電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝

1、第一章 概述11 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝111現(xiàn)代電子設(shè)備的特點(diǎn) 當(dāng)前，電子技術(shù)廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門以及人民生活等各個(gè)領(lǐng)域。由于生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新工藝和新材料應(yīng)用，超小型化元器件和規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的研制和推廣，使電子設(shè)備在電路上和結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生巨大的變化。小型化、超小型化、微型化結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使得一些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法逐漸被機(jī)電結(jié)合、光點(diǎn)結(jié)合等新技術(shù)所取代，再加上電子設(shè)備要適應(yīng)更加廣泛的用途和惡劣苛刻的工作環(huán)境，就使當(dāng)代電子設(shè)備具有不同于過(guò)去的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)可歸納為以下幾方面：1 設(shè)備組成較復(fù)雜，組裝密度大 現(xiàn)代電子設(shè)備要求具有多種功能，設(shè)備組成較復(fù)雜，元器件、零部件數(shù)量多，

2、且設(shè)備體積要小，組裝密度大。尤其是超大規(guī)模集成電路及其衍生的各種功能模塊的出現(xiàn)，使電子設(shè)備的組裝密度較過(guò)去提高了很多。2 設(shè)備使用圍廣，所處的工作環(huán)境條件復(fù)雜。 現(xiàn)代電子設(shè)備往往要在惡劣而苛刻的環(huán)境條件下工作。有時(shí)要承受高溫、低溫和巨大溫差變化；高濕度和低氣壓；強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)；外界的電磁干擾等。這些都會(huì)對(duì)電子設(shè)備的正常工作產(chǎn)生影響。3 設(shè)備可靠性要求高、壽命長(zhǎng)現(xiàn)代電子設(shè)備要求具有較高的可靠性和足夠的工作壽命?？煽啃缘偷碾娮釉O(shè)備將失去使用價(jià)值。高可靠性的電子設(shè)備，不僅元器件質(zhì)量要求高，在電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都要作出較大的努力。4 設(shè)備要求高精度、多功能和自動(dòng)化現(xiàn)代電子設(shè)備往往要求高精度、多功能

3、和自動(dòng)化，有的還引入了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因而其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。精密機(jī)械廣泛地應(yīng)用于電子設(shè)備是現(xiàn)代電子設(shè)備的一大特點(diǎn)。自控技術(shù)、遙控遙測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)和精密機(jī)械的緊密結(jié)合，有的電子設(shè)備要求有智能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流，使電子設(shè)備的精度和自動(dòng)化程度達(dá)到了相當(dāng)高的水平。 上述電子設(shè)備的特點(diǎn)，只是對(duì)整體而言，具體到某種設(shè)備又各具自己的特點(diǎn)。由于當(dāng)代電子設(shè)備具有上述特點(diǎn)，對(duì)電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求更高了，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)人員充分了解電子設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)于確保電子設(shè)備的性能滿足使用要求十分必要的。112 電子設(shè)備的制造工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝工作是企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的中心環(huán)節(jié)，是組織生產(chǎn)和指導(dǎo)生產(chǎn)的一種重要手段。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段

4、，它的容是確定產(chǎn)品的制造方案并完善生產(chǎn)前的技術(shù)準(zhǔn)備工作；在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造階段，它的主要容是組織指導(dǎo)符合設(shè)計(jì)要求的加工生產(chǎn)，直至出廠為止而采取的必要的技術(shù)和管理措施。工藝工作按容可分為工藝技術(shù)和工藝管理，前者是生產(chǎn)實(shí)踐勞動(dòng)技能和應(yīng)用科學(xué)研究成果的積累和總結(jié)，是工藝工作的核心；后者是對(duì)工藝工作的計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)與實(shí)施，是保證工藝技術(shù)在生產(chǎn)中貫徹和發(fā)展的管理科學(xué)。工藝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展是由科學(xué)的工藝管理工作來(lái)保證和實(shí)現(xiàn)的。工藝工作將各個(gè)部門、各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)聯(lián)系起來(lái)成為一個(gè)完整的整體。它的著眼點(diǎn)就是促進(jìn)每項(xiàng)工作操作簡(jiǎn)單、流暢、高效率、低強(qiáng)度。設(shè)計(jì)和制造電子設(shè)備，除滿足工作性能的要求外，還必須滿足加工制造的

5、要求，電路性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要通過(guò)具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出來(lái)。電子設(shè)備是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)成形式也隨之發(fā)生變化。初期的設(shè)備較簡(jiǎn)陋，考慮的主要問(wèn)題是電路設(shè)計(jì)。到二十世紀(jì)四十年代，出現(xiàn)了將復(fù)雜設(shè)備分為若干部件，樹(shù)立起結(jié)構(gòu)級(jí)別的先進(jìn)想法；為防止氣候影響，研制出密封外殼；為防止機(jī)械過(guò)載而研制出減振器，設(shè)備結(jié)構(gòu)功能進(jìn)一步完善，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為電子設(shè)備設(shè)計(jì)的容。隨后，由于軍用電子技術(shù)的發(fā)展和野戰(zhàn)的需要，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容逐步豐富起來(lái)。目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中占有較大的比重，直接關(guān)系到電子設(shè)備的性能和技術(shù)指標(biāo)（條件）的實(shí)現(xiàn)。電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的任務(wù)就是以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為手段，保證所設(shè)計(jì)的電子設(shè)

6、備在既定的工作環(huán)境條件和使用要求下，達(dá)到技術(shù)條件所規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)，并能穩(wěn)定可靠地完成預(yù)期的功能，即保證電子設(shè)備的可靠性。113 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝課程容電子設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝包含了力學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、化學(xué)、美學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多門基礎(chǔ)學(xué)科的容，是一門綜合性的應(yīng)用型邊緣學(xué)科，作為一門課程，它的容只能涉及電子設(shè)備機(jī)構(gòu)與工藝的最基本容，具體包括以下容：1. 電子設(shè)備的工作環(huán)境及其對(duì)設(shè)備的要求；2. 可靠性及提高可靠性的方法；3. 電子產(chǎn)品常用材料的防腐蝕措施；4. 溫度對(duì)電子設(shè)備的影響及散熱方法；5. 減振緩沖原理及常用減振器的選用；6. 電磁干擾及其屏蔽，接地技術(shù)；7. 電子設(shè)備元器

7、件布局與裝配；8. 印制電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝；9. 電子設(shè)備整機(jī)裝配與調(diào)試；10. 電子產(chǎn)品的微型化結(jié)構(gòu)及整機(jī)結(jié)構(gòu)。1.2 電子設(shè)備的工作環(huán)境及其對(duì)設(shè)備的影響電子設(shè)備所處的工作環(huán)境，按其成因大體可為自然環(huán)境、工業(yè)環(huán)境和特殊使用環(huán)境。除自然環(huán)境外，工業(yè)環(huán)境和特殊使用環(huán)境一般是人為制造和改變的，故也被稱為誘發(fā)環(huán)境。表1.1中列舉的環(huán)境分類包含了電子設(shè)備可能遭遇的各種基本環(huán)境。環(huán)境因素造成的設(shè)備故障是嚴(yán)重的。國(guó)外曾對(duì)機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行故障剖析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，50%以上的故障是由環(huán)境因素所致。而溫度、濕度、振動(dòng)三項(xiàng)環(huán)境造成的故障率則高達(dá)44%。環(huán)境因素造成的設(shè)備故障和失效可分為兩類：一類是功能故障，指

