電子設(shè)備可靠性ppt課件

1、第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 第第2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.1 影響電子設(shè)備可靠性的主要要素影響電子設(shè)備可靠性的主要要素 2.2 電子元器件的選用電子元器件的選用 2.3 電子設(shè)備的可靠性防護(hù)措施電子設(shè)備的可靠性防護(hù)措施 2.4 印制電路板布線的可靠性設(shè)計(jì)印制電路板布線的可靠性設(shè)計(jì) 2.5 PCB電磁兼容設(shè)計(jì)中的地線設(shè)計(jì)電磁兼容設(shè)計(jì)中的地線設(shè)計(jì) 思索題與練習(xí)題思索題與練習(xí)題 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.1 影響電子設(shè)備可靠性的主要要素影響電子設(shè)備可靠性的主要要素 2.1.1 任務(wù)環(huán)境 電子設(shè)備所處的任務(wù)環(huán)

2、境多種多樣。氣候條件、機(jī)械作用力和電磁干擾是影響電子設(shè)備的主要要素。必需采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，將各種不良影響降低到最低限制，以保證電子設(shè)備穩(wěn)定、可靠地任務(wù)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 1. 氣候條件對(duì)電子設(shè)備的要求 氣候條件主要包括溫度、濕度、氣壓、鹽霧、大氣污染、灰沙及日照等要素，對(duì)設(shè)備的影響主要表如今使電氣性能下降、溫升過(guò)高、運(yùn)動(dòng)部位不靈敏、構(gòu)造損壞，甚至不能正常任務(wù)。為了減少和防止這些不良影響，對(duì)電子設(shè)備提出以下要求：第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (1) 采取散熱措施，限制設(shè)備任務(wù)時(shí)的溫升，保證在最高任務(wù)溫度條件下，設(shè)備內(nèi)的元器件所

3、接受的溫度不超越其最高極限溫度，并要求電子設(shè)備可以耐受高低溫循環(huán)時(shí)的冷熱沖擊。 (2) 采取各種防護(hù)措施，防止潮濕、鹽霧、大氣污染等氣候要素對(duì)電子設(shè)備內(nèi)元器件及零部件的侵蝕和危害，延伸其任務(wù)期。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2. 機(jī)械條件對(duì)電子設(shè)備的要求 機(jī)械條件是指電子設(shè)備在不同的運(yùn)載工具中運(yùn)用時(shí)所遭到的振動(dòng)、沖擊、離心加速度等機(jī)械作用。它對(duì)設(shè)備的影響主要是：元器件損壞失效或電參數(shù)改動(dòng)；構(gòu)造件斷裂或變形過(guò)大；金屬件的疲勞破壞等。為了防止機(jī)械作用對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的不良影響，對(duì)設(shè)備提出以下要求：第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (1) 采取減振緩沖措

4、施，確保設(shè)備內(nèi)的電子元器件和機(jī)械零部件在遭到外界劇烈振動(dòng)和沖擊的條件下，不致變形和損壞。 (2) 提高電子設(shè)備的耐沖擊、耐振動(dòng)才干，保證電子設(shè)備的可靠性。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3. 電磁干擾對(duì)電子設(shè)備的要求 電子設(shè)備任務(wù)的周?chē)臻g充溢了由于各種緣由所產(chǎn)生的電磁波，呵斥外部及內(nèi)部干擾。電磁干擾的存在，使設(shè)備輸出噪聲增大，任務(wù)不穩(wěn)定，甚至不能平安任務(wù)。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.1.2 運(yùn)用方面 運(yùn)用和維護(hù)人員對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響，包括運(yùn)用和維護(hù)的程序及設(shè)備，操作方法的正確性以及其他人為的要素。運(yùn)用可靠性很大程度上依賴于運(yùn)用設(shè)

5、備的人。熟練而正確的操作，及時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)，都能顯著地提高運(yùn)用可靠性。 電子設(shè)備的支配性能如何以及能否便于維護(hù)修繕，直接影響到設(shè)備的可靠性，因此在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)必需全面思索。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 對(duì)電子設(shè)備的支配要求，原那么上可歸納為以下幾點(diǎn)： (1) 為支配者發(fā)明良好的任務(wù)條件。例如：設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生令人厭惡的噪聲，且顏色調(diào)和給人以好感，安裝位置適當(dāng)，能令操作者精神安寧、留意力集中，從而提高任務(wù)質(zhì)量。 (2) 設(shè)備操作簡(jiǎn)單，能很快地進(jìn)入任務(wù)形狀，不需求很熟練的操作技術(shù)。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 設(shè)備平安可靠，有保險(xiǎn)安裝。當(dāng)

6、支配者發(fā)生誤操作時(shí)，應(yīng)不會(huì)損壞設(shè)備，更不能危及人身平安。 (4) 控制機(jī)構(gòu)輕便，盡能夠減少支配者的膂力耗費(fèi)。指示系統(tǒng)明晰，便于察看，且長(zhǎng)時(shí)間察看不易疲勞，也不損傷視力。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 從維護(hù)方便的角度出發(fā)，對(duì)構(gòu)造設(shè)計(jì)提出以下要求： (1) 在發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)，便于翻開(kāi)維修或能迅速改換備用件。如采用插入式和折疊式構(gòu)造、快速裝拆構(gòu)造以及可換部件式構(gòu)造等。 (2) 可調(diào)組件、測(cè)試點(diǎn)應(yīng)布置在設(shè)備的同一面；經(jīng)常改換的元器件應(yīng)布置在易于裝拆的部位；對(duì)于電路單元應(yīng)盡能夠采用印制板并用插座與系統(tǒng)銜接。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 元器件的

