物联网PCB场景化适配

功能需求：集成 WiFi 模块（远程控制）、电流电压检测（功率计量）、继电器（通断控制），支持手机 APP 控制与状态反馈；

环境需求：室内常温（0-40℃）、湿度 30%-60%，无强干扰，环境温和；

成本需求：批量生产（≥10 万件），PCB 成本控制在 5-8 元 / 块，元件总成本≤20 元。

叠层与尺寸：2 层 FR-4 PCB，尺寸 8cm×5cm（适配插座外壳），线宽 0.2mm，线距 0.2mm，无需高密度布线；

电源设计：

电源线路：AC-DC 电源模块（如 MP1584，输出 5V/1A）的输入线路铜箔宽度 1mm（承载 2A 电流），输出线路 0.5mm（承载 1A 电流），压降控制在 50mV 以内；

低功耗：MCU（如 ESP8266，休眠电流 20μA）与 WiFi 模块集成，待机时关闭继电器线圈供电（通过 MOS 管控制），待机功耗≤50mW；

无线通信设计：

WiFi 模块：ESP8266 的射频线路阻抗 50Ω（线宽 0.3mm，层间距 0.15mm），天线采用 PCB 内置天线（净空区 1cm×1cm），通信距离≥10 米（室内）；

EMI 控制：电源模块与 WiFi 模块间距 3mm，电源线路串联 100μH 电感滤波，减少电源噪声干扰射频信号；

接口设计：

继电器接口：继电器（如 G5LE-1-5VDC）的控制引脚通过 1kΩ 限流电阻连接 MCU，避免过流；

电流检测接口：电流互感器（如 TA1005）的输出端串联 10kΩ 电阻，连接 MCU 的 ADC 引脚，检测精度 ±2%。

基材：普通 FR-4（Tg=130℃，吸水率≤0.15%），厚度 1.6mm（常规厚度，成本低）；

表面处理：喷锡（HASL），成本比沉金低 40%，适合批量生产，焊接可靠性满足室内使用（1 年无氧化）；

工艺控制：机械钻孔（孔径 0.3mm），元件贴装精度 ±0.1mm（适配 0603 封装元件），无需 HD 工艺与防护处理。

功能需求：集成振动传感器（如 ADXL345，测量范围 ±16g）、LoRa 模块（远距离通信，≥2km）、MCU（数据采集与传输），支持高温环境下稳定工作；

环境需求：工业车间，温度 - 20-85℃，振动 10-2000Hz（加速度 5g），存在电机强电磁干扰；

可靠性需求：MTBF（平均无故障时间）≥50000 小时，通过 IP65 防护等级（防尘防水）。

叠层与尺寸：4 层 FR-4 PCB，尺寸 5cm×5cm（适配传感器外壳），内层为电源层与接地层，表层为信号层；

电源设计：

基材与线路：高 Tg FR-4（Tg=170℃），电源线路铜箔厚度 2oz，宽度 1mm（承载 1A 电流），压降≤30mV；

电源防护：采用双电源备份（主电源 5V，备用电池 3.7V），通过 PMIC（如 TPS63070）实现无缝切换，避免断电导致数据丢失；

抗干扰设计：

接地处理：振动传感器的 AGND 与 MCU 的 DGND 分开，通过 0Ω 电阻单点连接；LoRa 模块下方设计完整接地平面（无镂空），接地过孔间距 0.5mm；

EMI 抑制：电源线路串联共模扼流圈（如 PLT125-100），信号线路串联磁珠（1kΩ@100MHz），屏蔽电机干扰；

振动适应：

元件布局：重型元件（如 LoRa 模块、电池座）靠近 PCB 中心，减少振动时的力矩；

焊接工艺：采用无铅焊锡（熔点 217℃），焊接点饱满（焊锡量≥元件引脚体积的 1.5 倍），避免振动导致引脚脱落。

基材：高 Tg FR-4（Isola 370HR，Tg=170℃，CTE X/Y 轴 14ppm/℃），厚度 1.6mm；

表面处理：沉金（金层厚度 5μm，镍层 15μm），通过 96 小时盐雾测试，耐腐蚀性满足工业环境（5 年无氧化）；

防护工艺：涂覆硅酮三防漆（厚度 20μm），耐温 - 55-200℃，通过 IP65 防护测试（防尘防水）；

工艺控制：层压温度 175℃，压力 35kg/cm2，确保层间结合紧密（无气泡）；振动测试（10-2000Hz，5g，2 小时）后，PCB 无分层、元件无脱落。

功能需求：集成土壤湿度传感器（模拟信号，0-5V 输出）、土壤温度传感器（DS18B20，数字信号）、NB-IoT 模块（低功耗，待机电流≤10μA），电池供电（AA 电池 2 节，续航≥12 个月）；

