電子產品結構工藝

1、l一、電子產品的特點l二、電子產品工藝與生產電子產品工藝與生產 l三、電子產品的結構工藝發(fā)展簡況電子產品的結構工藝發(fā)展簡況 l四、本課程的任務本課程的任務l電子產品具有“輕、薄、短、小”的特點 l電子產品使用廣泛 l電子產品的可靠性要求高 l電子產品的精度要求高 ，控制系統(tǒng)復雜 下一頁 上一頁 返回l任何電子產品都要經過千百道生產工序才能完成，而每一道生產工序都要按照特定的工藝規(guī)程方法進行。l一個工廠的狀況正是該廠生產管理狀況的概括。也即是說：生產方式的優(yōu)劣就是這個企業(yè)優(yōu)劣。 l工藝工作是企業(yè)生產技術的中心環(huán)節(jié)，是組織生產和指導生產的一種重要手段。其內容是組織和指導符合設計要求的加工生產，直到

2、包裝出廠為止而采取的一切必要的技術和管理措施。下一頁 上一頁 返回l早期的電子產品結構，采用木箱結構，電氣元件固定在一塊絕緣板上，并水平地放在一個木箱上，主要電氣元件都在絕緣的外邊，箱內主要用裸導線連接，安裝方式為螺釘連接。 l在20世紀20年代，由于真空二、三極管的出現(xiàn)，大大推動了電子技術的發(fā)展，以電子管為中心的電子技術得到廣泛應用，這時的電子產品為一塊水平底板放在箱中，箱前安裝一塊裝有調節(jié)旋鈕的膠木板 。l在20世紀30年代，電子產品的外殼采用了金屬材料，產品結構的布局由一個水平放置金的金屬底板及一個垂直放置的面板構成，各種元器件通過絕緣座或絕緣支撐布置在金屬底板的上面，把阻容元件及其之間

3、的連線布置在底板下面，在面板上放置控制器、顯示器及輸入、輸出的接線端子，外面配上機箱。 l在20世紀40年代，較為復雜的電子產品問世，出現(xiàn)了將復雜的設備分為若干簡單部件及樹立起結構級別的先進想法。 下一頁 上一頁 返回l進入20世紀50年代，由于晶體管的出現(xiàn)及應用，使電子技術發(fā)生了一場革命 ，導致了單、雙面印制電路板的大量使用，同軸電纜和微帶傳輸線的應用。 l從20世紀60年代開始，電子元器件出現(xiàn)了飛速的發(fā)展，大約每隔10年就有一次飛躍。在20世紀80年代，大規(guī)模集成電路及超大規(guī)模集成電路已經出現(xiàn)，在電子產品為提高可靠性，降低能耗和成本，大量采用集成電路及高密度印制電路板，這就是現(xiàn)在稱之為的微

4、型電子產品，使電子產品向固體化，小型化，高可靠性和多功能等方向的發(fā)展，產品結構也隨之向更高層次過渡。 下一頁 上一頁 返回l電子產品結構工藝對于從事電子產品設計與制造的人員是很重要的。 l電路設計與結構設計關系十分密切。l掌握和了解結構工藝的知識，不僅對電路設計有益，而且對解決在設計過程中可能出現(xiàn)的電路與結構的矛盾，密切與結構設計人員的配合，也是很有益的。 l本課程所涉及的知識面較廣，在學習本課程之前，應具備理化基本知識，機械基礎、電子線路及有關專業(yè)方面的知識。l在學習過程中，要多接觸生產實際，把實際知識與書本結合起來，才能學好這門課。 上一頁 返回l一、工作環(huán)境對電子產品的要求工作環(huán)境對電子