8、設(shè)備的各種功能出現(xiàn)不利的變化，或受環(huán)境條件的影響功能不能正常發(fā)揮，一旦外界因素消失，功能仍能恢復(fù)；另一類是永久性損壞，如機(jī)械損壞等。表1.1自然環(huán)境工業(yè)環(huán)境和特殊使用環(huán)境（誘發(fā)環(huán)境）溫度霧氣溫度梯度加速度濕度輻射高壓、低壓高強(qiáng)度噪聲大氣壓真空瞬態(tài)沖擊電磁場(chǎng)降雨磁場(chǎng)高能沖擊腐蝕性介質(zhì)風(fēng)沙靜電場(chǎng)周期振動(dòng)固體粉塵鹽霧生物因素隨機(jī)振動(dòng)電子設(shè)備所處的環(huán)境雖然復(fù)雜多樣，但按其對(duì)設(shè)備的影響劃分，歸納起來(lái)不外乎三個(gè)方面，即氣候因素影響，機(jī)械因素影響，電磁干擾（也稱噪聲干擾）影響。13 對(duì)電子設(shè)備的基本要求為使電子設(shè)備具有較好的使用性能與制造工藝性能，并使其在各種工作環(huán)境下能正?？煽康毓ぷ?，設(shè)計(jì)和制造電子設(shè)備時(shí)

9、應(yīng)滿足相應(yīng)的要求。131 工作環(huán)境對(duì)電子設(shè)備的要求如前所述，工作環(huán)境包括氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境和電磁環(huán)境，它們影響著設(shè)備的性能與壽命，為減少和防止各種因素對(duì)設(shè)備的不良影響，使其能適應(yīng)工作環(huán)境，對(duì)設(shè)備提出了以下要求：1 氣候條件對(duì)電子設(shè)備的要求（1）采取散熱措施，保證電子設(shè)備工作溫度不會(huì)過(guò)高，元器件工作溫度不超過(guò)允許溫度。（2）采取防護(hù)措施，保證設(shè)備的結(jié)構(gòu)件、零部件不受潮濕、鹽霧、大氣污染等氣候因素的侵蝕。對(duì)某些電子設(shè)備或部件還應(yīng)采取密封措施。2 機(jī)械條件對(duì)電子設(shè)備的要求（1）采取減振緩沖措施，保證設(shè)備的各種元器件、零部件在外界機(jī)械條件的作用下不致?lián)p壞和失效。（2）提高設(shè)備的耐振動(dòng)抗沖擊能力，保證其

10、工作的可靠性。3 電磁環(huán)境對(duì)電子設(shè)備的要求（1）采取各種屏蔽措施，使電子設(shè)備在各種干擾存在的情況下，還能有效地工作，從結(jié)構(gòu)上提高電子設(shè)備的電磁兼容能力。（2）通過(guò)合理的布線、線路設(shè)計(jì)和接地，從電路方面減少電磁干擾對(duì)設(shè)備的影響。132 使用方面對(duì)電子設(shè)備的要求電子設(shè)備的生產(chǎn)設(shè)計(jì)是基于使用的，應(yīng)充分考慮使用方面對(duì)設(shè)備的要求。1 體積重量要求電子設(shè)備正在向小型化發(fā)展，體積和重量日益減小，這是電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)用的原因之一。減小設(shè)備體積和重量不但有經(jīng)濟(jì)意義，有時(shí)甚至起決定作用。例如軍用電子設(shè)備，減小其體積重量，直接影響部隊(duì)的戰(zhàn)斗力和裝備使用的靈活性，同時(shí)對(duì)減小體力消耗，提高戰(zhàn)斗力有重要作用。研究電子設(shè)

11、備體積重量的要求，應(yīng)考慮設(shè)備的用途、運(yùn)載工具、機(jī)械負(fù)荷等因素。另外，對(duì)于生產(chǎn)批量很大的產(chǎn)品還要特別考慮經(jīng)濟(jì)因素。描述電子設(shè)備體積重量的指標(biāo)主要有兩個(gè)：平均比重（重量體積比）和體積填充系數(shù)。首先，緊湊性提高，受到溫升限制。設(shè)備的平均比重增大，則單位體積發(fā)熱量增加，為保證設(shè)備正常工作，就需要采用冷卻系統(tǒng)，而冷卻系統(tǒng)本身就具有一定的體積和重量，反而提高了設(shè)備的總體積和總重量。溫升限制是大多數(shù)設(shè)備（尤其是大功率設(shè)備）提高緊湊性時(shí)遇到的最大困難。其次，緊湊性提高，設(shè)備穩(wěn)定度下降。尤其是超高頻和高壓設(shè)備，分布電容廣，易產(chǎn)生自激和脈沖波形變壞。另外，元器件之間距離小還容易產(chǎn)生短路和擊穿。再次，緊湊性提高給生

12、產(chǎn)時(shí)的裝配和使用時(shí)的維護(hù)修理帶來(lái)一定困難，降低設(shè)備的可靠性。最后，緊湊性高的設(shè)備，在整機(jī)結(jié)構(gòu)方面要求有較高的零件加工精度和裝配精度，因而提高了產(chǎn)品成本。2 操縱維修要求電子設(shè)備的操縱性能如何，是否便于維護(hù)修理，直接影響設(shè)備的可靠性。在設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要全面考慮。（1）設(shè)備要操縱簡(jiǎn)單，控制結(jié)構(gòu)輕便，為操縱者提供良好的工作條件。（2）設(shè)備安全可靠，有保險(xiǎn)裝置。當(dāng)操縱者發(fā)生誤操作時(shí)，不會(huì)損壞設(shè)備，更不能危及人身安全。（3）設(shè)備的體積填充系數(shù)在可能的情況下應(yīng)取低一些（最好不超過(guò)0.3），以保證元器件間有足夠的空間，便于裝拆和維修。（4）有便于維修的結(jié)構(gòu)。如采用插入式或折疊式的結(jié)構(gòu)；快速裝拆結(jié)構(gòu)；可換部

13、件式結(jié)構(gòu)；可調(diào)元件、測(cè)試點(diǎn)布置在設(shè)備的同一面等。（5）設(shè)備應(yīng)具有過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置（如過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)），危險(xiǎn)和高壓處應(yīng)用警告標(biāo)志和自動(dòng)安全保護(hù)裝置（如高壓自動(dòng)斷路門開(kāi)關(guān)）等，以確保維修安全。（6）設(shè)備最好具備監(jiān)測(cè)裝置和故障預(yù)報(bào)裝置，能使操縱者盡早發(fā)現(xiàn)故障或預(yù)測(cè)失效元器件，及時(shí)更換維修。133 生產(chǎn)方面對(duì)電子設(shè)備的要求1 生產(chǎn)條件對(duì)電子設(shè)備的要求電子設(shè)備在研制階段之后要投入生產(chǎn)。生產(chǎn)廠的設(shè)備情況、技術(shù)水平、工藝水平、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)管理水平等因素，都屬于生產(chǎn)條件。電子設(shè)備如果要順利地生產(chǎn)必須滿足生產(chǎn)條件對(duì)它的要求，否則，就不可能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，甚至根本無(wú)法生產(chǎn)。（1）電子設(shè)備中的零部件