7、組裝密度不宜過(guò)大，即體積填充系數(shù)在能夠的條件下應(yīng)獲得低一些(普通最好不超越0.3)，以保證元器件間有足夠的空間，便于裝拆和維修。 (4) 設(shè)備應(yīng)具有過(guò)負(fù)荷維護(hù)安裝(如過(guò)電流、過(guò)電壓維護(hù))，危險(xiǎn)和高壓處應(yīng)有警告標(biāo)志和自動(dòng)平安維護(hù)安裝(如高壓自動(dòng)斷路門(mén)開(kāi)關(guān))等，以確保維修平安。 (5) 設(shè)備最好具備監(jiān)測(cè)安裝和缺點(diǎn)預(yù)告安裝，能使支配者盡早地發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)或測(cè)試失效元器件，及時(shí)改換維修，以縮短維修時(shí)間，防止大缺點(diǎn)出現(xiàn)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.1.3 消費(fèi)方面 1. 消費(fèi)條件對(duì)電子設(shè)備的要求 任何電子設(shè)備在它的研制之后都要投入消費(fèi)。消費(fèi)廠的設(shè)備情況、技術(shù)和工藝程度、消費(fèi)才

8、干和消費(fèi)周期以及消費(fèi)管理程度等要素都屬于消費(fèi)條件。設(shè)備假設(shè)要順利地投產(chǎn)，必需滿足消費(fèi)條件對(duì)它的要求，否那么就不能夠消費(fèi)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，甚至根本無(wú)法投產(chǎn)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 消費(fèi)條件對(duì)產(chǎn)品的要求普通有以下幾個(gè)方面： (1) 設(shè)備中的零部件、元器件，其種類(lèi)和規(guī)格應(yīng)盡能夠少，盡量運(yùn)用由專業(yè)廠家消費(fèi)的通用零部件或產(chǎn)品。由于這樣便于消費(fèi)管理，有利于提高產(chǎn)質(zhì)量量，降低本錢(qián)。 (2) 設(shè)備中的機(jī)械零部件必需具有較好的構(gòu)造工藝性，可以采用先進(jìn)的工藝方法和流程。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 設(shè)備中的零部件、元器件及其各種技術(shù)參數(shù)、外形、尺寸

9、等，應(yīng)最大限制地規(guī)范化和規(guī)格化；還應(yīng)盡能夠采用消費(fèi)廠家以前曾經(jīng)消費(fèi)過(guò)的零部件，充分利用消費(fèi)廠家的先進(jìn)閱歷，使產(chǎn)品具有承繼性。 (4) 設(shè)備所運(yùn)用的原資料的種類(lèi)規(guī)格越少越好，應(yīng)盡能夠少用或不用貴重資料，立足于運(yùn)用國(guó)產(chǎn)資料和來(lái)源多、價(jià)錢(qián)低的資料。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (5) 設(shè)備(含零部件)的加工精度要與技術(shù)條件要求相順應(yīng)，不允許無(wú)根據(jù)地追求高精度。在滿足產(chǎn)品性能目的的前提下，其精度等級(jí)應(yīng)盡能夠低，裝配也應(yīng)簡(jiǎn)易化，盡量不搞選配和修配，力求減少裝配工人的膂力耗費(fèi)，便于自動(dòng)流水消費(fèi)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2. 經(jīng)濟(jì)性對(duì)電子設(shè)備的要

10、求 電子設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性有兩方面的內(nèi)容：運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性和消費(fèi)經(jīng)濟(jì)性。運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性包括設(shè)備在運(yùn)用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中所耗費(fèi)的費(fèi)用。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 為了提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)充分思索以下幾個(gè)方面： (1) 研討產(chǎn)品與零部件技術(shù)條件，分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)，研討和保證產(chǎn)品性能和運(yùn)用條件，正確制定設(shè)計(jì)方案，這是產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性的首要環(huán)節(jié)。 (2) 根據(jù)產(chǎn)量確定產(chǎn)品構(gòu)造方式和產(chǎn)品類(lèi)型。產(chǎn)量的大小決議著消費(fèi)批量的規(guī)模，消費(fèi)批量不同，其消費(fèi)方式類(lèi)型也不同，因此其消費(fèi)經(jīng)濟(jì)性也不同。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 運(yùn)用價(jià)值工程觀念，在保證產(chǎn)品性能的

11、條件下，按最經(jīng)濟(jì)的消費(fèi)方法設(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)合理的原資料和元器件，以求降低產(chǎn)品的消費(fèi)本錢(qián)。 (4) 全面構(gòu)思，縝密設(shè)計(jì)產(chǎn)品的構(gòu)造，使產(chǎn)品具有良好的支配維修性能和運(yùn)用性能，以降低設(shè)備的維修費(fèi)用和運(yùn)用費(fèi)用。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.2 電子元器件的選用電子元器件的選用 2.2.1 電子元器件的選用準(zhǔn)那么 電子元器件選用時(shí)應(yīng)遵照以下原那么： (1) 根據(jù)電路性能的要求和任務(wù)環(huán)境的條件選用適宜的元器件，元器件的技術(shù)條件、技術(shù)性能、質(zhì)量等級(jí)等均應(yīng)滿足設(shè)備任務(wù)和環(huán)境的要求，并留有足夠的裕量。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可

12、靠性設(shè)計(jì) (2) 優(yōu)先選用經(jīng)實(shí)際證明質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高、有開(kāi)展出路的規(guī)范元器件，不選用淘汰和禁用的元器件。 (3) 應(yīng)最大限制地緊縮元器件的種類(lèi)規(guī)格，減少消費(fèi)廠家，提高它們的復(fù)用率。 (4) 除特殊情況外，一切電子元器件應(yīng)按不同的要求經(jīng)過(guò)必要的可靠性挑選后，才干用到產(chǎn)品中。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (5) 優(yōu)先選用有良好的技術(shù)效力、供貨及時(shí)、價(jià)錢(qián)合理的消費(fèi)廠家的元器件。對(duì)關(guān)鍵元器件要進(jìn)展用戶對(duì)消費(fèi)方的質(zhì)量認(rèn)定。 (6) 仔細(xì)分析比較同類(lèi)元器件在種類(lèi)、規(guī)格、型號(hào)和制造廠商之間的差別，擇優(yōu)選用。要留意統(tǒng)計(jì)在運(yùn)用過(guò)程中元器件所表現(xiàn)出來(lái)的性能與可靠性方面的數(shù)據(jù)，作為以后