5、產品的要求l二、電子產品的生產要求電子產品的生產要求l三、電子產品的使用要求電子產品的使用要求 l下一頁 l氣候條件對電子產品的要求氣候條件對電子產品的要求l機械條件對電子產品的要求機械條件對電子產品的要求 l電磁干擾對電子產品的要求電磁干擾對電子產品的要求 下一頁 上一頁 返回l氣候條件主要包括溫度、濕度、氣壓、鹽霧、大氣污染、灰塵砂粒及日照等因素。 l它們對產品的影響主要表現(xiàn)在使電氣性能下降、溫升過高、運動部位不靈活、結構損壞，甚至不能正常工作 。l要求采取散熱措施，限制電子產品工作時的溫升，保證在最高工作溫度條件下，并要求電子產品耐受高低溫交變循環(huán)時的冷熱沖擊。l要求采取各種防護措施，防

6、止潮濕、鹽霧、大氣污染等氣候因素對電子產品內元器件及零部件的侵蝕和危害。 下一頁 上一頁 返回l機械條件是指電子產品在使用和運輸過程中，所受到的振動、沖擊、離心加速度等機械作用。l它對電子產品的影響主要是：元器件損壞失效或電參數(shù)改變；結構件斷裂或變形過大；金屬件的疲勞等。 l要求采取減振緩沖措施，確保產品內的電子元器件和機械零部件在受到外界強烈震動和沖擊下不致變形和損壞。l要求提高電子產品的耐沖擊、耐振動能力，保證電子產品的可靠性。 下一頁 上一頁 返回l電子產品工作的周圍空間充滿了由于各種原因所產生的電磁波，造成外部及內部干擾。l外部干擾有：自然的宇宙和天電干擾；人為的電臺的干擾，電火花或電

7、弧干擾。內部干擾有：固有的天線、電源、晶體管的熱騷動、線圈的磁場等；人為的由于設計不當引起各種寄生耦合。l電磁波干擾的存在，使產品輸出噪聲增大，工作不穩(wěn)定，甚至完全不能工作。l結構上要求采取各種屏蔽措施，提高產品的抗電磁干擾能力。 下一頁 上一頁 返回l產品中的零件、部件、元器件的品種和規(guī)格應可能地少，盡量使用通用的零部件或產品。 l產品中的機械零部件，必須具有較好的結構工藝，能夠采用先進的工藝方法和流程。 l產品中的零部件、元器件及其各種技術參數(shù)、形狀、尺寸等應地標準化。l應盡可能少用或不用貴重材料，立足于使用來源多、價格低的材料。 l產品（含零部件）的加工精度和技術條件要求要相適應，不允許

8、無根據(jù)地追求高精度。 下一頁 上一頁 返回 l使用經濟性包括產品在使用、貯存和運輸過程中所消耗的費用。 l生產經濟性是指生產成本。它包括生產材料費用、工資和附加費用、管理費用等。 l產量的大小決定著生產的規(guī)模、生產方式的類型和生產經濟性。l合理選擇原材料和元器件，以求降低產品的生產成本。 l合理的結構，使產品具有良好的使用性能和維修性能，從而降低費用。 下一頁 上一頁 返回 l產品體積與重量的要求產品體積與重量的要求 l產品的操作要求產品的操作要求 l產品的操維修要求產品的操維修要求 下一頁 上一頁 返回l電子產品的用途對體積重量的要求 l運載工具對體積重量的要求 l機械負荷對體積重量的要求

9、l經濟因素對體積重量的要求 下一頁 上一頁 返回l為操縱者創(chuàng)造良好的工作條件 l產品操作簡單，能盡快進入工作狀態(tài)。 l產品安全可靠，有保險裝置。 l控制機構輕便，盡可能減少操縱者的體力消耗。下一頁 上一頁 返回 l便于打開維修和方便更換備用件 l可調元件、測試點應布置在產品的同一面；經常更換的元器件以及易損元件應布置在易于拆裝的部位。l元器件的組裝密度不宜過大 。l產品最好具備監(jiān)測裝置和故障預報裝置，能使操縱者盡早地發(fā)現(xiàn)故障或預測失效元器件，及時更換維修，以縮短維修時間并防止大故障出現(xiàn)。 上一頁 返回l可靠性概念可靠性概念 l可靠性的主要指標可靠性的主要指標 l可靠性分類可靠性分類 l可靠性設