14、、元器件的品種和規(guī)格盡可能地少，技術(shù)參數(shù)、形狀、尺寸應(yīng)盡最大限度標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化，盡量采用生產(chǎn)廠以前曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)的零部件或其它專業(yè)廠生產(chǎn)的通用零部件或產(chǎn)品，這樣便于生產(chǎn)管理，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，保持產(chǎn)品繼承性，并能降低成本。（2）設(shè)備中的機(jī)械零部件、元器件必須具有較好的結(jié)構(gòu)工藝性，能夠采用先進(jìn)的工藝方法和流程，原材料消耗降低，加工工時(shí)短。例如，零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和形狀便于實(shí)現(xiàn)工序自動(dòng)化；以無(wú)屑加工代替切削加工；提高沖制件、壓塑件的數(shù)量和比例等。（3）設(shè)備所使用的原材料，其品種規(guī)格越少越好，應(yīng)盡可能地少用或不用貴重材料，立足于使用國(guó)產(chǎn)材料和來(lái)源多、價(jià)格低的材料。（4）設(shè)備（含零部件）的加工精度的要求要

15、與技術(shù)要求相適應(yīng)，不允許無(wú)根據(jù)地追求高精度。在滿足產(chǎn)品性能指標(biāo)的前提下，其精度等級(jí)應(yīng)盡可能的低，裝配也應(yīng)簡(jiǎn)易化，盡量不搞選配和修配，便于自動(dòng)流水生產(chǎn)。2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)電子設(shè)備的要求電子設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性包括使用經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性兩方面容。設(shè)備在使用、貯存和運(yùn)輸過(guò)程中所消耗的費(fèi)用，稱為使用經(jīng)濟(jì)性，其中維修費(fèi)所占的比例最大，電費(fèi)次之。生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性是指生產(chǎn)成本，它包括生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)用，原材料和輔助材費(fèi)用，工資和附加費(fèi)用、管理費(fèi)用等。為提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）研究產(chǎn)品的技術(shù)條件，分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)、性能和使用條件，正確制定設(shè)計(jì)方案和確定產(chǎn)品的復(fù)雜程度，這是產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性的首要環(huán)節(jié)。（2）由產(chǎn)量

16、確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)類型。產(chǎn)量的大小決定著生產(chǎn)批量的規(guī)模，進(jìn)而影響生產(chǎn)方式類型。（3）在保證產(chǎn)品性能的條件下，按最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方式設(shè)計(jì)零部件，在滿足產(chǎn)品技術(shù)要求的條件下，選用最經(jīng)濟(jì)合理的原材料和元器件，以降低產(chǎn)品的成本。（4）周密設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有較好的操作維修性能和使用性能，降低設(shè)備的維修和使用費(fèi)用。14 可制造性設(shè)計(jì)（DFM）概念1.4.1 可制造性設(shè)計(jì)概念為什么現(xiàn)今的管理對(duì)設(shè)計(jì)師在這方面的表現(xiàn)特別重視呢？主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)是整個(gè)產(chǎn)品壽命的第一站。在效益學(xué)的觀點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，問(wèn)題越早發(fā)現(xiàn)就能夠越早解決，其成本效益也就越高，問(wèn)題對(duì)公司造成的損失也就越低。在電子生產(chǎn)管理上，曾有學(xué)者做出這樣的預(yù)測(cè)

17、，即在每一個(gè)主要工序上，其后工序的解決成本費(fèi)用為前一道工序的10倍以上。例如設(shè)計(jì)問(wèn)題如果在試制時(shí)才給予更正，其所需要將會(huì)較在設(shè)計(jì)時(shí)解決高出超過(guò)10倍，而如果這設(shè)計(jì)問(wèn)題沒(méi)法在試制時(shí)解決，當(dāng)它流到再下一個(gè)主要工序的批量生產(chǎn)時(shí)，其解決費(fèi)用就可能高達(dá)100倍以上。此外，對(duì)于設(shè)計(jì)造成的問(wèn)題，即使公司擁有最好的設(shè)備和工藝知識(shí)，也未必能夠很完善的解決。所以基于以上的原因，把設(shè)計(jì)工作做好是門很重要的管理。所謂把設(shè)計(jì)做的好，這里指的是包括產(chǎn)品功能、性能、可制造性和質(zhì)量等各方面。當(dāng)前技術(shù)的快速發(fā)展，如芯片集成、電子組裝、材料、生產(chǎn)設(shè)備和管理技術(shù)等方面快速發(fā)展使得電路板組裝密度越來(lái)越高，電子產(chǎn)品亦向微型化、低價(jià)格、

18、多功能方向發(fā)展，這就導(dǎo)致制造對(duì)設(shè)計(jì)的依賴越來(lái)越強(qiáng)。 不論公司從事的是什么樣的產(chǎn)品，不論設(shè)計(jì)師面對(duì)的顧客是部或是外部顧客，對(duì)設(shè)計(jì)師的要求都可說(shuō)是一致的。他們的要求都離開(kāi)不三方面。即優(yōu)良或至少滿意的品質(zhì)、相對(duì)較低的成本（或價(jià)格）、和有較短而及時(shí)的交貨期。而身為一代的設(shè)計(jì)師，其職責(zé)已不是單純的把產(chǎn)品的功能和性能設(shè)計(jì)出來(lái)那么簡(jiǎn)單，而是必須對(duì)以上所提到的三方面負(fù)責(zé)，并做出貢獻(xiàn)。 目前在工業(yè)界里，幾乎沒(méi)有人不談品質(zhì)管理的。先進(jìn)管理觀念強(qiáng)調(diào)，品質(zhì)不是制造出來(lái)的，而應(yīng)該是設(shè)計(jì)出來(lái)的。這觀念有其重要的地方，是使用用戶從以往較被動(dòng)的關(guān)注點(diǎn)（生產(chǎn)線上）移到較主動(dòng)的關(guān)注點(diǎn)（設(shè)計(jì)上）。但說(shuō)法不夠完善。嚴(yán)格和具體來(lái)說(shuō)，品

19、質(zhì)既不是生產(chǎn)來(lái)的，也不是單靠設(shè)計(jì)來(lái)的，而應(yīng)該是配合來(lái)的。好的品質(zhì)是通過(guò)良好的設(shè)計(jì)（配合工藝和生產(chǎn)能力的設(shè)計(jì)），優(yōu)良的工藝調(diào)制，和生產(chǎn)線上的工藝管制而獲得的。而這三者又是需要有良好的品質(zhì)管理理念、知識(shí)、系統(tǒng)和制度來(lái)確保的。在確保產(chǎn)品高而穩(wěn)定的品質(zhì)、高生產(chǎn)效率和低生產(chǎn)成本、以及準(zhǔn)確的交貨時(shí)間，我們的生產(chǎn)線必須要有一套所謂的堅(jiān)固工藝（Robust Process）。而堅(jiān)固工藝是必須通過(guò)設(shè)計(jì)、工藝能力、各設(shè)備性能之間的完好配合才能實(shí)現(xiàn)的。所謂堅(jiān)固工藝，是指其對(duì)外界各種影響它表現(xiàn)的因素的靈敏度很低。也就是說(shuō)，對(duì)這些因素的大變化，其整體效果還是穩(wěn)定不變或只限于合格圍的變動(dòng)。堅(jiān)固的工藝是相對(duì)的，所以一套設(shè)計(jì)

20、規(guī)也是有其針對(duì)性的。它在某一生產(chǎn)環(huán)境下（設(shè)備、管理、材料、工藝能力、品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）也許是堅(jiān)固的，但在另一個(gè)環(huán)境下卻可能變得不堅(jiān)固。因此，設(shè)計(jì)的好與不好，也是有它的特定性。用戶必須了解和牢記這一點(diǎn)。1.4.2 DFM涉及的容DFM涉及的容有以下一些方面，l 熱對(duì)產(chǎn)品的影響l 器件特性l 可檢查和可測(cè)試性l 對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)能力（穩(wěn)定性）l 耐腐蝕性l 可制造性、可維修性l 防靜電能力對(duì)DFM/DFT/DFR/DFA等的要求，給設(shè)計(jì)人員增加了壓力，對(duì)于相關(guān)不確定的問(wèn)題，可求助于工藝或相關(guān)人員。產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素有如下一些方面，不同的產(chǎn)品有不同的考慮重點(diǎn)l DFV價(jià)格設(shè)計(jì)Design for Value (p