13、選用的根據(jù)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.2.2 電子元器件的主要技術(shù)參數(shù) 1. 電阻器的主要技術(shù)參數(shù) (1) 標(biāo)稱阻值和允許偏向。標(biāo)稱阻值是指電阻器上所標(biāo)示的名義阻值，一切標(biāo)稱阻值都必需符合標(biāo)稱阻值系列。常用的標(biāo)稱阻值有E6、E12和E24系列，如表2.1所示。實(shí)踐阻值與標(biāo)稱阻值的相對(duì)誤差稱為允許偏向。普通電阻的允許偏向有級(jí)(5%)、級(jí)(10%)和級(jí)(20%)，精細(xì)電阻允許偏向要求更高，如2%、1%、0.5%0.001%等。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 表2.1 電阻器標(biāo)稱阻值系列第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性

14、設(shè)計(jì) (2) 額定功率。電阻器的額定功率是指在正常大氣壓力及額定溫度條件下，在電阻器的運(yùn)用過(guò)程中電阻器所能接受而不致將其燒毀的最大限制功率值。它是根據(jù)電阻器本身的阻值以及所經(jīng)過(guò)的電流和其兩端所加的電壓來(lái)確定的，是選擇電阻器的主要參數(shù)之一。常用電阻器額定功率的系列值如表2.2所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 表2.2 常用電阻器額定功率的系列值第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 溫度系數(shù)。溫度系數(shù)是指溫度每升高或降低1所引起的電阻值的相對(duì)變化。溫度系數(shù)越小，電阻器的穩(wěn)定性就越好。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

15、2. 電容器的主要技術(shù)參數(shù) (1) 標(biāo)稱容量和允許偏向。電容器標(biāo)稱容量及允許偏向的根本含義同電阻一樣，標(biāo)稱容量越大，電容器儲(chǔ)存電荷的才干就越強(qiáng)。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (2) 耐壓值(額定任務(wù)電壓)。耐壓值是指在允許的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，電容器在電路中長(zhǎng)期可靠地任務(wù)所允許加的最大直流電壓或交流電壓的有效值。在選擇電容器時(shí)，電容器的耐壓值應(yīng)該大于實(shí)踐任務(wù)接受的電壓，否那么電容器中的介質(zhì)會(huì)被擊穿呵斥電容器的損壞。常用的耐壓系列值如下所示(單位：V)：第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 絕緣電阻。絕緣電阻是指電容器兩極之間的電阻，也稱漏電

16、阻。普通電容器絕緣電阻在1081010之間，電容量越大絕緣電阻就越小，所以不能單憑所測(cè)絕緣電阻值的大小來(lái)衡量電容器的絕緣性能。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3. 半導(dǎo)體二極管的主要技術(shù)參數(shù) (1) 最大正向電流IF。最大正向電流是指長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)晶體二極管允許經(jīng)過(guò)的最大正向平均電流。 (2) 反向飽和電流Is。反向飽和電流是指二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。反向飽和電流主要受溫度影響，該值越小，闡明二極管的單導(dǎo)游電性越好。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 最大反向任務(wù)電壓URM。最大反向任務(wù)電壓指正常任務(wù)時(shí)，二極管所能接受的反向電壓最大值。

17、 (4) 最高任務(wù)頻率fM。最高任務(wù)頻率指晶體二極管能堅(jiān)持良好任務(wù)性能條件下的最高任務(wù)頻率。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 4. 半導(dǎo)體三極管的主要技術(shù)參數(shù) (1) 交流電流放大系數(shù)。交流電流放大系數(shù)包括共發(fā)射極電流放大系數(shù)()和共基極電流放大系數(shù)()。它是闡明晶體管放大才干的重要參數(shù)。 (2) 集電極最大允許電流ICM。集電極最大允許電流指放大器的下降到正常值的2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流值，或者說(shuō)集電極電流所能到達(dá)的晶體三極管允許的極限值。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 集電極最大允許耗散功率PCM。集電極最大允許耗散功率是指集電極

18、因受熱而引起晶體三極管的參數(shù)變化不超越規(guī)定允許值時(shí)，集電極所能耗費(fèi)的最大功率，或者說(shuō)晶體管集電極溫度升高到不致將集電結(jié)燒毀所耗費(fèi)的最大功率。 (4) 集-射間反向擊穿電壓(UCEO)。集-射間反向擊穿電壓指三極管基極開(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間允許加的最高反向電壓。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 5. 集成電路的主要技術(shù)參數(shù) 1) TTL“與非門(mén)集成電路的主要靜態(tài)參數(shù) (1) 輸出高電平UOH。輸出高電平UOH是指輸入端有一個(gè)(或幾個(gè))為低電平常的輸出電平。UOH典型值約為3.6 V。 (2) 輸出低電平UOL。輸出低電平UOL是指在電路輸出端接有額定負(fù)載(通常規(guī)定為帶

19、八個(gè)同類(lèi)型的與非門(mén)負(fù)載)時(shí)，電路處于飽和導(dǎo)通形狀時(shí)的輸出電壓。UOL普通應(yīng)小于或等于0.35 V。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 輸入短路電流IIS。輸入短路電流IIS是指當(dāng)任何一個(gè)輸入端接地而其他輸入端懸空時(shí)，流過(guò)該輸入端的電流值。IIS應(yīng)小于1.5 mA，且越小越好。 (4) 輸入漏電流IIH。輸入漏電流IIH是指在電路中，當(dāng)任一輸入端接高電平，其他輸入端接地時(shí)，流過(guò)接高電平輸入端的電流。IIH應(yīng)小于70 A，且越小越好。 (5) 開(kāi)門(mén)電壓UON。開(kāi)門(mén)電壓UON是指在電路輸出端接有負(fù)載(通常規(guī)定為帶八個(gè)同類(lèi)型的與非門(mén)負(fù)載)時(shí)，使輸出電壓為低電平常的最小輸入

20、電壓。普通UON應(yīng)小于或等于1.8 V，典型值為1.4 V。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (6) 關(guān)門(mén)電壓UOFF。關(guān)門(mén)電壓UOFF是指輸出電壓值下降到規(guī)定值(即UON)的90%時(shí)的輸入電壓。普通UOFF應(yīng)小于或等于0.8 V，典型值為1 V。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 數(shù)字集成電路的主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù) (1) 平均傳輸延遲時(shí)間tpd。平均傳輸延遲時(shí)間是數(shù)字集成電路的一個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。當(dāng)門(mén)電路任務(wù)時(shí)，假設(shè)輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，那么輸出脈沖會(huì)有一定的時(shí)間延遲，如圖2.1所示。 (2) 導(dǎo)通延遲時(shí)間trd。導(dǎo)通延遲時(shí)間是從輸入脈沖上升沿的50%

