《電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝》說(shuō)課材料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝-第一章概述電子設(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，超小型化元器件和中大規(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)備具有不同于過去的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)可歸納

2、為以下幾方面：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，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)備的組裝密度較過去提高了很多。設(shè)備使用范圍廣，所處的工作環(huán)境條件復(fù)雜?，F(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。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)

3、和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都要作出較大的努力。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)

4、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，它的內(nèi)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，它的主要內(nèi)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。工藝工作按內(nèi)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

5、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要求，電路性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要通過具體的產(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)的內(nèi)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)的內(nèi)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

6、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)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)與制造工藝課程內(nèi)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)科的內(nèi)容，是一門綜合性的應(yīng)用型邊緣學(xué)科，作為一門課程，它的內(nèi)容只能涉及電子設(shè)備機(jī)構(gòu)與工藝的最基本內(nèi)容，具體包括以下內(nèi)容：電子設(shè)備的工作環(huán)境及其對(duì)設(shè)備的要求；可靠性及提高可靠性的方法；電子產(chǎn)品常用材料的防腐蝕措施；溫度對(duì)電子設(shè)備的影響及散熱方法；減振

7、緩沖原理及常用減振器的選用；電磁干擾及其屏蔽，接地技術(shù)；電子設(shè)備元器件布局與裝配；印制電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝；電子設(shè)備整機(jī)裝配與調(diào)試；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

8、的設(shè)備故障和失效可分為兩類：一類是功能故障，指設(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

9、環(huán)境下能正?？煽康毓ぷ?，設(shè)計(jì)和制造電子設(shè)備時(shí)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：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)過高，元器件工作溫度不超過允許溫度。（2）采取防護(hù)措施，保證設(shè)備內(nèi)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。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)備內(nèi)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。（

10、2）提高設(shè)備的耐振動(dòng)抗沖擊能力，保證其工作的可靠性。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。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

11、戰(zhàn)斗力有重要作用。研究電子設(shè)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

12、和擊穿。再次，緊湊性提高給生產(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

13、結(jié)構(gòu)；快速裝拆結(jié)構(gòu)；可換部件式結(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)具有過負(fù)荷保護(hù)裝置（如過電流、過電壓保護(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)。（

14、1）電子設(shè)備中的零部件、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

15、件）的加工精度的要求要與技術(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)性兩方面內(nèi)容。設(shè)備在使用、貯存和運(yùn)輸過程中所消耗的費(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

16、首要環(huán)節(jié)。（2）由產(chǎn)量確定產(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)，問題越早發(fā)現(xiàn)就能夠越早解決，其成本效益也就越高，問題對(duì)公司造成的損失也就越低。在電子生產(chǎn)管理上，曾有

17、學(xué)者做出這樣的預(yù)測(cè)，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10倍，而如果這設(shè)計(jì)問題沒法在試制時(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

18、向微型化、低價(jià)格、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)的顧客是內(nèi)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)

19、格和具體來(lái)說(shuō)，品質(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（RobustProcess）。而堅(jiān)固工藝是必須通過設(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范圍內(nèi)的變動(dòng)。堅(jiān)固的工藝是相

20、對(duì)的，所以一套設(shè)計(jì)規(guī)范也是有其針對(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)。1.4.2DFM涉及的內(nèi)容DFM涉及的內(nèi)容有以下一些方面，熱對(duì)產(chǎn)品的影響器件特性可檢查和可測(cè)試性對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)能力（穩(wěn)定性）耐腐蝕性可制造性、可維修性防靜電能力對(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)DFV價(jià)格設(shè)計(jì)DesignforValue(performan

21、ce/priceratio)DFR可靠性設(shè)計(jì)(DesignforReliability)DFM可制造性設(shè)計(jì)(DesignforManufacturability)DFA可裝配性設(shè)計(jì)(DesignforAssembly)DFT可測(cè)試設(shè)計(jì)(DesignforTestability)DFS可維護(hù)性設(shè)計(jì)(DesignforServicability)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)考慮何種內(nèi)容。設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容注意點(diǎn)電路DFV,DFM,DFT,DFRPCBDFA,DFM,DFT,DFR,DFS熱設(shè)計(jì)DFREMC,EMI,ESDDFT,DFR機(jī)械設(shè)計(jì)DFV,DFA,DFM,DFT,DF

22、R,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)內(nèi)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?；竟に嚶肪€的選取設(shè)備能力的考慮設(shè)備輔助工具的考慮工藝設(shè)計(jì)規(guī)范工藝參數(shù)的調(diào)制工藝管制及檢驗(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)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，完

23、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)內(nèi)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)過一個(gè)老化時(shí)間后，有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的穩(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)

24、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

25、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)間內(nèi)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內(nèi)正常工作的概率；N試驗(yàn)樣品數(shù)；n規(guī)定時(shí)間t內(nèi)的故障數(shù)；（N-n）規(guī)定時(shí)間t內(nèi)仍然完好的產(chǎn)品數(shù)。可靠度的物理意義是：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