21、erformance / price ratio)l DFR可靠性設(shè)計(jì)(Design for Reliability)l DFM可制造性設(shè)計(jì)(Design for Manufacturability)l DFA 可裝配性設(shè)計(jì)(Design for Assembly)l DFT 可測(cè)試設(shè)計(jì)(Design for Testability)l DFS 可維護(hù)性設(shè)計(jì)(Design for Servicability) 各設(shè)計(jì)階段考慮因素亦有所不同，設(shè)計(jì)者應(yīng)明白在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮何種容。設(shè)計(jì)步驟和容 注意點(diǎn)電路 DFV, DFM, DFT, DFRPCB DFA, DFM, DFT, DFR, DFS 熱設(shè)

22、計(jì) DFREMC, EMI, ESD DFT, DFR機(jī)械設(shè)計(jì) DFV, DFA, DFM, DFT, DFR, DFS軟件 DFT, DFS材料選擇 DFA, DFM, DFT, DFR, DFS封裝及包裝 DFA, DFR優(yōu)良制造性的標(biāo)準(zhǔn)從2方面來(lái)定義。一是產(chǎn)品的可制造性，包括高的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的高穩(wěn)定性、生產(chǎn)線可接受的缺陷率幾方面的定義；另一方面是產(chǎn)品的高可靠性的定義，如產(chǎn)品適應(yīng)不同環(huán)境的變化的參數(shù)定義、產(chǎn)品的使用周期定義。工藝設(shè)計(jì)容包括以下一些方面，從可制造性的角度看，設(shè)計(jì)人員應(yīng)有所了解，從而在設(shè)計(jì)中靈活運(yùn)用，更好的與工藝人員溝通。l 基本工藝路線的選取l 設(shè)備能力的考慮l 設(shè)備輔助工

23、具的考慮l 工藝設(shè)計(jì)規(guī)l 工藝參數(shù)的調(diào)制l 工藝管制及檢驗(yàn) 15 產(chǎn)品可靠性151 可靠性概述1 可靠性的概念可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間和規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘母拍畎龑雍x：首先，產(chǎn)品的可靠性是以“規(guī)定的條件”為前提的。所謂“規(guī)定的條件”是指在規(guī)定的時(shí)產(chǎn)品使用時(shí)的應(yīng)力條件、環(huán)境條件和儲(chǔ)存條件等，。規(guī)定條件不同，產(chǎn)品可靠性不同。例如，一般半導(dǎo)體器件使用時(shí)的輸出功率越小，其可靠性越高。又如，同一臺(tái)電子設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室中使用和在野外使用，可靠性相差很大，環(huán)境條件越惡劣，設(shè)備的可靠性越低。其次，產(chǎn)品的可靠性與“規(guī)定的時(shí)間”密切相關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一個(gè)老化時(shí)間后，有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的

24、穩(wěn)定使用期，以后，隨著時(shí)間的推移，穩(wěn)定性逐漸下降，可靠性降低。時(shí)間越長(zhǎng)，可靠性越低。最后，產(chǎn)品的可靠性是用完成“規(guī)定的功能”來(lái)衡量的。這里所謂功能是指產(chǎn)品的全部功能，而不是其中一部分。產(chǎn)品只有完成規(guī)定的全部功能，才被認(rèn)為是可靠的?？煽啃允钱a(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要方面，通常所說(shuō)的產(chǎn)品質(zhì)量好，包含兩層意思：一是達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，二是要在使用中很可靠。根據(jù)研究的具體對(duì)象，應(yīng)對(duì)電子產(chǎn)品的使用條件、使用時(shí)間、功能和失效做出具體規(guī)定。產(chǎn)品的可靠性是用概率來(lái)表示的。產(chǎn)品在使用過(guò)程中，常常因?yàn)楦鞣N偶然因素，如元件的突然損壞、應(yīng)力（電負(fù)荷、溫度、機(jī)械影響等）突變、維護(hù)或使用不當(dāng)?shù)鹊挠绊懚?，即某一具體產(chǎn)品的失效具

25、有偶然性。但是，大量偶然事件中包含規(guī)律性是必然的。我們可以用概率的方法來(lái)表示隨機(jī)事件發(fā)生的可能性大小。即我們雖無(wú)法確切地知道產(chǎn)品出現(xiàn)失效的時(shí)間，但我們可以求出產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間和條件下完成規(guī)定功能的可能性大小。2 可靠性的主要指標(biāo)電子產(chǎn)品功能的發(fā)揮，在很大程度上取決于產(chǎn)品可靠性的高低。在可靠性理論中，描述可靠性的特征量有許多種，這里給出可靠性的最基本的幾個(gè)指標(biāo)。（1）可靠度（正常工作概率） 可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間完成規(guī)定功能的概率。顯然，可靠度是可靠性的定量表示。通常用R(t)表示。R(t)= 100% （1.1）式中 R(t)產(chǎn)品在時(shí)間t正常工作的概率； N試驗(yàn)樣品數(shù)； n 規(guī)定時(shí)

26、間t的故障數(shù)；（N - n）規(guī)定時(shí)間t仍然完好的產(chǎn)品數(shù)?？煽慷鹊奈锢硪饬x是：到某個(gè)試驗(yàn)期時(shí)，仍然完好的產(chǎn)品數(shù)與試驗(yàn)產(chǎn)品總數(shù)的比例，即完好產(chǎn)品（不失效）的概率。試驗(yàn)樣品按規(guī)定抽取，不可能無(wú)窮多，有足夠數(shù)量即可。在1.1式中，當(dāng)t=0時(shí)，表示產(chǎn)品試驗(yàn)或工作初期，R(0)=1，表示產(chǎn)品全部完好；當(dāng)t=，即產(chǎn)品試驗(yàn)或工作了無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)間， R()=0，表示產(chǎn)品全部達(dá)到壽命終止期。顯然，0R(t)1 ，R(t)越接近1，表示可靠度越大。（2）故障率 故障率是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間，失去規(guī)定功能的概率。通常用F(t)表示。 F(t)= 100% （1.2）F(t)越接近1，表示產(chǎn)品故障率越高。F(t)

27、與R(t)是對(duì)立事件，二者的關(guān)系是： F(t)+R(t)=1 （1.3）（3）失效率（瞬時(shí)失效率） 失效率是指產(chǎn)品工作到t時(shí)刻后的一單位時(shí)間的失效數(shù)與在t時(shí)刻尚能正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。用(t)表示，即 (t)= （1.4）式中 N試驗(yàn)樣品數(shù)； t實(shí)驗(yàn)時(shí)的測(cè)試時(shí)間間隔，單位為小時(shí)（h） n(t)時(shí)間從0到t時(shí)的失效數(shù)； n(t+t)時(shí)間從0到（t+t）時(shí)的失效數(shù)； n(t+t) n(t)t時(shí)刻后，在t時(shí)間間隔的失效數(shù)； N n(t)時(shí)刻t時(shí)尚能正常工作的產(chǎn)品數(shù)。失效與產(chǎn)品的可靠度有密切聯(lián)系。一般情況下，當(dāng)為常數(shù)時(shí)，失效率與可靠度R(t)滿足 R(t) = e-t （1.5）即失效率越低，可靠度越