21、起，到輸出脈沖下降沿的50%為止這段時(shí)間間隔。 (3) 截止延遲時(shí)間tfd。截止延遲時(shí)間是從輸出脈沖下降沿的50%起，到輸出脈沖上升沿的50%為止這段時(shí)間間隔。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) UiUotrdtfd50 %50 %圖2.1 數(shù)字集成電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3) 運(yùn)算放大器的主要參數(shù) (1) 開(kāi)環(huán)電壓增益Aud。開(kāi)環(huán)電壓增益Aud是指運(yùn)算放大器處于開(kāi)環(huán)形狀并且沒(méi)有外部反響時(shí)，其輸出(直流)電壓增量與輸入(直流)差模電壓增量之比，即Aud=Uo/Ui=Uo/Ui。 (2) 共模抑制比CMRR。差模輸入是指把輸入

22、信號(hào)電壓加在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端之間。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 輸入偏置電流IB。輸入偏置電流IB是指運(yùn)算放大器在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，流入雙極型晶體管的基極電流或場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極漏電流。普通規(guī)定IB值是流入兩個(gè)輸入端的輸入偏置電流之和的一半。 (4) 輸入失調(diào)電流IOS。輸入失調(diào)電流IOS是指當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端的偏置電流的差值，即IOS=IB IB+ 。由于信號(hào)源內(nèi)阻的存在，IOS會(huì)引起一輸入電壓變化，從而破壞運(yùn)算放大器的平衡，使其輸出電壓值不為零，因此，要求IOS愈小愈好。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

23、 (5) 輸入失調(diào)電壓UOS。在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端上外加不斷流補(bǔ)償電壓，以使其輸出端為零電位，那么外加的補(bǔ)償電壓就是輸入失調(diào)電壓UOS。UOS愈小，運(yùn)算放大器的電路對(duì)稱程度愈好。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.2.3 電子元器件的降額運(yùn)用 元器件失效的一個(gè)重要緣由是由于它任務(wù)在允許的應(yīng)力程度之上。因此為了提高元器件可靠性，延伸其運(yùn)用壽命，必需有認(rèn)識(shí)地降低施加在元器件上的任務(wù)應(yīng)力，以使實(shí)踐運(yùn)用應(yīng)力低于其規(guī)定的額定應(yīng)力。對(duì)元器件有影響的應(yīng)力有：時(shí)間、溫度、濕度、腐蝕、機(jī)械應(yīng)力(直接負(fù)荷、沖擊、振動(dòng)等)和電應(yīng)力(電壓、電流、頻率等)等。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠

24、性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 1. 電阻器的降額運(yùn)用 電阻器按其功能可分為固定電阻器、電位器、熱敏電阻器等。對(duì)于固定電阻器和電位器而言，影響其可靠性的最重要應(yīng)力為電壓、功率和環(huán)境溫度；對(duì)于熱敏電阻而言，影響其可靠性的應(yīng)力那么主要是功率和環(huán)境溫度。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2. 電容器的降額運(yùn)用 影響電容器可靠性的最重要應(yīng)力是電壓和環(huán)境溫度。對(duì)于固定紙/塑料薄膜電容器而言，在運(yùn)用時(shí)，交流峰值電壓與直流電壓之和不得超越其額定值。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3. 半導(dǎo)體器件降額運(yùn)用 可按GJB/Z35對(duì)半導(dǎo)體器件合理地降額運(yùn)用。需求降額

25、的主要參數(shù)是結(jié)溫、電壓和電流。 半導(dǎo)體器件的降額系數(shù)S取0.5以下，溫度低于50。鍺管還要低一點(diǎn)。不同的半導(dǎo)體器件，S的定義不一樣。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 晶體二極管的S為平均正向任務(wù)電流與25時(shí)的最大額定正向電流之比。 晶體三極管的S為實(shí)踐功率與25時(shí)的最大額定功率之比。 穩(wěn)壓管的S為實(shí)踐耗散功率與25時(shí)最大額定功率之比。 光電器件的S為實(shí)踐耗散功率與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。 表2.3列出了常用元器件的引薦降額范圍。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 表2.3 常用元器件的引薦降額范圍第第2 2章章 電子

26、設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.2.4 電子元器件的檢驗(yàn)與挑選 電子元器件的質(zhì)量是電子產(chǎn)品可靠性的重要保證，因此，在電子設(shè)備整機(jī)裝配前，應(yīng)按照整機(jī)技術(shù)要求對(duì)元器件進(jìn)展質(zhì)量檢驗(yàn)和挑選，不符合要求的元器件不得裝入整機(jī)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 1. 元器件的外觀檢查 外觀檢查時(shí)，首先要查對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和出廠日期能否符合整機(jī)技術(shù)條件要求，沒(méi)有合格證明的元器件不得運(yùn)用。 外觀檢查的主要內(nèi)容如下： (1) 元器件外觀能否完好無(wú)損，標(biāo)志能否明晰，引線和接線端子能否無(wú)銹蝕和明顯氧化。 (2) 電位器、可變電容器和可調(diào)電感器等組件調(diào)理時(shí)能否旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)跳變和卡死

27、景象。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 接插件能否插拔自若，插針、插孔鍍層能否光亮，無(wú)明顯氧化和沾污。 (4) 膠木件外表能否無(wú)裂紋、起泡和分層。瓷質(zhì)件外表能否光潔平整，無(wú)缺損。 (5) 帶有密封構(gòu)造的元器件，密封部件能否損壞和開(kāi)裂。 (6) 鍍銀件外表能否光亮，無(wú)變色發(fā)黑景象。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2. 元器件的挑選和老化 挑選和老化的目的是剔除因某種缺陷而導(dǎo)致早期失效的元器件，從而提高元器件的運(yùn)用壽命和可靠性。因此，凡有挑選和老化要求的元器件，在整機(jī)裝配前必需按照整機(jī)產(chǎn)品技術(shù)要求和有關(guān)技術(shù)規(guī)定進(jìn)展嚴(yán)厲的挑選和老化。第第2

