《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》

第一章 概 述 1 1 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝 1 1 1 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)用于國防、國民經(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，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。 2 設(shè)備使用范圍廣，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 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。可靠性低的電子設(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)，對于確保電子設(shè)備的性能滿足使用要求十分必要的。 1 1 2 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，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。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。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)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。 1 1 3 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： 1. 電子設(shè)備的工作環(huán)境及其對設(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。國外曾對機(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 降雨 磁場 高能沖擊 腐蝕性介質(zhì) 風(fēng)沙 靜電場 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，但按其對設(shè)備的影響劃分，歸納起來不外乎三個(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。 1 3 對電子設(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)應(yīng)滿足相應(yīng)的要求。 1 3 1 工作環(huán)境對電子設(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設(shè)備的不良影響，使 其能適應(yīng)工作環(huán)境，對設(shè)備提出了以下要求： 1 氣候條件對電子設(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。 （ 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。 3 電磁環(huán)境對電子設(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設(shè)備的影響。 1 3 2 使用方面對電子設(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)對減小體力消耗，提高戰(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，緊湊性提高給生產(chǎn)時(shí)的裝配和使用時(shí)的維護(hù)修理帶來一定困難，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)測失效元器件，及時(shí)更換維修 。 1 3 3 生產(chǎn)方面對電子設(shè)備的要求 1 生產(chǎn)條件對電子設(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，甚至根本無法生產(chǎn)。 （ 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，立足于使用國產(chǎn)材料和來源多、價(jià)格低的材料。 （ 4）設(shè)備（含零部件）的加工精度的要求要與技術(shù)要求相適應(yīng)，不允許無根據(jù)地追求高精度。在滿足產(chǎn)品性能指標(biāo)的前提下，其精度等級應(yīng)盡可 能的低，裝配也應(yīng)簡易化，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。 1 4 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)上來說，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，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，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越高，電子產(chǎn)品亦向微型化、低價(jià)格、多功能方向發(fā)展，這就導(dǎo)致制造對設(shè)計(jì)的依賴越來越強(qiáng)。 不論公司從事的是什么樣的產(chǎn)品，不論設(shè)計(jì)師面對的顧客是內(nèi)部或是外部顧客，對設(shè)計(jì)師的要求都可說是一致的。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)出來那么簡單，而是必須對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)不是制造出來的，而應(yīng)該是設(shè)計(jì)出來的。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）。