26、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)間內(nèi)，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)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)間內(nèi)的失效數(shù)與在t時(shí)刻尚能正常工作的產(chǎn)品數(shù)

27、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)間間隔內(nèi)的失效數(shù)；Nn(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（

28、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)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)內(nèi)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

29、、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、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

30、，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

31、的可靠性工藝加工必須保證產(chǎn)品元器件在加工過程中，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)、

32、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)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

33、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，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。串聯(lián)系統(tǒng)設(shè)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)C，可以

34、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)是最常見的冗余系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是只要系統(tǒng)

35、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?？梢姡瑐浞菰蕉?，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

36、元器件參數(shù)和環(huán)境條件，并留有富余量；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

37、選法：篩選掉參數(shù)偏離標(biāo)稱值過大的產(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)間內(nèi)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

38、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)熱量過小，潮氣不易驅(qū)，失效率反而提高。可變電阻器失效率比固定電阻高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

39、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范圍，設(shè)計(jì)時(shí)可參考。表1.6常用元器件的推薦降額范圍元器件種類電阻器電容器半導(dǎo)體器

40、件電感器繼電器接插件微電機(jī)內(nèi)容TSPTSVSPSVTSISISISP范圍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

41、況下A1執(zhí)行工作，當(dāng)A1出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)自動(dòng)接通，A2接替A1開始工作，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)問題，采

42、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：?jiǎn)雾?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)。綜合試驗(yàn)綜合試驗(yàn)的目的是考核產(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

43、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。化學(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裂就屬于物理腐蝕。電化學(xué)腐蝕是金屬

44、與電解液發(fā)生作用所產(chǎn)生的腐蝕。其特征是腐蝕過程中有電流產(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、最常見的金屬腐蝕，在造成電子設(shè)備故障的常見的原因中，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、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

45、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：水分。氧和臭氧。溫度。腐蝕性氣體。鹽霧。沙和灰塵。太陽(yáng)輻射。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

46、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：采用高耐蝕性材料；消除或削弱環(huán)境中的腐蝕性因素；對(duì)不耐蝕材料進(jìn)行耐蝕性表面處理；防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；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

47、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內(nèi)部，使材料表面電導(dǎo)率增加，體積電阻降低，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

48、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。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，向物體內(nèi)部擴(kuò)散，使水分子進(jìn)入物體內(nèi)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)入材料內(nèi)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，

49、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，可能造成物體內(nèi)部的內(nèi)凝露，嚴(yán)重時(shí)造成物體內(nèi)部積水。擴(kuò)散和吸收使水分子進(jìn)入材料內(nèi)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)入材料內(nèi)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，

50、即物體表面對(duì)水分子的吸引力大于水的表面張力。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張力。憎水性物體使水在物體表面上收縮成不相連接的小水珠，物體表面不易潤(rùn)濕，水分子不易滲入物體內(nèi)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，可以通過憎水處理

51、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

52、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。蘸漬適用于敞開式的整機(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內(nèi)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

53、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。灌封材料主要要求是應(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)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

54、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?。ㄐ∮?m），極易隨空氣侵入設(shè)備內(nèi)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)行一系列的新陳代謝作用。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

55、霉菌生命過程中進(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范圍是2030，溫度高于30，霉菌的生長(zhǎng)能力將是顯著下降；溫度超過60，霉菌則很容易死亡。霉菌抗低溫的能力較強(qiáng)，低溫只能抑制霉菌的生長(zhǎng)，而致死作用較差。霉菌的最低生長(zhǎng)溫度為攝氏6。（2）霉菌的危害性由于霉菌是靠自身分泌的酶在潮濕條件下分解有機(jī)物而獲得養(yǎng)料，這個(gè)分解過程就是霉菌侵蝕和破壞有機(jī)物材料的根本原因。霉菌對(duì)電子設(shè)備的危害分為直接危害和間接危害兩種。霉菌對(duì)電子設(shè)備的直接危害是：由于霉菌在生長(zhǎng)和繁殖過程中從有機(jī)物材料中攝

56、取營(yíng)養(yǎng)成份，從而使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，強(qiáng)度降低、物理性能變壞。同時(shí)，霉菌本身作為導(dǎo)體，可以造成短路，給電子設(shè)備帶來(lái)更嚴(yán)重的后果。霉菌對(duì)電子設(shè)備的間接危害是：由于霉菌在新陳代謝過程中分泌出的二氧化碳及其他酸性物質(zhì)，引起金屬腐蝕和絕緣材料的性能惡化。同時(shí)，霉菌還會(huì)破壞元件和設(shè)備的外觀，以及給以人的身體造成毒害作用。因此，對(duì)處于潮濕環(huán)境中工作的電子設(shè)備，為了減少霉菌對(duì)其的影響，應(yīng)進(jìn)行防霉處理，以提高其可靠性。2、防霉菌措施（1）控制環(huán)境條件，抑制霉菌的生長(zhǎng)霉菌的生長(zhǎng)和繁殖需要適當(dāng)?shù)沫h(huán)境，如果在電子設(shè)備的內(nèi)部放入干燥劑并將設(shè)備密封，保持設(shè)備內(nèi)部干燥、清潔；或?qū)⒃O(shè)備處于溫度低于攝氏6，通風(fēng)良好的干燥環(huán)境中