28、 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 下面對(duì)半導(dǎo)體二極管、三極管和集成電路的挑選和老化的技術(shù)要求作簡(jiǎn)單引見(jiàn)。 1) 半導(dǎo)體二極管、三極管的挑選 (1) 挑選程序如下： 二極管(此處列舉的是整流二極管)：高溫儲(chǔ)存溫度沖擊敲擊功率老化高溫測(cè)反向漏電流常溫測(cè)試檢漏外觀檢查。 三極管：高溫儲(chǔ)存溫度沖擊跌落(大功率管不做)高溫反偏(硅PNP管做)功率老化高低溫測(cè)試(必要時(shí)做)常溫測(cè)試檢漏外觀檢查。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (2) 挑選條件及要求如下： 高溫儲(chǔ)存的要求為： 儲(chǔ)存溫度：硅二極管為1503；硅三極管為1753；鍺二極管、三極管為1002。 儲(chǔ)存時(shí)間

29、：A級(jí)為48小時(shí)，B級(jí)為96小時(shí)。 溫度沖擊的要求為： 鍺器件：553852 硅器件：5531253第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 敲擊。在公用夾具上用小錘敲擊器件，并用圖示儀監(jiān)視最大任務(wù)電流正向曲線。 功率老化。在常溫下，按技術(shù)要求(例如：整流二極管最大電流不大于1 A時(shí)，按額定電流的1.5倍老化；最大電流大于1 A時(shí)，可按額定電流老化)通電老化。 高溫測(cè)試。其實(shí)驗(yàn)溫度的要求為：鍺二極管為702，鍺中小功率三極管為552，鍺大功率管為752，硅二極管、三極管為1253，恒溫時(shí)間為30分鐘。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 低溫測(cè)試。其實(shí)驗(yàn)溫度

30、為553，恒溫時(shí)間為30分鐘。 常溫測(cè)試。常溫測(cè)試按技術(shù)文件規(guī)定進(jìn)展。 檢漏。檢漏按技術(shù)文件規(guī)定進(jìn)展。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 半導(dǎo)體集成電路的挑選 對(duì)于半導(dǎo)體集成電路等組件，也要按照技術(shù)要求，凡有挑選要求的都要進(jìn)展挑選。 (1) 高溫儲(chǔ)存。高溫儲(chǔ)存的作用是經(jīng)過(guò)高溫加熱來(lái)加速任何能夠發(fā)生或存在的外表化學(xué)反響，使電路穩(wěn)定，剔除潛在的失效電路。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 儲(chǔ)存條件：溫度為1501755 ，儲(chǔ)存時(shí)間為48小時(shí)或96小時(shí)。150 適用于環(huán)氧扁平封裝的電路，175 適用于其他資料封裝的電路。 (2) 溫度循環(huán)。溫度循環(huán)能

31、檢驗(yàn)電路內(nèi)不同構(gòu)造資料的熱脹冷縮能否匹配。 循環(huán)條件：溫度范圍為5531253 。先低溫后高溫，每種溫度下堅(jiān)持30分鐘，交替時(shí)間小于1分鐘，交替次數(shù)不少于5次。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 離心加速度。離心加速度實(shí)驗(yàn)可使電路內(nèi)部焊點(diǎn)不牢，裝片或封裝不佳，管殼及硅片存在潛在裂紋等缺陷易于暴露。 實(shí)驗(yàn)條件：質(zhì)量小于15 g的電路可施加外力20 kg，質(zhì)量大于15 g的電路施加外力5 kg。沿電路三個(gè)軸向，各實(shí)驗(yàn)1分鐘。 (4) 跌落。有時(shí)可以用跌落的方法替代離心加速度的挑選方法。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (5) 高溫功率老化。老化

32、條件：溫度為1253，時(shí)間為168小時(shí)或96小時(shí)。亦可把溫度提高到1503 ，進(jìn)展24小時(shí)老化。 (6) 高溫測(cè)試。測(cè)試條件：溫度為403和553，各堅(jiān)持30分鐘，測(cè)試電參數(shù)。 (8) 電路輸入、輸出特性檢查。在室溫下分別對(duì)電路每一個(gè)輸入、輸出端的PN結(jié)加反向電壓，察看其特性曲線有無(wú)顯示擊穿景象。擊穿電壓應(yīng)大于7 V，漏電流應(yīng)小于10 A。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.3 電子設(shè)備的可靠性防護(hù)措施電子設(shè)備的可靠性防護(hù)措施 2.3.1 電子設(shè)備的散熱防護(hù) 溫度是影響電子設(shè)備可靠性最廣泛的一個(gè)要素。電子設(shè)備任務(wù)時(shí)，其功率損失普通都以熱能方式分發(fā)出來(lái)，尤其是一些耗散功

33、率較大的元器件，如電子管、變壓器、大功率晶體管、大功率電阻等。另外，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，設(shè)備任務(wù)時(shí)產(chǎn)生的熱能難以分發(fā)出去，將使設(shè)備溫度升高。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 1. 電阻器的散熱措施 1) 溫度對(duì)電阻器的影響 溫度升高會(huì)使電阻運(yùn)用率下降，導(dǎo)致其壽命降低。如RTX型碳膜電阻，當(dāng)環(huán)境溫度為40時(shí)，允許的運(yùn)用功率為標(biāo)稱值的100%；環(huán)境溫度增至100時(shí)，允許運(yùn)用功率僅為標(biāo)稱值的20%。另外，溫度過(guò)高能使噪聲增大。溫度變化同樣會(huì)使阻值變化，溫度每升高或降低10，其阻值大約變化1%。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 電阻器散熱的普通方