但說法不夠完善。嚴(yán)格和具體來說，品質(zhì)既不是生產(chǎn)來的，也不是單靠設(shè)計(jì)來的，而應(yīng)該是配合來的。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、系 統(tǒng)和制度來確保的。 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，是指其對外界各種影響它表現(xiàn)的因素的靈敏度很低。也就是說，對這些因素的大變化，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)固的工藝是相對的，所以一套設(shè)計(jì)規(guī)范也是有其針對性的。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涉及的內(nèi)容 DFM涉及的內(nèi)容有以下一些方面， 熱對產(chǎn)品的影響 器件特性 可檢查和可測試性 對環(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 DFM/DFT/DFR/DFA等的要求，給設(shè)計(jì)人員增加了壓力，對于相關(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) Design for Value (performance / price ratio) DFR 可靠性設(shè)計(jì) (Design for Reliability) DFM 可制造性設(shè)計(jì) (Design for Manufacturability) DFA 可裝配性設(shè)計(jì) (Design for Assembly) DFT 可測試設(shè)計(jì) (Design for Testability) 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)考慮何種內(nèi)容。 設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 注意點(diǎn) 電路 DFV, DFM, DFT, DFR PCB DFA, DFM, DFT, DFR, DFS 熱設(shè)計(jì) DFR EMC, 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。 基本工藝路線的選取 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) 1 5 產(chǎn)品可靠性 1 5 1 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)。一般說來，產(chǎn)品經(jīng)過一個(gè)老化時(shí)間后，有一個(gè)較長時(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，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。 可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要方面，通常所說的產(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)研究的具體對象，應(yīng)對電子產(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表示隨機(jī)事件發(fā)生的可能性大小。即我們雖無法確切地知道產(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)= NnN 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)樣品按規(guī)定抽取，不可能無窮多，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)或工作了無窮長時(shí)間， R( )=0，表示產(chǎn)品全部達(dá)到壽命終止期。顯然， 0 R(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)= Nn 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)之比。用 (t)表示，即 (t)=ttnN tnttn )( )()(（ 1.4） 式中 N試驗(yàn)樣品數(shù)； t 實(shí)驗(yàn)時(shí) 的測試時(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)； 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，可靠度越高。 (t)用單位時(shí)間的百分?jǐn)?shù)表示，用 1 10-6/1000h（或 1 10-9/h）作為失效率單位，即 100 萬個(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 名 稱 符 號 最大失效率 (1/h) 名 稱 符號 最大失效率 (1/h) 亞五級 Y 3 10-5 八 級 B 1 10-8 五 級 W 1 10-5 九 級 J 1 10-9 六 級 N 1 10-6 十 級 S 1 10-10 七 級 Q 1 10-7 3 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。對電子產(chǎn)品來說，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。對于元器件來說，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)境條件對可靠性的影響。提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，主要是對設(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，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)。 