28、高。(t)用單位時(shí)間的百分?jǐn)?shù)表示，用110-6/1000h（或110-9/h）作為失效率單位，即100萬(wàn)個(gè)元件工作1000小時(shí)后出現(xiàn)一個(gè)失效元件，稱為1菲特。失效率等級(jí)劃分如表1.3表示。（4） 平均壽命（平均正常工作時(shí)間）平均壽命是指產(chǎn)品正常工作的平均時(shí)間；對(duì)不可修復(fù)產(chǎn)品，是指產(chǎn)品失效前的平均工作或貯存時(shí)間；對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品，平均壽命是指相鄰兩次故障間的平均時(shí)間。平均壽命可表達(dá)為： t=ti/N （1.6）式中 t平均壽命； ti試驗(yàn)樣品數(shù)正常工作時(shí)間之和； N試驗(yàn)樣品數(shù)（對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品，N是試驗(yàn)樣品中的維修總次數(shù)）。表1.3 失效率等級(jí)名 稱符 號(hào)最大失效率(1/h)名 稱符號(hào)最大失效率(1/h

29、)亞五級(jí)Y310-5八 級(jí)B110-8五 級(jí)W110-5九 級(jí)J110-9六 級(jí)N110-6十 級(jí)S110-10七 級(jí)Q110-73 可靠性的分類（1）固有可靠性 固有可靠性是指產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造時(shí)在的可靠性。對(duì)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的復(fù)雜程度、電路和元器件的選擇與使用、元器件的工作參數(shù)及其可靠度，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造工藝等影響產(chǎn)品的固有可靠性。對(duì)于元器件來(lái)說(shuō)，原料品質(zhì)、制造工藝、工作參數(shù)等影響固有可靠性。電子產(chǎn)品的固有可靠性在很大程度上依賴于元器件的可靠性。產(chǎn)品越復(fù)雜，所用元器件越多，產(chǎn)品固有可靠性越低。（2）使用可靠性 使用可靠性是指使用和維護(hù)人員對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響。它包括使用與維護(hù)的程序是否正確

30、、設(shè)備選用是否合理，操作方法是否得當(dāng)以及其它人為的因素。使用可靠性在很大程度上依賴于使用設(shè)備的人。熟練而正確的操作，及時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)都能顯著提高使用可靠性。（3）環(huán)境適應(yīng)性 環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品所處的環(huán)境條件對(duì)可靠性的影響。提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，主要是對(duì)設(shè)備采取各種有效的防護(hù)措施。4 可靠性設(shè)計(jì)的基本原則（1）設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)化 在滿足產(chǎn)品性能的要求下，要盡量減化設(shè)計(jì)方案，減少所用元器件的數(shù)目，選用可靠性高的元器件，盡可能降低元器件的使用應(yīng)力強(qiáng)度（降額使用），這是提高電子產(chǎn)品可靠性的重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)階段一定要按可靠性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）注意可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系 產(chǎn)品的可靠性提高，將造成生產(chǎn)和科研費(fèi)用

31、增加，即生產(chǎn)成本提高，但使用和維修費(fèi)用將隨可靠性提高而降低，因此總的費(fèi)用不一定增加。若降低產(chǎn)品可靠性，雖然研制、生產(chǎn)費(fèi)用下降了，但其使用和維修費(fèi)將上升，總費(fèi)用仍有可能增加。（3）可靠性與可維修性 考慮電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮可維修（4）加工工藝的可靠性 工藝加工必須保證產(chǎn)品元器件在加工過(guò)程中，不致受到熱力、機(jī)械的和電氣的損傷，并嚴(yán)格按照工藝文件的要求進(jìn)行加工。應(yīng)當(dāng)把可靠性設(shè)計(jì)與加工的可靠性密切配合起來(lái)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。關(guān)于加工工藝的要求，在以后各章中均有涉及，在此不再贅述。（5）充分考慮元器件和產(chǎn)品的可靠性，適當(dāng)采用余度設(shè)計(jì)和備份設(shè)計(jì)。152 元器件可靠性與產(chǎn)品可靠性1 元器件的可

32、靠性元器件的可靠性通常用失效率來(lái)表征。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，普通元器件和半導(dǎo)體元器件的失效規(guī)律不盡相同。（1）元器件的失效規(guī)律普通電子元器件的失效規(guī)律如圖1.2所示，這就是常說(shuō)的船形曲線或浴盆曲線，它分為三個(gè)階段： 圖1.2 典型普通元器件失效曲線在使用的早期，由于設(shè)計(jì)、制造上的缺陷而發(fā)生的失效叫做早期失效，對(duì)應(yīng)的失效期為早期失效期。這個(gè)時(shí)期失效高，但隨元件的工作時(shí)間的增加而失效率迅速降低；在早期失效之后，進(jìn)入偶然失效期，也稱隨機(jī)失效期。此時(shí)，失效率是常數(shù)，且較低，偶然失效期是元件使用的壽命期；在產(chǎn)品使用的后期，進(jìn)入老化失效期，失效率迅速上升，產(chǎn)品報(bào)廢。通過(guò)對(duì)原材料和生產(chǎn)工藝加強(qiáng)檢驗(yàn)、質(zhì)量控制和對(duì)元器件進(jìn)

33、行篩選老化，可以大大降低早期失效率。研究偶然失效期對(duì)實(shí)踐指導(dǎo)最有意義，電子設(shè)備的所有元器件和組件都應(yīng)工作在失效率較低的偶然失效期,盡量避免工作在耗損失效期。（2）一般元器件的可靠性通常用失效率表示。元器件工作在偶然失效期，其失效率為常數(shù)，由（1.5）式，其可靠度為：R(t)=e-t 元器件可靠性與使用條件有密切關(guān)系，使用條件包括工作環(huán)境條件和負(fù)荷條件。一般說(shuō)來(lái)，元器件所處的條件越惡劣，其失效率越高，因此，元器件一般都是降額使用，使其失效率降低，延長(zhǎng)工作壽命，提高可靠性。所謂降額使用就是元器件的額定參數(shù)要高于使用參數(shù)。但并不是說(shuō)所有元器件都是減額越多越好，如繼電器減額則吸引力減少，氧化膜磨不掉，

34、可靠性降低。所以降額使用要根據(jù)具體的元器件區(qū)別對(duì)待。2 系統(tǒng)可靠性一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可以由多個(gè)子系統(tǒng)或部件組成。而每一個(gè)子系統(tǒng)或部件又由多個(gè)元器件組成。我們可以根據(jù)元器件的可靠性求得系統(tǒng)可靠性，也可以根據(jù)系統(tǒng)可靠性分配各子系統(tǒng)的可靠性。（1） 串聯(lián)系統(tǒng)設(shè)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)C，可以由多個(gè)子系統(tǒng)或部件A1A2A3An組成，只要任何一個(gè)Ai失效，則C失效；若要C可靠，則Ai 必須全部可靠。這樣的系統(tǒng)C的可靠性為R(C)=R(A1)R(A2)R(A3)R(An)= （1.7）由于R(Ai)1，所以相乘項(xiàng)越多，則積越小，因此，為提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)盡量減少串聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)目。（2）冗余系統(tǒng)（備份系統(tǒng)）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠

35、度低于各子系統(tǒng)的可靠度，當(dāng)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)不能滿足預(yù)定要求時(shí)，可以采用備份元件或備份系統(tǒng)的方法提高可靠性，稱為冗余系統(tǒng)或備份系統(tǒng)。冗余系統(tǒng)只在極端重要的場(chǎng)合（如導(dǎo)彈發(fā)射與制導(dǎo)、衛(wèi)星系統(tǒng)等）或元件可靠性滿足不了系統(tǒng)要求時(shí)才采用。并聯(lián)系統(tǒng)是最常見(jiàn)的冗余系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是只要系統(tǒng)中任何一元件（或子系統(tǒng)）可靠，則系統(tǒng)就可靠，只有所有元件（或子系統(tǒng)）全部失效時(shí)，系統(tǒng)才失效?？梢?jiàn)，備份越多，可靠性越高，但設(shè)備費(fèi)用卻成倍增加，因此，可靠性的提高，要著重提高基礎(chǔ)件（或子系統(tǒng)）的可靠性，而不提倡采用備份。16 提高電子產(chǎn)品可靠性的方法電子產(chǎn)品是由電子元器件、組件、部件按照一定的工藝要求組合起來(lái)的，電子產(chǎn)品的可

36、靠性的基礎(chǔ)是電子元器件的可靠性，電子元器件的正確選用、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有效的防護(hù)措施是保證電子產(chǎn)品可靠性最有效的辦法。本節(jié)主要從上述幾方面介紹提高電子產(chǎn)品可靠性的方法。151 正確選用電子元器件1選用電子元器件的原則（1）根據(jù)電性能指標(biāo)和使用條件選用合適的元器件，使用條件不得超過(guò)元器件參數(shù)和環(huán)境條件，并留有富余量；（2） 盡可能地壓縮元器件的品種和規(guī)格數(shù)量，提高它們的復(fù)用率；（3）除特殊情況外，所有電子元器件都要按不同要求進(jìn)行可靠性篩選，然后才能用到電子產(chǎn)品中去；（4）仔細(xì)分析比較同類元器件的差異，擇優(yōu)選用，并注意積累元器件在使用中的性能與可靠性方面的依據(jù)，作為以后選用的重要依據(jù)。2選用電子元

37、器件的方法對(duì)電子元器件進(jìn)行篩選，就是要從一批元器件中選出可靠性較高的元器件，淘汰那些有潛在缺陷而導(dǎo)致早期失效的元器件，這對(duì)提高電子產(chǎn)品的可靠性有重要意義?？紤]到技術(shù)困難和經(jīng)濟(jì)合理性，我們必須精心選擇應(yīng)力條件和篩選方法，用最經(jīng)濟(jì)有效的方法達(dá)到規(guī)定的可靠性。（1）按復(fù)雜程度可分為：分布截尾篩選法：篩選掉參數(shù)偏離標(biāo)稱值過(guò)大的產(chǎn)品。應(yīng)力強(qiáng)度篩選法：對(duì)產(chǎn)品施加各種應(yīng)力條件后進(jìn)行測(cè)試挑選。老煉篩選：在規(guī)定的時(shí)間對(duì)產(chǎn)品施加各種應(yīng)力條件后進(jìn)行測(cè)試挑選。線性鑒別篩選：類似于老煉篩選，但要運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)進(jìn)行判別。精密篩選：在接近于產(chǎn)品使用條件下進(jìn)行長(zhǎng)期老煉，并多次精確測(cè)定參數(shù)變化量，從中進(jìn)行挑選和預(yù)測(cè)。在以上五

38、種方法中，前兩種方法簡(jiǎn)便易行，但效果差。目前主要用老煉篩選法。（2）按照施加應(yīng)力手段不同，篩選可分為：壽命篩選、環(huán)境應(yīng)力篩選、密封性篩選、檢查性篩選等。152 電子元器件的降額使用降額使用就是元器件在低于其額定值的應(yīng)力條件下工作，是提高電子產(chǎn)品可靠性的最有效措施之一。對(duì)元器件有影響的應(yīng)力包括：時(shí)間、溫度、濕度、腐蝕、機(jī)械應(yīng)力和電應(yīng)力，合理的降額可以大幅度地減少元器件的失效。1電阻器的降額使用要點(diǎn)元器件實(shí)際使用時(shí)的參數(shù)與額定值的比值為降額系數(shù)，用S表示。電阻器的降額系數(shù)S一般取0.10.6，環(huán)境溫度一般低于60，低于45最好。當(dāng)S0.1時(shí)，發(fā)熱量過(guò)小，潮氣不易驅(qū)，失效率反而提高?？勺冸娮杵魇?/p>

39、比固定電阻高12個(gè)數(shù)量級(jí)，一般少用。2電容器的降額使用要點(diǎn)電容器的使用溫度一般應(yīng)低于50，尤其是電解電容器更不宜在高溫下工作，電解電容器在低于-45使用時(shí)應(yīng)采用耐寒型。電容器的電壓降額系數(shù)S一般小于0.6，對(duì)于電解電容器S不得小于0.2，金屬化紙介電容器一般取0.50.8，小型云母電容器常出現(xiàn)低電平失效，所以交流運(yùn)作時(shí)S不得太小，其承受的電壓不低于100mV，否則應(yīng)選用其它類型的電容器。3半導(dǎo)體器件降額使用要點(diǎn)不同半導(dǎo)體器件的降額系數(shù)S的含義是不同的，如晶體三極管的S為實(shí)際功率與25時(shí)的最大額定功率之比，晶體二極管的S為平均正向電流與25時(shí)的最大額定正向電流之比，穩(wěn)壓管的S為實(shí)際耗散功率與25

40、時(shí)的最大額定功率之比，光電器件的S為實(shí)際耗散功率與25時(shí)最大額定功率乘以與最大允許結(jié)溫有關(guān)的修正系數(shù)之比。半導(dǎo)體器件的S一般取0.5以下，使用溫度低于50，鍺管還要低一點(diǎn)。表1.6是常用元器件的推薦降額使用圍，設(shè)計(jì)時(shí)可參考。表1.6 常用元器件的推薦降額圍元器件種類電阻器電容器半導(dǎo)體器件電感器繼電器接插件微電機(jī)容TSPTSVSPSVTSISISISP圍450.10.6500.60.50.71300.60.7白熾燈負(fù)載0.15電感性負(fù)載0.3同左0.30.8符號(hào)說(shuō)明：T工作溫度（）； SP功率降額系數(shù)；SV電壓降額系數(shù)；SI電流降額系數(shù)。153 采用冗余系統(tǒng)（備份系統(tǒng)）從上節(jié)已知，系統(tǒng)中串聯(lián)的元

41、件或子系統(tǒng)越多，其可靠性就越低；而當(dāng)采用冗余系統(tǒng)（備份系統(tǒng)）后，系統(tǒng)的可靠性將會(huì)提高。如圖1.7（a）所示并聯(lián)系統(tǒng)，只有當(dāng)構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系的A1 、A2 、An全部出故障系統(tǒng)才不能運(yùn)行，否則，只要A1 、A2 、An中有一個(gè)可以正常工作，系統(tǒng)都將會(huì)正常運(yùn)行下去。圖1.7（b）為一個(gè)待機(jī)系統(tǒng)，正常情況下A1執(zhí)行工作，當(dāng)A1出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)自動(dòng)接通，A2接替A1開(kāi)始工作，所以，只有A1 、A2均不正常時(shí)，系統(tǒng)才不能運(yùn)行。待機(jī)系統(tǒng)是由于A2一般情況下處等待狀態(tài)而得名，由于該系統(tǒng)增加了一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其可靠性的高低直接影響系統(tǒng)可靠性，應(yīng)選用可靠性較高的器件。154 采取有效的環(huán)境防護(hù)措施有效的環(huán)境設(shè)計(jì)可