34、法 電阻的溫度與其方式、尺寸、功率損耗、安裝位置以及環(huán)境溫度等要素有關(guān)。普通情況下，電阻是經(jīng)過(guò)引出線的傳導(dǎo)和本身的對(duì)流、輻射來(lái)散熱的。電阻器散熱的普通思索有： (1) 大功率電阻器應(yīng)安裝在金屬底座上，以便散熱。 (2) 不許在沒(méi)有散熱的情況下，將功率電阻器直接裝在接線端或印制板上。 (3) 功率電阻器盡能夠安裝在程度位置。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (4) 引線長(zhǎng)度應(yīng)短些，使其和印制電路板的接點(diǎn)能起散熱作用；但又不能太短，且最好稍彎曲，以允許熱脹冷縮。如用安裝架，那么要思索其熱脹冷縮的應(yīng)力。 (5) 當(dāng)電阻器成行或成排安裝時(shí)，要思索通風(fēng)的限制和相互散熱的影響，并將

35、其適當(dāng)組合。 (6) 在需求補(bǔ)充絕緣時(shí)，需思索散熱問(wèn)題。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2. 半導(dǎo)體分立器件的散熱措施 1) 溫度對(duì)半導(dǎo)體分立器件的影響 半導(dǎo)體器件對(duì)溫度反響很敏感，過(guò)高的溫度會(huì)使器件的任務(wù)點(diǎn)發(fā)生漂移、增益不穩(wěn)定、噪聲增大和信號(hào)失真，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起熱擊穿。因此，通常半導(dǎo)體器件的任務(wù)溫度不能過(guò)高，如鍺管不超越70100；硅管不超越150200。表2.4列出了常用元器件的允許溫度。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 表2.4 常用元器件允許溫度第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 半導(dǎo)體分立器件散熱的普通思索

36、(1) 對(duì)于功率小于100 mW的晶體管，普通不用散熱器。 (2) 大功率半導(dǎo)體分立器件應(yīng)裝在散熱器上。 (3) 散熱器應(yīng)使肋片沿其長(zhǎng)度方向垂直安裝，以便于自然對(duì)流。散熱器上有多個(gè)肋片時(shí)，應(yīng)選用肋片間距大的散熱器。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (4) 半導(dǎo)體分立器件外殼與散熱器間的接觸熱阻應(yīng)盡能夠小，應(yīng)盡量增大接觸面積，接觸面堅(jiān)持光潔，必要時(shí)在接觸面上涂上導(dǎo)熱膏或加熱絕緣硅橡膠片，借助于適宜的緊固措施保證嚴(yán)密接觸。 (5) 散熱器要進(jìn)展外表處置，使其粗糙度適當(dāng)并使外表呈黑色，以加強(qiáng)輻射換熱。 (6) 對(duì)于熱敏感的半導(dǎo)體分立器件，安裝時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離耗散功率大的元器件。 (7

37、) 對(duì)于任務(wù)于真空環(huán)境中的半導(dǎo)體分立器件，散熱器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以只需輻射和傳導(dǎo)散熱為根底。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3) 散熱器 常用的散熱器大致有：平板形、平行肋片形、叉指形、星形等，如圖2.2(a)(d)所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (a)(b)(c)(d)圖2.2 散熱器外形(a) 平板形；(b) 平行肋片形；(c) 叉指形；(d) 星形第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3. 變壓器的散熱措施 1) 溫度對(duì)變壓器的影響 溫度對(duì)變壓器的影響除降低其運(yùn)用壽命外，絕緣資料的性能也將下降。普通情況下，變壓器的允許

38、溫度應(yīng)低于95。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 變壓器散熱的普通思索 (1) 不帶外罩的變壓器，要求鐵心與支架、支架與固定面都要良好接觸，使其熱阻最小。 (2) 對(duì)有外罩的變壓器，除要求外罩與固定面良好接觸外，可將其墊高并在固定面上開(kāi)孔，構(gòu)成對(duì)流，如圖2.3所示。 (3) 變壓器外外表應(yīng)涂無(wú)光澤黑漆，以加強(qiáng)輻射散熱。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 圖2.3 變壓器的散熱第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 4. 集成電路的散熱措施 集成電路的散熱，主要依托管殼及引線的對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)散熱，如圖2.4所示。當(dāng)集成電路的

39、熱流密度超越0.6 W/cm2時(shí)，應(yīng)裝散熱安裝，以減少外殼與周?chē)h(huán)境的熱阻。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 傳導(dǎo)集成電路輻射對(duì)流焊點(diǎn)印制板圖2.4 集成電路的散熱第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 5. 電子設(shè)備整機(jī)的散熱措施 1) 機(jī)殼自然散熱 機(jī)殼是接受設(shè)備內(nèi)部熱量并將其散到周?chē)h(huán)境中去的機(jī)械構(gòu)造。機(jī)殼散熱措施普通思索如下： (1) 選擇導(dǎo)熱性能好的資料做機(jī)殼，加強(qiáng)機(jī)箱內(nèi)外外表的熱傳導(dǎo)。 (2) 在機(jī)殼內(nèi)、外外表涂粗糙的黑漆，以提高機(jī)殼熱輻射才干。 (3) 在機(jī)殼上合理地開(kāi)通風(fēng)孔，以加強(qiáng)氣流的對(duì)流換熱才干。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

40、電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 圖2.5為常見(jiàn)的通風(fēng)口方式。圖(a)為最簡(jiǎn)單的沖壓而成的通風(fēng)孔；圖(b)為通風(fēng)孔較大時(shí)用金屬網(wǎng)遮住洞口的方式；圖(c)為百葉窗式通風(fēng)孔。(a)(b)(c)(a)(b)(c)圖2.5 散熱器通風(fēng)口方式 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 印制板的熱設(shè)計(jì) 從有利于散熱的角度出發(fā)，印制板最好是直立安裝，板與板之間的間隔 普通不要小于2 cm，而且元器件在印制板上的陳列方式應(yīng)遵照如下規(guī)那么： (1) 對(duì)于采用對(duì)流空氣冷卻方式的設(shè)備，最好是將集成電路(或其他元器件)按縱長(zhǎng)方式陳列，如圖2.6(a)所示；對(duì)于采用強(qiáng)迫空氣冷卻(風(fēng)扇冷卻)的設(shè)備，那么應(yīng)按橫長(zhǎng)