1 5 2 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。通過對原材料和生產(chǎn)工藝加強(qiáng)檢驗(yàn)、質(zhì)量控制和對元器件進(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。一般說來，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 A1A2A3 An 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)=ni iAR1)( （ 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)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。 可見，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。 1 6 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。 1 5 1 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選用電子元器件的方法 對電子元器件進(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，這對提高電子產(chǎn)品的可靠性有重要意義。考慮到技術(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)稱值過大的產(chǎn)品。 應(yīng)力強(qiáng)度篩選法：對產(chǎn)品施加各種應(yīng)力條件后進(jìn)行測試挑選。 老煉篩選：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對產(chǎn)品施加各種應(yīng)力條件后進(jìn)行測試挑選。 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)行長期老煉，并多次精確測定參數(shù)變化量，從中進(jìn)行挑選和預(yù)測。 在以上五種方法中，前兩種方法簡便易行，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。 1 5 2 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 0.1 0.6，環(huán)境溫度一般低于 60 ，低于 45最好。當(dāng) S25個(gè)）。這種技術(shù)難度大，成品率低。 3 三維組裝（ 3D） 將 IC， MCM， WSI 進(jìn)行三維疊裝，進(jìn)一步縮短引線，增加密度。 6.7.4 微電子焊接技術(shù) 微組裝焊接技術(shù)是實(shí)施 MPT的核心技術(shù)，就技術(shù)本身而言，它同 SMT所用焊接技術(shù)是相同的。但由于微組裝更為精細(xì)，要求相應(yīng)精細(xì)的焊接方法。 1 倒裝焊 倒裝焊是 MCM組裝中的關(guān)鍵技術(shù)，又稱面鍵合技術(shù)。 2 激光再流焊 激光能量集中，能使很小的區(qū)域迅速加速，熱影區(qū)小。 利用光導(dǎo)纖維分割激光束，可進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)焊接。如果再配合紅外探 測器監(jiān)視加熱過程，通過計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)調(diào)整焊接過程參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。 3 免清洗充氮再流焊 采用免清洗焊膏和全封閉充氮方式實(shí)現(xiàn)再流焊，可以減少氧化，提高焊接 質(zhì)量，達(dá)到精密焊裝要求。 此外，在微組裝技術(shù)中采用自動(dòng)絲焊和帶載自動(dòng)鏈合技術(shù)（ TAB）以及導(dǎo)電膠粘接技術(shù)等和各種連接技術(shù)來滿足高精度組裝的要求。 第七章 印制線路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝 在組裝 工藝技術(shù) 方面，印制電路板 PCB（ printed circuit boards） 產(chǎn)品已經(jīng)走過三個(gè)階段，即通孔插裝用 PCB、表面安裝用 PCB和芯片封裝用 PCB。 7.1印制電路板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則 元器件布局與布線原則，對印制板上的元器件布局也基本適用。但印制板又有其自身特點(diǎn)，如印制導(dǎo)線都是平面布置，單面印制板上導(dǎo)線不能相互交叉；銅箔的抗剝離強(qiáng)度較低，接點(diǎn)不易多次焊接；不宜采用一點(diǎn)接地等。因此印制板上元器件布局與布線又有其自身特點(diǎn)。 7.1.1印制電路板的 結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 1印制電路板的熱設(shè)計(jì) 由于印制電路板基材耐溫能力和導(dǎo)熱系數(shù)都比較低，銅箔的抗剝離強(qiáng)度隨工作溫度的升高而下降。印制電路板的工作溫度一般不能超過 85。 2 印制電路板的減振緩沖設(shè)計(jì) 印制電路板是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。 為提高印制板的抗振、抗沖擊性能，板上的負(fù)荷應(yīng)合理分布以免產(chǎn)生過大的應(yīng)力 。 3 印制電路板的抗電磁干擾設(shè)計(jì) 7. 印制電路板的板面設(shè)計(jì) 元器件應(yīng)按電原理圖順序成直線排列，力求緊湊以縮短印制導(dǎo)線長度，并得到均勻的組裝密度。在保證電性能要求的前提下，元器件應(yīng)平行或垂直于板面，并和主要板邊平行或垂直。在板面上分布均勻整齊。