42、以防止與減少溫度、潮濕、生物危害、機(jī)械振動(dòng)與沖擊、電磁干擾等對(duì)電子設(shè)備材料和器件的不良影響，達(dá)到提高電子設(shè)備的可靠性的目的。各種環(huán)境設(shè)計(jì)的原理與方法將在相關(guān)章節(jié)中介紹。155 進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)將電子設(shè)備置于模擬的工作環(huán)境或?qū)嶋H使用環(huán)境中、按照技術(shù)指標(biāo)的要求進(jìn)行試驗(yàn)，以考核其性能和可靠性。提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取有效的改進(jìn)措施，消除設(shè)計(jì)制造中存在的不可靠因素。環(huán)境試驗(yàn)可分為以下兩種：1 單項(xiàng)試驗(yàn)單項(xiàng)試驗(yàn)的目的是考核某項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定性。將設(shè)備置于人工模擬的工作環(huán)境中，按照技術(shù)指標(biāo)的要求，考核產(chǎn)品抵抗某項(xiàng)環(huán)境影響因素的能力。如耐溫、耐濕、耐壓、密封、耐振動(dòng)、耐沖擊等的穩(wěn)定性試驗(yàn)。2 綜合試驗(yàn)綜合試驗(yàn)的目的是考核

43、產(chǎn)品在綜合因素作用下所能達(dá)到的性能指標(biāo)。這種實(shí)驗(yàn)比較接近于實(shí)際使用情況，所以通過(guò)綜合試驗(yàn)，更能考核設(shè)備的真實(shí)可靠性。156 設(shè)置故障指示和排除系統(tǒng)為提高設(shè)備的可靠性，正確設(shè)置故障指示和排除系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化故障的判斷、查找，使故障的維修與排除變的迅速。具體做法有：采用故障檢測(cè)電路及故障預(yù)、報(bào)警裝置；采用插入單元和便于替換部件結(jié)構(gòu)；減少檢修通道上的障礙以便于維修；采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和快速拆卸結(jié)構(gòu)等。第二章 電子產(chǎn)品的防腐蝕設(shè)計(jì)21 概述211 腐蝕效應(yīng)1腐蝕的概念 材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用而發(fā)生性能下降、狀態(tài)改變、甚至損壞變質(zhì)的現(xiàn)象。2腐蝕的分類 根據(jù)被腐蝕材料的種類，可分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕兩大類。金

44、屬腐蝕：金屬與周圍環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞或變質(zhì)現(xiàn)象。按照腐蝕的機(jī)理分類，可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕主要為金屬在無(wú)水的液體和氣體以及在干燥的氣體中的腐蝕。物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用而引起的破壞，金屬與熔融液態(tài)金屬接觸引起的金屬溶解或開(kāi)裂就屬于物理腐蝕。電化學(xué)腐蝕是金屬與電解液發(fā)生作用所產(chǎn)生的腐蝕。其特征是腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，在金屬表面上有隔離的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，被腐蝕的是陽(yáng)極區(qū)。電化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象與原電池作用相似。電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見(jiàn)的金屬腐蝕，在造成電子設(shè)備故障的常見(jiàn)的原因中，金屬的電化學(xué)腐蝕是最常受到指責(zé)的因素。大多數(shù)電子設(shè)備的制造、

45、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用都是在地面或接近地面的地方進(jìn)行，因此金屬材料在潮濕大氣中的腐蝕破壞是電子設(shè)備防腐蝕設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。非金屬材料在化學(xué)介質(zhì)或化學(xué)介質(zhì)與其他因素（如應(yīng)力、光、熱等）共同作用下，因變質(zhì)而喪失使用性能稱為非金屬材料腐蝕。電子設(shè)備使用的非金屬材料，以有機(jī)高分子材料為最廣泛，如塑料、涂料、薄膜、絕緣材料等。高分子材料腐蝕的主要形式有老化、化學(xué)裂解、溶脹和溶解、應(yīng)力開(kāi)裂等。由于生物活動(dòng)而引起材料變質(zhì)破壞的現(xiàn)象通常稱為生物腐蝕，其中由于霉菌和其他微生物引起的腐蝕也稱為霉腐或霉變。212 腐蝕性環(huán)境因素凡是能夠作為腐蝕介質(zhì)引起材料腐蝕的環(huán)境因素，都可稱之為腐蝕性環(huán)境因素，主要有以下幾種：1 水

46、分。2 氧和臭氧。3 溫度。4 腐蝕性氣體。5 鹽霧。6 沙和灰塵。7 太陽(yáng)輻射。8 微生物額動(dòng)物。213 防腐蝕設(shè)計(jì)的基本要求實(shí)踐證明，采取恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，腐蝕是可以受到一定程度的控制，有些腐蝕事故是可以避免的。在防腐蝕設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮的主要因素有：電子設(shè)備可能遭遇的環(huán)境條件及主要的腐蝕性環(huán)境因素；對(duì)腐蝕損壞最敏感的部位（包括元器件、零部件和材料）；要求保護(hù)的程度（臨時(shí)性防護(hù)、可更換零件防護(hù)、高穩(wěn)定性永久性防護(hù)等）以及允許采用的防護(hù)手段。通過(guò)對(duì)各種因素的綜合分析，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的腐蝕類型和危險(xiǎn)性后果，從而 確定合理而有效的防腐蝕措施。防止電子設(shè)備腐蝕損壞的基本方法有以下幾種：1 采用高耐蝕性材

47、料；2 消除或削弱環(huán)境中的腐蝕性因素；3 對(duì)不耐蝕材料進(jìn)行耐蝕性表面處理；4 防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；5 電化學(xué)保護(hù)；企圖僅僅采用一種方法來(lái)達(dá)到防止腐蝕的目的是不切實(shí)際的。通常需要將幾種方法接合起來(lái)使用，以獲得經(jīng)濟(jì)而有效的結(jié)果。22 潮濕及生物危害的防護(hù)221 潮濕的防護(hù)1、潮濕的危害氣候條件對(duì)電子設(shè)備的影響是多方面的，但從設(shè)備產(chǎn)生故障的直接原因來(lái)看，潮濕是主要因素。潮濕對(duì)電子設(shè)備具有下列破壞作用：（1）引起金屬腐蝕及加快腐蝕速度。（2）使非金屬材料性能變壞、失效。一些吸濕較大的材料，吸濕后發(fā)生溶脹、變形、強(qiáng)度降低乃至產(chǎn)生機(jī)械性破損。此外，水分附著在材料表面或滲入部，使材料表面電導(dǎo)率增加，體積電阻降低

48、，造成短路、漏電和擊穿，介質(zhì)損耗增大。潮濕也是使油漆涂覆層起泡，脫落從而失去其保護(hù)作用的一個(gè)重要因素。（3）水是一種極性介質(zhì)，能夠改變電氣元件的參數(shù)，例如水附著在電阻器上，會(huì)形成一漏電通路，相當(dāng)于在電阻器上并聯(lián)一可變電阻。（4）在一定溫度條件下，潮濕有利于霉菌的生長(zhǎng)繁殖，引起非金屬材料的霉?fàn)€。（5）當(dāng)溫度升高或空氣中含有雜質(zhì)（如灰塵、鹽分等）時(shí)，潮濕的影響和危害將加劇。2、吸濕機(jī)理 處在潮濕空氣中的物體，由于空氣中的水分在熱的作用下蒸發(fā)形成水蒸汽，水蒸氣的分子運(yùn)動(dòng)，必然有一部分水分子被吸附在物體表面上，形成了一層水膜，隨著空氣相對(duì)濕度增高，水膜厚度亦增大。一切物體的吸濕，都是由這層水膜引起的。