41、方式陳列，如圖2.6(b)所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (2) 在同一塊印制板上安裝半導(dǎo)體器件時(shí)，應(yīng)將發(fā)熱量小或不耐熱的元器件(如小信號(hào)晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在氣流的入口處，將發(fā)熱量大或耐熱好的元器件放在氣流的出口處。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (a)(b)圖2.6 集成電路在印制板上的陳列(a) 縱長(zhǎng)陳列；(b) 橫長(zhǎng)陳列第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (3) 在程度方向上，大功率器件應(yīng)盡量接近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱途徑；在垂直方向上，大功率器件應(yīng)盡量接近印制板上方布置，以便減小

42、這些器件任務(wù)時(shí)對(duì)其他元器件溫度的影響。 (4) 溫度敏感器件最好安頓在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備底部)，不要將它放在發(fā)熱元器件的正上方，多個(gè)器件最好是程度交錯(cuò)規(guī)劃。也可采用“熱屏蔽方法到達(dá)熱維護(hù)作用。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3) 內(nèi)部構(gòu)造的合理規(guī)劃 由于設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依托空氣對(duì)流，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要研討空氣流動(dòng)途徑，合理配置元器件或印制電路板。詳細(xì)措施有： (1) 要合理地布置機(jī)箱進(jìn)出風(fēng)口的位置，盡量增大進(jìn)出風(fēng)口之間的間隔 和高度差，以加強(qiáng)自然對(duì)流。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (2) 對(duì)大面積的元器件應(yīng)特別留意其放置位置，如機(jī)箱底

43、的底板、隔熱板、屏蔽板等。假設(shè)位置安排不合理，那么能夠妨礙或阻斷自然對(duì)流的氣流。 (3) 在印制板上進(jìn)展元器件規(guī)劃時(shí)，要防止在某個(gè)區(qū)域留有較大的空域。如圖2.7(a)所示，冷卻空氣大多從此空域中流走，呵斥散熱效果大大降低。如圖2.7(b)所示，冷卻空氣的通路阻抗均勻，散熱效果得到了改善。整機(jī)設(shè)備內(nèi)有多塊印制電路板的情況也應(yīng)留意同樣的問(wèn)題。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 不用器件空氣流(b)空氣流(a) 圖2.7 元器件的規(guī)劃(a) 較差規(guī)劃；(b) 較好規(guī)劃第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 4) 強(qiáng)迫風(fēng)冷 強(qiáng)迫風(fēng)冷是利用風(fēng)機(jī)進(jìn)展鼓風(fēng)或抽風(fēng)，提高

44、設(shè)備內(nèi)空氣流動(dòng)的速度，增大散熱面的溫差，到達(dá)散熱的目的。強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱方式主要是對(duì)流散熱，其冷卻介質(zhì)是空氣。強(qiáng)迫風(fēng)冷是目前運(yùn)用最多的一種強(qiáng)迫冷卻方法。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 【實(shí)例】 集成電路在印制板上的陳列方式對(duì)其溫升的影響。 圖2.8給出了大規(guī)模集成電路(LSI)和小規(guī)模集成電路(SSI)混合安裝情況下的兩種陳列方式。LSI的功耗為1.5 W，SSI的功耗為0.3 W。實(shí)測(cè)結(jié)果闡明，圖2.8(a)所示陳列方式使LSI的溫升達(dá)50，而圖2.8(b)所示陳列方式使LSI的溫升為40，顯然采用后一種陳列方式對(duì)降低LSI的溫升更為有效。第第2 2章章 電子設(shè)備的可

45、靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) SSILSI3028502018空氣流(a)空氣流(b)3027252340圖2.8 集成電路的陳列方式對(duì)其溫升的影響第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.3.2 電子設(shè)備的氣候防護(hù) 潮濕、鹽霧、霉菌以及氣壓、污染氣體對(duì)電子設(shè)備影響很大，其中潮濕的影響是最主要的。特別是在低溫高濕條件下，空氣濕度到達(dá)飽和時(shí)會(huì)使機(jī)內(nèi)元器件、印制電路板上產(chǎn)生凝露景象，使電性能下降，缺點(diǎn)上升 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 1. 潮濕的防護(hù) 電子設(shè)備遭到潮濕空氣的侵蝕，會(huì)在元器件或資料外表凝聚一層水膜，并浸透到資料內(nèi)部，從而呵斥絕緣資料的

46、外表電導(dǎo)率添加，體積電阻率降低，介質(zhì)損耗添加，零部件電氣短路、漏電或擊穿等。潮氣還能引起覆蓋層起泡甚至零落，使其失去維護(hù)作用。 防潮濕的措施很多，常用的方法有浸漬、灌封、密封等。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 1) 浸漬 浸漬是將被處置的組件或資料浸入不吸濕的絕緣漆中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間使絕緣液體進(jìn)入組件或資料的小孔、縫隙和構(gòu)造件的空隙，從而提高組件或資料的防潮濕性能和其他性能。 2) 灌封 灌封是用于熱溶形狀的樹(shù)脂、橡膠等將電器組件澆注封鎖，構(gòu)成一個(gè)與外界完全隔絕的獨(dú)立的整體。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3) 密封 密封是防止潮濕長(zhǎng)期影響的

47、最有效的方法。密封是將零件、元器件、部件或一些復(fù)雜的安裝甚至整機(jī)安裝在不透氣的密封盒內(nèi)，這種防潮手段屬于機(jī)械防潮。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2. 鹽霧和霉菌的防護(hù) 1) 鹽霧的防護(hù) 鹽霧主要發(fā)生在海上和近海地域，因鹽堿被風(fēng)刮起或鹽水蒸發(fā)而構(gòu)成的一種帶有鹽分的霧狀氣體。 鹽霧的防護(hù)方法主要是：在普通電鍍的根底上進(jìn)展加工，即嚴(yán)厲電鍍工藝，保證鍍層厚度，選擇適當(dāng)?shù)腻儗臃N類(lèi)；采用密封機(jī)殼或機(jī)罩，使設(shè)備與鹽霧環(huán)境隔開(kāi)；對(duì)關(guān)鍵組件進(jìn)展灌封或加其他密封措施。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 霉菌的防護(hù) 霉菌是指生長(zhǎng)在營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)上而構(gòu)成絨毛狀、蜘網(wǎng)