10、計的基本原則可靠性設計的基本原則 l提高電子產品可靠性的途徑提高電子產品可靠性的途徑 l可靠性是指產品在規(guī)定的時間內和規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。 l規(guī)定的時間：產品經過老化后，有一個較長的穩(wěn)定使用期，以后隨著時間的延長可靠性下降，時間越長，可靠性越低。 l規(guī)定條件：是指使用時的應力條件（電氣的和機械的）、工作環(huán)境和維護條件、貯存條件等。規(guī)定條件不同，產品的可靠性也不同。 l規(guī)定的功能：是指完成規(guī)定的所有功能，而不是其中一部分。 l可靠度指產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的概率。 l (t)= l式中 試驗樣品數(shù)； n 規(guī)定試驗時間t內故障數(shù)。 %100NnNl故障率是指產品在

11、規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，失去規(guī)定功能的概率。l故障率與可靠度是對立事件。l（t）+ （t）= 1l（t）= n/N100% l平均壽命對不可修復的產品，它是指產品失效前的工作或儲存的平均時間。 l MTTF=l對可修復的產品而言，平均壽命是指相鄰兩次故障間隔的工作時間的平均值，即平均無故障工作時間。l MTBF= l式中 總運行時間； ti 第i個產品無故障工作時間。 NiitN11NiiNiinTnT11l失效率是指產品工作到t時刻后的一個單位時間（t到t+1）內的失效數(shù)與在t時刻尚能正常工作的產品數(shù)之比。 l(t)= l式中試驗樣品數(shù)；n(t)到時刻t 時的失效數(shù)；n(t+t)t時刻后，在

12、t時間間隔內失效數(shù)。 ttnNtnttn)()(l失效密度是單位時間內失效產品數(shù)與受試驗產品的起始數(shù)（總數(shù)）之比。 l f(t)=ll式中n(t)在t時間內，失效的產品數(shù)； 試驗樣品數(shù)。 tNtn)(l該項指標反映了產品的可維修度，是指平均一次故障所需的修復時間。 l MTTR=l式中n故障次數(shù)；l R修復時間總和。 nTnTNiRiR1l一、固有可靠性l二、使用可靠性使用可靠性 l三、環(huán)境適應性環(huán)境適應性 l固有可靠性是指產品在設計、制造時內在的可靠性。 l影響固有可靠性的因素主要有產品的復雜程度，電路和元器件的選擇與應用，元器件的工作參數(shù)及其可靠程度，機械結構和制造工藝等。 l產品的固有可

13、靠性在很大程度上依賴于元器件的可靠性。 l產品越復雜所用的元器件越多，則產品的固有可靠性越低。 l使用可靠性是指使用和維護人員對產品可靠性的影響，它包括使用與維護的程序及產品使用操作方法正確性以及其他人為的因素。 l使用可靠性在很大程度上依賴于使用產品的人。l熟練而正確的操作，及時的維護和保養(yǎng)，都能顯著提高使用的可靠性。 l環(huán)境適應性是指產品所處的環(huán)境條件對可靠性的影響。l包括環(huán)境溫度、濕度、氣壓、振動、沖擊、霉菌、煙霧、以及貯存和運輸條件的影響。l提高產品的環(huán)境適應性，主要是對產品采取各種有效的防護措施。 l電子產品可靠性設計是一個涉及面非常電子產品可靠性設計是一個涉及面非常廣泛的問題，它涉

14、及到系統(tǒng)的可靠性模廣泛的問題，它涉及到系統(tǒng)的可靠性模型，可靠度和維修的要求、預計和分配，型，可靠度和維修的要求、預計和分配，可靠性費用設計和各種保證系統(tǒng)可靠性可靠性費用設計和各種保證系統(tǒng)可靠性的技術措施。的技術措施。 l下一頁 l（1） 綜合利用硬件與軟件的功能，充分發(fā)揮軟件的功能，以減少硬件的數(shù)量。l（2） 對指標和性能的確定要合理，避免盲目追求高性能和高指標。l（3） 積極慎重地采用新技術、新器件。l（4） 盡量采用經過優(yōu)化設計和實際考驗的標準電路單元。l（5） 盡可能采用集成度高的集成電路。l（6） 對數(shù)字邏輯電路要進行簡化設計。l（7） 盡可能采用數(shù)字電路來代替線性電路。下一頁 上一頁