49、 物體的吸濕有以下四種形式：（1）擴(kuò)散 在高濕環(huán)境下，由于物體本身和周圍環(huán)境的水汽壓力差較大，水分子在壓力差的作用下，向物體部擴(kuò)散，使水分子進(jìn)入物體部。擴(kuò)散隨著溫度增高而加劇。（2）吸收 有些材料本身具有縫隙和毛細(xì)孔，當(dāng)物體處于潮濕空氣中時(shí)，材料表面的水分子由于毛細(xì)作用，進(jìn)入材料部。（3）吸附 由于物體表面分子對(duì)水分子具有吸引力，當(dāng)物體處于潮濕空氣中時(shí)，水分子就會(huì)吸附到物體表面上，形成一層水膜。（4）凝露 當(dāng)物體表面溫度低于周圍空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中的水蒸汽便會(huì)在物體表面上凝結(jié)成水珠，形成一層很厚的水膜。在高低溫交變循環(huán)下，可能造成物體部的凝露，嚴(yán)重時(shí)造成物體部積水。 擴(kuò)散和吸收使水分子進(jìn)入

50、材料部，因而會(huì)使材料的體積電阻率下降，水分子以擴(kuò)散和吸收的形式進(jìn)入材料部的程度，可以用吸濕性（吸潮性）和透濕性等指標(biāo)表示。 吸附和凝露會(huì)使材料表面形成一層水膜，造成材料表面電阻率下降。材料表面是否被水潤(rùn)濕，對(duì)材料表面電阻率有很大的影響，一般來(lái)講，材料表面被水潤(rùn)濕的程度越大，其表面電阻率下降也越大，材料表面被水潤(rùn)濕的程度可用潤(rùn)濕角來(lái)表征。當(dāng)潤(rùn)濕角900時(shí)，材料可被認(rèn)為是親水性的，即物體表面對(duì)水分子的吸引力大于水的表面力。親水性物體使水在物體表面上連成一片水膜。當(dāng)潤(rùn)濕角900時(shí)，則被認(rèn)為是憎水性的，即物體表面對(duì)水分子的吸引力小于水的表面力。憎水性物體使水在物體表面上收縮成不相連接的小水珠，物體表面

51、不易潤(rùn)濕，水分子不易滲入物體部。而且，角越大，表示物體的憎水性越強(qiáng) 以上四種吸濕形式可能同時(shí)出現(xiàn)，也可能只出現(xiàn)某一二種，這要根據(jù)具體情況而定。3、防潮濕措施 防潮濕措施首先是合理地選用材料，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，性能要求和經(jīng)濟(jì)性的情況下，應(yīng)采用耐腐蝕、耐濕、化學(xué)性能穩(wěn)定的材料，同時(shí)采取表面憎水處理、浸漬、灌封、密封等方法。（1）憎水處理親水性物質(zhì)的吸濕性、透濕性大，可以通過(guò)憎水處理改變其親水性，使它的吸濕性和透濕性降低。方法是把硅有機(jī)化合物盛在容器中，放到加熱器中加熱到5070，讓其揮發(fā)，被處理的元器件和零件在有機(jī)硅蒸汽中吸收有機(jī)硅分子，然后在180200的環(huán)境中烘烤，有機(jī)硅分子滲入元器件和零件所有

52、的毛細(xì)孔和縫隙并與水分子化合，在元器件和零件表面形成憎水性的聚硅烷膜。（2）浸漬和蘸漬 浸漬是將被處理的元器件和零件浸入絕緣漆中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使絕緣漆進(jìn)入元器件和零件的毛細(xì)孔、縫隙以及結(jié)構(gòu)中的空隙，從而提高了元器件和零件的防潮濕性能。浸漬有一般浸漬和真空浸漬兩種，真空浸漬的效果高于一般浸漬。經(jīng)浸漬處理后的元器件和零件除了具有良好的防潮濕性能外，還能提高纖維絕緣材料的抗電強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性，提高元器件和零件的機(jī)械強(qiáng)度，改善了傳熱性能。 蘸漬是把被處理的元器件和零件短時(shí)間（幾秒鐘）地浸泡在絕緣漆中，使元器件和零件表面上形成一層薄絕緣漆膜；也可以用涂覆的辦法在元器件和零件表面涂上一層絕緣漆膜。蘸漬適用于

53、敞開(kāi)式的整機(jī)、功能單元等，除了能防潮濕以外，還能增加元器件和零件的外形美觀。 蘸漬和浸漬的區(qū)別在于：蘸漬只是在材料表面上形成一層防護(hù)性能絕緣漆膜，而浸漬則是將絕緣漆深入到材料部，所以蘸漬的防潮濕性能比浸漬差。 常用的防潮漆有：環(huán)氧絕緣清漆、聚氨脂絕緣清漆、環(huán)氧聚酰胺絕緣清漆等。（3）灌封 灌封是用熱熔狀態(tài)的樹(shù)脂、橡膠等將元器件澆注封閉，形成一個(gè)與外界環(huán)境完全隔絕的獨(dú)立的整體。灌封除可保護(hù)電子元件避免潮濕和腐蝕外，還能避免強(qiáng)烈振動(dòng)、沖擊及劇烈溫度變化對(duì)電子元件的不良影響，以及提高抗振沖強(qiáng)度。但此法多適用于小型的單元、部件及元器件。灌封材料主要要應(yīng)具有優(yōu)異的粘附力，很小的透濕性、較高的軟化點(diǎn)以及優(yōu)

54、良的向物體縫隙的滲透能力。常用的灌封材料有：有機(jī)硅凝膠、有機(jī)硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等。（4）密封 密封是長(zhǎng)期防止潮氣影響的最有效方法。它就是將零件、元器件或一些復(fù)雜的裝置甚至整機(jī)安裝在不透氣的密封結(jié)構(gòu)中。此法造價(jià)較高，工藝較復(fù)雜。作為防潮濕的輔助手段，有時(shí)可對(duì)某些設(shè)備采用定期通電加熱的方法來(lái)驅(qū)除潮氣，也以用吸潮劑吸掉潮氣。222 生物危害的防護(hù)1、霉菌的滋生及其危害性 （1）霉菌特性霉菌屬于細(xì)菌中的一個(gè)系列，它能在土壤里及一切有機(jī)材料和有些無(wú)機(jī)材料的表面上滋生和繁殖霉菌的孢子很小（小于1m），極易隨空氣侵入設(shè)備部，因此，凡是空氣可以進(jìn)入的設(shè)備中，所有的零件都有可能受到霉菌孢子的污染。此外，各種昆蟲和塵埃也都是傳播孢子媒介。霉菌在生長(zhǎng)和繁殖過(guò)程中需要水分、氧氣以及碳、氫元素和微量磷、鎂、鉀、鈣等元素作為其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。霉菌孢子只有在潮濕的情況下，才能生長(zhǎng)；只有在有水的情況下，霉菌才能進(jìn)行一系列的新代作用。一般情況下，當(dāng)空氣中的相對(duì)濕度低于65%時(shí)，霉菌極難生長(zhǎng)，而在潮濕的環(huán)境中，霉菌生長(zhǎng)旺盛；但當(dāng)空氣中的相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)，物體的表面將凝聚一層水膜，對(duì)霉菌的生長(zhǎng)亦不利。氧氣是霉菌生命過(guò)程中進(jìn)行呼吸作用的必需物質(zhì)，停止供給新鮮氧氣，霉菌的生長(zhǎng)就會(huì)終止。對(duì)于霉菌所需的其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在電子設(shè)備中的許多非金屬材料中都能得到滿足。 霉菌生長(zhǎng)和繁殖最適宜的溫度圍是2030，溫度高于