环境需求：农业大棚 / 田间，湿度 80%-100% RH，存在农药腐蚀、雨水浸泡风险，温度 - 10-60℃；

成本需求：PCB 成本≤15 元 / 块，电池续航长，减少更换频率（降低维护成本）。

叠层与尺寸：2 层 FR-4 PCB，尺寸 4cm×3cm（小型化，便于插入土壤），线宽 0.15mm，线距 0.15mm；

低功耗设计：

MCU 选择：STM32L431（休眠电流 0.5μA），传感器与 NB-IoT 模块在休眠时断电（通过 MOS 管控制），总待机电流≤5μA；

采样频率：每小时采样 1 次（土壤湿度、温度），采样时间 10 秒，其余时间休眠，每天耗电量≤1mAh（2 节 AA 电池容量 2000mAh，续航≥2000 天，实际因电池自放电，续航 18 个月）；

传感器接口设计：

模拟湿度传感器：信号线路串联 1kΩ 电阻与 0.1μF 电容（RC 滤波），连接 MCU 的 ADC 引脚，误差≤1%；

数字温度传感器：DS18B20 的 DATA 引脚串联 4.7kΩ 上拉电阻，线路长度≤5cm，避免信号衰减；

通信设计：

NB-IoT 模块：采用 BC95 模块（休眠电流 5μA），射频线路阻抗 50Ω（线宽 0.28mm，层间距 0.15mm），天线用外置陶瓷天线（间距传感器≥5mm，避免土壤遮挡），通信距离≥1km（田间）。

基材：无卤素 FR-4（符合 IPC-4101，卤素含量≤900ppm），耐农药腐蚀，吸水率≤0.12%；

表面处理：沉金（金层 5μm，镍层 15μm），通过 96 小时盐雾测试（模拟雨水盐分），6 个月田间测试无腐蚀；

防护工艺：涂覆聚氨酯三防漆（厚度 25μm），耐农药（浸泡在常见农药中 24 小时无损坏），防水等级 IP67（可短暂浸泡在水中）；

工艺控制：元件采用 0402 封装（缩小 PCB 尺寸），焊接点涂覆三防漆覆盖，避免农药侵蚀；PCB 边缘做圆角处理（半径 1mm），防止插入土壤时划伤线路。

功能需求：集成光照传感器（BH1750）、人体红外传感器（HC-SR501）、WiFi / 蓝牙双模模块（远程控制 + 近场调试）、LED 驱动电路（PWM 调光），市电供电（220V AC）；

环境需求：户外露天，温度 - 40-65℃，雨淋、紫外线照射，存在雷击感应电压风险；

可靠性需求：防水等级 IP67，防雷等级 IEC 61000-4-5（4kV 接触放电），使用寿命≥5 年。

叠层与尺寸：4 层 FR-4 PCB，尺寸 10cm×8cm（适配路灯控制箱），内层为电源层（AC-DC 转换后）与接地层，表层为信号层；

电源与防雷设计：

市电输入：串联压敏电阻（14D471K，470V）与自恢复保险丝（1A），防雷击与过流；AC-DC 模块（如 LNK605DG，输出 12V/0.5A）的输入线路铜箔宽度 1.5mm，承载 1A 电流；

低压电源：12V 转 5V 用 LDO（如 AMS1117-5.0），输出线路铜箔宽度 0.5mm，压降≤50mV；

抗环境设计：

传感器接口：光照传感器、人体红外传感器的线路串联 TVS 管（SMF05C），防 ESD（8kV 接触放电）；

无线通信：WiFi / 蓝牙模块（如 ESP32-C3）的射频线路阻抗 50Ω，天线用外置 SMA 接口（连接户外高增益天线，通信距离≥50 米），天线接口旁布置接地过孔（间距 0.3mm）；

散热设计：LED 驱动芯片（如 PT4115）的散热焊盘与 PCB 的铜箔（面积 1cm×1cm，厚度 2oz）连接，铜箔作为散热片，芯片温度≤85℃（65℃环境下）。

基材：高 Tg FR-4（生益 S1141，Tg=170℃），耐高低温（-40-125℃），CTE X/Y 轴 16ppm/℃，避免温度循环导致 PCB 分层；

表面处理：沉金（金层 5μm，镍层 15μm），耐紫外线（户外 5 年无氧化），焊接可靠性高；

防护工艺：

三防漆：涂覆丙烯酸三防漆（厚度 30μm），耐紫外线、耐雨淋，通过 IP67 测试（浸泡在 1 米深水中 30 分钟无进水）；

屏蔽罩：WiFi / 蓝牙模块上方加装不锈钢屏蔽罩（厚度 0.2mm），屏蔽户外电磁干扰（如基站信号），屏蔽效能≥50dB；

工艺控制：层压后做高低温循环测试（-40℃/30 分钟→65℃/30 分钟，100 次循环），PCB 无分层；焊接后做防水测试（IP67），无进水。