15、 返回l為了提高產品的可靠性，就要在材料、工藝、設備和管理等方面采取相應措施，這就導致生產和科研費用的增加，但使用維護費用卻隨著可靠性的提高而降低，因而總的費用卻不一定增加。如果可靠性指標定得適當，總費用可達最低水平。反之，若可靠性指標低，就必須增大使用和維修費用，總費用仍有可增加，使經濟性變差。 下一頁 上一頁 返回 可靠性與經濟性的關系曲線 下一頁 上一頁 返回l元器件可靠性通常是用失效率來表征。 l普通電子元器件有相似的失效規(guī)律，常用失效率與工作時間的關系曲線來表征。 下一頁 上一頁 返回l早期失效期：由于設計、制造上的缺陷等原因而發(fā)生的失效叫早期失效。 l對元器件進行篩選老化，可使其早

16、期失效大大降低。 l偶然失效期：產品因偶然因素發(fā)生的失效叫偶然失效。其特點是失效率低而基本穩(wěn)定，可以認為失效率是一個常數(shù)，與時間無關。是元器件的使用期。l耗損失效期：產品在使用的后期，由于老化、疲勞、耗損等原因引起的失效叫耗損失效。 l下一頁 上一頁 返回l元器件的可靠性通常用失效率來表征。由于元器件都工作在偶然失效期，其失效率為常數(shù)，即（t）=常數(shù)l則可靠性用可靠度R(t)表示為：R(t)=e-t l產品可靠性：一個產品可以看成是一個系統(tǒng)，是由若干個子系統(tǒng)組成，而每個子系統(tǒng)又由許多元器件組成?？筛鶕?jù)元器件的可靠性求得系統(tǒng)的可靠性，也可根據(jù)系統(tǒng)的可靠性求得各子系統(tǒng)（或元器件）的可靠性。l下一頁

17、 上一頁 返回l可維修是指產品零部件、元器件經修理使之維持可靠性而采取的措施。l用有效工作時間比例A來表征可維修性 。l產品設置的安全裝置屬于可維修性的內容。l下一頁 上一頁 返回l工藝加工必須嚴格按照工藝文件的要求進行加工，并保證產品元器件在加工過程中，不致受到熱力的、機械的和電氣的損傷。l元器件篩選應按篩選工藝操作，不應過溫篩選，以免損傷元器件。l采取必要的措施，保證產品表面不受機械傷和化學腐蝕。l用必要的工藝裝置來滿足產品加工過程中各種電氣指標的測試要求，使之達到最佳狀態(tài)，以免受電氣的沖擊或過載的影響。 l下一頁 上一頁 返回l從產品設計制造方面提高可靠性從產品設計制造方面提高可靠性l從

18、使用方面提高可靠性從使用方面提高可靠性 l l下一頁 上一頁 返回l電子產品的可靠性主要取決于元器件的可靠性。l對元器件進行篩選是提高電子產品可靠性的一種行之有效的措施。l篩選的目的是選出可靠性較高的元器件，淘汰有潛在缺陷而導致早期失效的元器件。l除特殊情況外，所有元器件都應經過篩選取后，才能用到產品中去。l下一頁 上一頁 返回l根據(jù)電路性能的要求和工作環(huán)境條件選用合適的元器件，使用條件不得超過元器件電參數(shù)的額定值并留有足夠的富余量。l盡可能減少元器件的品種和規(guī)格數(shù)，提高復用率。l分析比較同類元器件在品種、規(guī)格、型號和制造廠商之間的差異，擇優(yōu)選用，并注意統(tǒng)計、積累在使用和驗收過程中元器件所表現(xiàn)出來的性能與可靠性方面的數(shù)據(jù)，作為以后選用的重要依據(jù)。下一頁 上一頁 返回l產品設計的目標應是最大限度地滿足用戶的要求，即以最低的購置費用，在盡可能長的時間內得