一般不得將元件重疊安放，如果確實(shí)需要重疊，應(yīng)采用結(jié)構(gòu)件加以固定。 通常元器件布置在印制板的一面。此種布置便于 加工、安裝和維修。 對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。 機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上便于調(diào)節(jié)的地方；機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置與調(diào)節(jié)旋鈕要 在機(jī)箱 上 。 元件的標(biāo)記或型號應(yīng)朝向便于觀察的一面。 7.1.2印制電路板上的元器件布線的一般原則 1.電源線設(shè)計(jì) 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加 粗 電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。 2. 地線設(shè)計(jì) 公共地線應(yīng)布置在板的最邊緣，便于印制板安 裝在機(jī)架上，也便于與機(jī)架 (地 )相連。導(dǎo)線與印制板的邊緣應(yīng)留有一定的距離 (不小于板厚 )，這不僅便于安裝導(dǎo)軌和進(jìn)行機(jī)械加工，而且還提高了絕緣性能。 數(shù)字地與模擬地應(yīng)盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián) 就近 接地，地線應(yīng)短而粗， 電路的工作頻率越高，地線應(yīng)越寬。 印制板上每級電路的地線一般應(yīng)自成封閉回路，以保證每級電路的地電流主要在本級地回路中流通，減小級間地電流耦合。如 僅 由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成 封閉 環(huán)路大 多能提高抗噪聲能力。 但印制板附近有強(qiáng)磁場時(shí)，地線不能做成封閉回路，以免成為一個(gè)閉合線圈而引起感生電流。 3.信號線 設(shè)計(jì) 低頻導(dǎo)線靠近印制板邊布置。將電源、濾波、控制等低頻和直流導(dǎo)線放在印制板的邊緣。高頻線路放在板面的中間，可以減小高頻導(dǎo)線對地線和機(jī)殼的分布電容，也便于板上的地線和機(jī)架相連。 高電位導(dǎo)線和低電位導(dǎo)線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，最好的布線是使相鄰的導(dǎo)線間的電位差最小。 避免長距離平行走線，印制電路板上的布線應(yīng)短而直。必要時(shí)可以采用跨接線。雙面印制板兩面的導(dǎo)線應(yīng)垂直交叉。 高頻電路的印制導(dǎo)線的長度和寬度宜小，導(dǎo)線間距要大。 印制電路板上同時(shí)安裝模擬電路和數(shù)字電路時(shí)，宜將這兩種電路的地線系統(tǒng)完全分開，它們的供電系統(tǒng)也要完全分開。 采用恰當(dāng)?shù)慕硬逍问剑缬媒硬寮?、插接端和?dǎo)線引出等幾種形式。輸入電路的導(dǎo)線要遠(yuǎn)離輸出電路的導(dǎo)線， 以免發(fā)生反饋 耦 合。 引出線要相對集中設(shè)置。布線時(shí)使輸入輸出電路分列于電路板的兩邊，并用地線隔開。 7.1.3印制導(dǎo)線的尺寸和圖形 當(dāng)元器件結(jié)構(gòu)布局和布線方案確定后，就要具體地設(shè)計(jì)繪制印制導(dǎo)線的圖形。 1.印制導(dǎo)線的寬度 覆銅箔 板銅箔的厚度一般為 0.02mm 0.05mm。印制導(dǎo)線的最小寬度取決于導(dǎo)線的載流量和允許溫升。 表 7.1 0.05mm 厚的導(dǎo)線寬度與允許的載流量、電阻的關(guān)系 導(dǎo)線的寬度 (mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 允許載流量 (A) 0.8 1.0 1.3 1.9 電阻 ( /m) 0.7 0.41 0.31 0.29 2.印制導(dǎo)線的間距 導(dǎo)線的最小間距主要由最 惡劣 情況下的 導(dǎo) 線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。 一般導(dǎo)線間距等于導(dǎo)線寬度，但不小于 1mm。對于微型設(shè)備，不小于 0.4mm。表面貼裝板的間距 0.12 0.2mm，甚至 0.08mm。具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮下述三個(gè)因素： （ 1）低頻低壓電路的導(dǎo)線間距取決于焊接工藝。采用自動(dòng)化焊接時(shí)間距要小些，手工操作時(shí)宜大些。 （ 2）高壓電路的導(dǎo)線間距取決于工作電壓和基板的抗電強(qiáng)度。 （ 3）高頻電路主要考慮分布電容對信號的影響。 表 7.2 安全工作電壓、擊穿電壓與導(dǎo)線間距值 導(dǎo)線間距 (mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 工作電壓 (V) 100 200 300 500 700 擊穿電壓 (V) 1000 1500 1800 2100 2400 3.印制導(dǎo)線的圖形 元器件在印制板上有兩種排列方式：不規(guī)則排列、規(guī)則排列。不規(guī)則排列適用于高頻電路，它可以減少印制導(dǎo)線的長度和分布參數(shù)，但不利于自動(dòng)插裝。規(guī)則（坐標(biāo)格）排列，排列整齊，自動(dòng)插裝效率高，但引線可能較長。 同一印制板上的導(dǎo)線的寬度宜一致，地線可適當(dāng)加寬。導(dǎo)線不應(yīng)有急彎和尖 角，轉(zhuǎn)彎和過渡部分宜用半徑不小于 2mm 的圓弧連接或用 45 度角連線，且應(yīng)避免分支線。 當(dāng)導(dǎo)線寬度超過 3mm時(shí)，最好在導(dǎo)線中間開槽成兩根并聯(lián)線。大面積銅箔時(shí)，應(yīng)做成柵格狀。 7.焊盤 焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。