(jì)工程師確定是否需要現(xiàn)成或定制組件來(lái)滿(mǎn)足關(guān)鍵性能標(biāo)準(zhǔn)。這一關(guān)鍵選擇會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品生命周期的總體成本和可靠性。

預(yù)測(cè)性工程和數(shù)字孿生的下一步發(fā)展是什么呢？這些技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 和虛擬現(xiàn)實(shí) (VR) 設(shè)備相整合。這種整合有助于工程師與虛擬用例環(huán)境進(jìn)行直接互動(dòng)，從而幫助工程師及早了解關(guān)鍵的成本和可制造性。隨著這些整合技術(shù)的日益普及，工程師將能夠在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)之前可視化系統(tǒng)、子系統(tǒng)和組件的可靠性特征。

日益增長(zhǎng)的功耗需求：如何影響可靠性

25% 的調(diào)查受訪者將功耗放在可靠性?xún)?yōu)先級(jí)列表的首位，這或許并不令人驚訝。隨著用戶(hù)需要速度更快、功能更豐富的系統(tǒng)和設(shè)備，功耗也在不斷上升。但這種趨勢(shì)與可靠性有著有趣的關(guān)系。因?yàn)椴粌H帶來(lái)了設(shè)計(jì)難題，尤其是在熱管理方面。然而，反過(guò)來(lái)說(shuō)，在適應(yīng)這些更高的使用模式時(shí)，它也會(huì)對(duì)電網(wǎng)本身的可靠性造成壓力。

工程師如何在設(shè)計(jì)時(shí)滿(mǎn)足當(dāng)今日益增長(zhǎng)的功率需求，同時(shí)又不危及可靠性？

選擇高質(zhì)量的連接器對(duì)于保障可靠性始終非常重要，但在大功率應(yīng)用中，這一點(diǎn)更為關(guān)鍵，因?yàn)椴缓细竦倪B接可能會(huì)損害系統(tǒng)或影響周?chē)h(huán)境。例如，電動(dòng)汽車(chē)電池的充電質(zhì)量差會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)壽命和行駛距離縮短，甚至導(dǎo)致熱失控。家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)也可能存在類(lèi)似的風(fēng)險(xiǎn)，在最需要的時(shí)候，不良的電力傳輸可能會(huì)抑制備用電池系統(tǒng)。

在熱管理方面，為大功率應(yīng)用選擇高質(zhì)量連接器也有助于避免產(chǎn)生有害熱量。當(dāng)然，載流能力仍然是大功率應(yīng)用的關(guān)鍵要求。然而，工程師還應(yīng)該尋找專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)特性，如大接觸面和低接點(diǎn)電阻，以幫助最大限度地減少發(fā)熱。

例如，Molex 的 COEUR 插座技術(shù)有助于確保配接界面的低接點(diǎn)電阻，從而最大限度地減少發(fā)熱，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高載流能力。采用這種創(chuàng)新技術(shù)的產(chǎn)品示例包括 Sentrality 引腳和插座互連系統(tǒng)、PowerWize 高電壓、大電流線對(duì)板/線對(duì)總線連接器和 SW1 線對(duì)板/線對(duì)總線互連產(chǎn)品。Molex 提供廣泛的高功率產(chǎn)品組合，旨在幫助優(yōu)化可靠性。

真實(shí)可靠性：從交通運(yùn)輸中汲取靈感

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備和復(fù)雜系統(tǒng)在各行各業(yè)的日益普及會(huì)使電子器件暴露在各種環(huán)境條件和使用案例中。這一點(diǎn)得到了調(diào)查對(duì)象的認(rèn)可，其中 23% 的受訪者認(rèn)為產(chǎn)品承受環(huán)境和使用條件的能力是其主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。

除了預(yù)測(cè)工程，如何在不影響其他方面可靠性的情況下解決實(shí)際耐用性問(wèn)題？

說(shuō)到惡劣環(huán)境，運(yùn)輸應(yīng)用通常名列前茅。車(chē)輛中使用的連接器需要承受水、灰塵、頻繁振動(dòng)、極端高溫等。此外，在空間有限的情況下，它們的設(shè)計(jì)往往要優(yōu)先考慮可靠的性能。因此，車(chē)輛通常被認(rèn)為是對(duì)元件可靠性的終極真實(shí)測(cè)試。工業(yè)機(jī)器人、農(nóng)用機(jī)械和戶(hù)外照明等應(yīng)用都能從運(yùn)輸行業(yè)使用的堅(jiān)固耐用、經(jīng)過(guò)道路測(cè)試的連接器中獲益。

有鑒于此，設(shè)計(jì)工程師在為具有挑戰(zhàn)性的條件和實(shí)際使用選擇可靠組件時(shí)，應(yīng)考慮以下一些關(guān)鍵特性：

* 具有 IP67、IP68 和 IP69k 等高防護(hù)等級(jí)的堅(jiān)固外殼，這種外殼可防止液體和碎片雜質(zhì)的進(jìn)入

* 對(duì)配時(shí)的鎖定和對(duì)準(zhǔn)機(jī)制，如連接器固位裝置 (CPA)、端子固位架 (TPA)、主鎖加固裝置 (PLR)、獨(dú)立輔助鎖 (ISL) 和慣性鎖，可最大限度地減少連接器的連接意外脫開(kāi)

* 工作溫度范圍大的連接器，以適應(yīng)冰凍和高溫條件

Molex 產(chǎn)品示例包括緊湊型線對(duì)線 MXP120 1.20mm 汽車(chē)密封連接系統(tǒng)，專(zhuān)為惡劣環(huán)境和空間受限的應(yīng)用而設(shè)計(jì)；DuraClik 連接器，具有端子固定器選項(xiàng)，可為高振動(dòng)和高溫應(yīng)用提供極高的電氣接觸可靠性、配接保持力并節(jié)省空間；Squba 密封線對(duì)線連接器系統(tǒng)，具有 UL 認(rèn)證的 IP68 密封等級(jí)，可承載高達(dá) 14. 0A 的電流，可為各種應(yīng)用提供可靠的電力傳輸。

與客戶(hù)合作優(yōu)化可靠性

隨著工程師們努力應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的可靠性挑戰(zhàn)，Molex 和 Arrow 等經(jīng)驗(yàn)豐富的供應(yīng)商顯然發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。絕大多數(shù) 91% 的調(diào)查受訪者都認(rèn)為，值得信賴(lài)和久經(jīng)考驗(yàn)的供應(yīng)商對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性至關(guān)重要。

Molex 和 Arrow 精通于幫助客戶(hù)應(yīng)對(duì)與可靠性相關(guān)的挑戰(zhàn)。我們擁有跨行業(yè)的豐富經(jīng)驗(yàn)、全球工程團(tuán)隊(duì)、咨詢(xún)方法和對(duì)客戶(hù)的持續(xù)承諾，這些都使設(shè)計(jì)工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師能夠取得成功。我們共同致力于幫助當(dāng)今的客戶(hù)進(jìn)行復(fù)雜的權(quán)衡，同時(shí)又不影響對(duì)可靠性的優(yōu)先考慮。

審核編輯：劉清