57、，就能使霉菌失去生長(zhǎng)和繁殖的條件，從而收到良好的防霉效果。（2）使用抗霉材料合理選用材料是電子設(shè)備防霉的最基本方法。材料的抗霉性，主要取決于材料本身的性質(zhì)，一般含有天然有機(jī)物的材料，如皮革、木材、棉織品、絲綢、紙制品等極易受霉菌的侵蝕；而像石英粉、云母等無(wú)機(jī)礦物質(zhì)材料，則不易長(zhǎng)霉。因此，在電子設(shè)備中應(yīng)盡量避免使用上述各種有機(jī)材料。合成樹脂本身具有一定的抗霉性能，但因有機(jī)顏料、油脂、某些增塑劑和填料的加入，使得某些種類的油漆、塑料易受霉菌的侵蝕。不論是天然橡膠還是合成橡膠，均為高分子碳?xì)浠衔铮襞c霉菌長(zhǎng)期接觸，能被分解轉(zhuǎn)化成為霉菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為霉菌所侵蝕。為此，建議采用玻璃纖維、石棉、云母和石

58、英等為填料的壓塑料和層壓材料。橡膠宜采用氟橡膠、硅橡膠、乙丙橡膠及氯丁橡膠等合成橡膠；粘結(jié)劑及密封膠宜采用以環(huán)氧、環(huán)氧酚醛，有機(jī)硅環(huán)氧等合成樹脂（或合成橡膠）為基本成份的粘結(jié)劑；絕緣浸漬用漆則宜采用改性環(huán)氧樹脂漆和以有機(jī)硅為基本成份的油漆。（3）用足夠強(qiáng)度的紫外線照射用足夠強(qiáng)度的紫外線和日光的照射不僅能防止霉菌對(duì)電子設(shè)備的侵入，而且可以消滅霉菌。（4）防霉處理當(dāng)必須使用不耐霉或耐霉性差的材料時(shí)，則必須使用防霉劑進(jìn)行防霉處理，防霉劑系化學(xué)藥品，能夠抑制霉菌的生長(zhǎng)和繁殖或?qū)⑵錅鐨?。防霉劑的使用有下列三種形式：混合法：把防霉劑與材料的原料混和在一起，制成具有抗霉能力的材料。例如，在造漆時(shí)可把防霉劑加

59、入漆中制成防霉漆。噴涂法：把防霉劑和清漆混合，噴涂于整機(jī)、零件和材料的表面。浸漬法：制成防霉劑稀溶液，對(duì)材料進(jìn)行浸漬處理。棉紗、紙張等可用此法。一般，對(duì)于零部件是在機(jī)械加工后作防霉處理；而對(duì)于材料，可根據(jù)它的來(lái)源和使用時(shí)間，在材料的配制（制造）中或使用時(shí)進(jìn)行防霉處理。必須指出：各種防霉劑都具有不同程度的毒性或難聞氣味，使用時(shí)應(yīng)注意勞動(dòng)保護(hù)。3、其他生物危害及其防護(hù)微生物或海洋動(dòng)物、植物等也會(huì)使電子設(shè)備中的金屬產(chǎn)生腐蝕。通常，由于微生物的存在為電子設(shè)備的金屬腐蝕創(chuàng)造了必要的條件或使腐蝕的過程加速。例如，附著在金屬表面上的動(dòng)物類、植物類的海生物，通常是通過海風(fēng)或海浪把它帶入電子設(shè)備的，這些海生物在

60、其新陳代謝過程中釋放二氧化碳和氧氣，其尸體可分解出硫化物，這些物質(zhì)均能使金屬發(fā)生腐蝕或使腐蝕過程加快，有的還能破壞油漆防護(hù)層。鋼、鐵、鋁及其合金是海生物最能附著的材料，而對(duì)于銅材表面，海生物附著力最小。防止生物危害最有效的方法是進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或采用密封結(jié)構(gòu)，加大腐蝕材料的厚度、選用耐腐蝕的材料，以及陰極保護(hù)法等都能減少生物對(duì)電子設(shè)備的危害。23金屬腐蝕機(jī)理231金屬腐蝕的定義金屬材料的腐蝕現(xiàn)象都是在外界腐蝕介質(zhì)的存在下而發(fā)生的。因此，金屬材料與外界腐蝕介質(zhì)發(fā)生作用（化學(xué)的或電化學(xué)的作用）而破壞的現(xiàn)象稱為金屬腐蝕。金屬腐蝕都是從與介質(zhì)相接觸的表面開始，再向金屬內(nèi)部或表面其他部分?jǐn)U展。發(fā)生腐蝕后