一般焊盤外徑 D (d+1.3)mm，其中 d 為引線 插孔直 徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取 Dmin=(d+1.0)mm。 焊盤太小容易在焊接時(shí)粘斷或剝落。 焊盤的形狀有島形焊盤、圓形焊盤、方形焊盤、橢圓焊盤和靈活設(shè)計(jì)的焊盤。 4 1 4印制板設(shè)計(jì)步驟和方法 1. 設(shè)計(jì)印制板應(yīng)具備的條件 已知印制電路板板面需要容納的電路，以及該電路內(nèi)各種元器件的型號、規(guī)格和主要尺寸。 明確各元器件和導(dǎo)線在布局、布線時(shí)的特殊要求。如哪些元器件和導(dǎo)線需要屏蔽 ；哪些元器件經(jīng)常更換和調(diào)整；哪些是發(fā)熱元器件和熱敏元器件；各元器件的工作頻率和電壓大小；電路工作時(shí)環(huán)境條件 (溫度、濕度和沖振要求 )等。 確定印制板在整機(jī) (或分機(jī) )中的位置及其連接形式。 2. 印制板的設(shè)計(jì)步驟和方法 選定印制板的材料、板厚和板面尺寸。 選擇印制板材料必須考慮到基材的電氣和機(jī)械性能，還要考慮價(jià)格和成本。 印制 板的最佳形狀為矩形 ， 長寬比為 3： 2或 4： 3。 將幾塊小的印制板 (矩形的或異形的 )拼成一個(gè)大矩形，待裝配、焊接后再沿工藝孔裁開，可降低生產(chǎn)成本。印制板的外形尺寸已由 GB9315-88做了規(guī)定，常 用系列見表 7.3、表7.4。 表 7.3 印制板尺寸系列 1 單位： mm B 55.55 100 147.45 188.9 233.55 277.80 L 100 160 220 280 340 注：本表尺寸 B、 L 可任意組合。 表 7.4 印制板尺寸系列 2 單位： mm B 50 50 70 70 70 80 80 100 100 L 80 140 140 240 320 100 140 100 160 B 100 120 120 140 140 160 180 200 300 L 200 120 200 160 200 260 220 300 300 注：本表尺寸 B、 L 為一一對應(yīng)，不可任意組合；帶有“ ”是優(yōu)選尺寸。 設(shè)計(jì)印制電路板坐標(biāo)尺寸圖。 根據(jù)電原理圖繪制排版連線圖。 排版連接圖是用簡單線條表示印制導(dǎo)線的走向和元件器件的連接。在排版連接圖中應(yīng)盡量避免 導(dǎo)線的交叉，但可在元件處交叉，因元件跨距處可以通過印制線。 根據(jù)排版連線圖，按元器件大小比例，畫出印制導(dǎo)線照相底圖和裝配圖。 7.2印制電路板的制造工藝及檢測 制造印制電路板的工藝方法很多，其工藝過程一般有照相、圖形轉(zhuǎn)移、蝕刻、鉆孔、孔金屬化、表面金屬涂覆及有機(jī)材料涂覆等工序。但制造工藝基本上分兩大類，即減成法 (銅箔蝕刻法 )和加成法 (添加法 )。 4 2 1印制電路板的制造工藝流程 照相底圖 照相制版 圖形轉(zhuǎn)移 蝕刻 孔的金屬化 印制插頭的電鍍 印阻焊劑、印字符涂覆 (鍍 ) 印制板的機(jī)械加工 修邊 表面涂覆 (鍍 ) 1 照相制版 用照相的方法對照相底圖拍照以得到照相底片，照相底片 要接比例縮小 (用繪制照相底圖相反的比例 )，以得到設(shè)計(jì)所規(guī)定的印制圖形尺寸。 2 制電路板的機(jī)械加工 印制板的外形和各種用途的孔 (引線孔、中繼孔、機(jī)械安裝孔、定位孔、檢測孔等 )都是通過機(jī)械加工完成的，隨著電子技術(shù)的發(fā)展其加工尺寸和精度要求越來越高。 3 孔的金屬化 對于多層印制電路板，為了把內(nèi)層印制導(dǎo)線引出和互連，需要將印制導(dǎo)線的孔金屬化?？捉饘倩褪窃诳變?nèi)電鍍一層金屬，形成一個(gè)金屬筒，與印制導(dǎo)線連接起來。孔金屬化工藝，就是孔內(nèi)壁表面化學(xué)沉銅后再通過全板電鍍銅或圖形電鍍來實(shí)現(xiàn)層間可靠的互連。 4 圖形轉(zhuǎn)移 圖形轉(zhuǎn)移就是將電路圖形由照相底片轉(zhuǎn)移到印制板上去。 5 蝕刻 廣義上講，凡是在覆銅箔印制板生產(chǎn)中，用化學(xué)或 電化學(xué) 的方法去銅的過程都是蝕刻。狹義上講，蝕刻是將涂有抗蝕劑并經(jīng)感光顯影后的印制電路板上未感光部分的銅箔腐蝕掉，在印制電路板上留下所需的電路圖形的過程。 6 印制插頭的電鍍 如果印制電路板是以邊緣印制接觸片作為插頭插入插座，那么所有導(dǎo)線的輸入輸出都必須接到印制板邊緣的印制插頭片上。為了獲得盡可能低的接觸電阻，要在這些印制插頭片上鍍金。 7 涂 (印 )阻焊劑、印字符 阻焊劑或稱阻焊油墨， 是印制板最外面的“衣服”。它的作用是防止電路腐蝕，防止由于潮濕引起的電路絕緣性能下降，防止焊錫粘附在不需要的部分，防止銅對焊錫槽的污染，保證印制板功能等。 油墨的涂覆的方式有簾幕涂布、絲網(wǎng)印刷、靜電涂布、氣式噴涂等。 印文字、符號是為了印制板裝配和維修方便。它們一般印在阻焊油墨上面，也有的單面板直接印在基材上。 10表面涂 (鍍 )覆 如果印制板制造后立即裝配，則可不進(jìn)行表面處理。對只儲存一個(gè)短時(shí)期的印制板，可涂一層助焊性清漆。但最好的方法是在印制導(dǎo)線制成后再進(jìn)行表面涂覆。 11修邊 印制 電路板的最后工序就是修整邊緣，以達(dá)到所要求的尺寸和公差。修邊在高速切割鋸，或輪廓加工機(jī) (銑切機(jī) )上進(jìn)行，有的用沖模進(jìn)行修邊。 4 2 2印制電路板的質(zhì)量檢驗(yàn) 印制板最常見的故障是導(dǎo)體間的短路和導(dǎo)體內(nèi)的斷路、焊盤上阻焊膜配備不良，樹脂涂抹移位和電鍍通孔開裂等。所以印制板制成后要經(jīng)過以下幾項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)，才能組裝焊接。 1 目視檢驗(yàn) 目視檢驗(yàn)是用肉眼檢驗(yàn)所見到的一些性能。通常目檢能發(fā)現(xiàn)的一些缺陷可分為表面缺陷和其它缺陷。 表面缺陷 表面缺陷包括凹痕、麻坑、劃痕、表面粗糙、空洞、針孔等。 其它缺陷 焊盤的重合性 檢驗(yàn)孔是否在焊盤中心。 導(dǎo)線圖形的完整性 測