48、狀或絮狀菌絲體的真菌。霉菌種類(lèi)繁多。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 電子設(shè)備的霉菌防護(hù)方法有以下幾種： (1) 控制環(huán)境條件。 (2) 密封防霉。 (3) 運(yùn)用防霉劑。 (4) 運(yùn)用防霉資料。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3. 金屬的防腐 電子設(shè)備中大量運(yùn)用到金屬資料，金屬資料會(huì)和周?chē)g介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，從而導(dǎo)致金屬的腐蝕。 金屬防腐蝕措施如下： (1) 選擇適宜的資料。金屬資料的耐蝕性能與所接觸的介質(zhì)有親密的關(guān)系。選材時(shí)，首先要知道腐蝕介質(zhì)的種類(lèi)、腐蝕強(qiáng)度、PH值以及影響腐蝕性的諸如環(huán)境溫度、濕度變化情況等各種要素。 第第2

49、 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (2) 采用外表涂覆方法。外表涂覆是電子設(shè)備最常用的金屬防腐蝕方法。外表涂覆就是在零件外表涂覆一層金屬或非金屬覆蓋層。根據(jù)構(gòu)成覆蓋層的物質(zhì)不同，可將覆蓋層分為三類(lèi)：金屬覆蓋層(電鍍)、化學(xué)覆蓋層(金屬氧化物)和涂料覆蓋層。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.3.3 電子設(shè)備的電磁防護(hù) 屏蔽就是用導(dǎo)電或?qū)Т刨Y料制成的以盒、殼、板和柵等方式，將電磁場(chǎng)限制在一定空間范圍內(nèi)，使電磁場(chǎng)從屏蔽體的一面?zhèn)鞯搅硪幻鏁r(shí)遭到很大的衰減，從而抑制電磁場(chǎng)的分散。根據(jù)屏蔽抑制功能的不同，可分為電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。第第2 2章章 電子設(shè)備

50、的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 電屏蔽即靜電或電場(chǎng)的屏蔽，用于防止或抑制寄生電容耦合，隔離靜電或電場(chǎng)干擾。電屏蔽最簡(jiǎn)單的方法是在感應(yīng)源和受感器之間加一塊接地良好的金屬板，把感應(yīng)源的寄生電容短接到地，到達(dá)屏蔽的目的。 磁屏蔽用于防止磁感應(yīng)，抑制寄生電感耦合，隔離磁場(chǎng)干擾。 電磁屏蔽用于防止或抑制高頻電磁場(chǎng)的干擾。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 1. 元器件防靜電措施 半導(dǎo)體器件在制造、存貯、運(yùn)輸及裝配過(guò)程中均能夠因摩擦而產(chǎn)生靜電電壓，當(dāng)器件與這些帶電體接觸時(shí)，帶電體就會(huì)經(jīng)過(guò)器件引腳放電，引起器件失效。如MOS器件、雙極器件和混合集成電路等器件對(duì)靜電放電損傷敏感。第第2

51、 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 以對(duì)靜電敏感的CMOS集成電路為例，在電路設(shè)計(jì)及印制板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)留意以下幾點(diǎn)： (1) 不運(yùn)用的輸入端應(yīng)根據(jù)要求接電源或接地，不得懸空。 (2) 作為線路板輸入接口的電路，其輸入端除加瞬變電壓制制二極管外，還應(yīng)對(duì)地接電阻器(阻值普通取0.21 M)。 (3) 當(dāng)電路與電阻電容組成振蕩器時(shí)，電容器存貯電荷產(chǎn)生的電壓可使有關(guān)輸入端的電壓瞬時(shí)高于電源電壓。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (4) 作為線路板輸入接口的傳輸門(mén)，每個(gè)輸入端都應(yīng)串接電阻器(阻值取50100)。 (5) 作為線路板輸入接口的邏輯門(mén)，每個(gè)輸入端都應(yīng)串

52、接電阻器(阻值取100200)。 (6) 作為線路板輸入接口的運(yùn)用部位，應(yīng)防止其輸入電位高于電源電位(先加信號(hào)源，后加線路板電源，就可導(dǎo)致這一景象發(fā)生)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2. 導(dǎo)線的屏蔽 1) 印制導(dǎo)線屏蔽 單面印制板在信號(hào)線之間設(shè)置接地的印制導(dǎo)線可以起屏蔽作用，如圖2.9(a)所示。雙面印制板，除在信號(hào)線之間設(shè)置接地線以外，其反面銅箔也接地，加強(qiáng)了屏蔽作用，如圖2.9(b)所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 信號(hào)線地線信號(hào)線地線(a)信號(hào)線地線 信號(hào)線(b)圖2.9 印制板的屏蔽線第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)

53、備的可靠性設(shè)計(jì) 2) 高頻導(dǎo)線(同軸射頻電纜)的屏蔽 高頻導(dǎo)線的屏蔽主要是在其外面套上一層金屬絲的編織網(wǎng)，中心是芯線，金屬網(wǎng)是屏蔽層，芯線和屏蔽層之間襯有絕緣資料，屏蔽層外還有一層絕緣套管。 (1) 高頻高電平導(dǎo)線的屏蔽。對(duì)于高頻高電平導(dǎo)線，屏蔽的作用主要是防止其干擾外界。導(dǎo)線接入電路時(shí)，只需將屏蔽層在一端接地，那么中心導(dǎo)線信號(hào)電流在屏蔽層上感應(yīng)出的電荷就被釋放到地，在屏蔽層外部沒(méi)有電場(chǎng)。一端接地的方法具有有效的電場(chǎng)屏蔽作用，如圖2.10所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 屏蔽層電場(chǎng)磁場(chǎng)UZUZ圖2.10 屏蔽體一端接地的電場(chǎng)屏蔽作用第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性

54、設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 假設(shè)屏蔽層兩端接地，那么使屏蔽層經(jīng)過(guò)地可以得到一個(gè)與中心線電流方向相反的電流。兩電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，使在屏蔽層的外面沒(méi)有磁場(chǎng)輻射，從而起到磁屏蔽作用，如圖2.11(a)、(b)所示。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (a)(b)I1IsIgABR1圖2.11 屏蔽體上有電流時(shí)的屏蔽作用第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 屏蔽層與屏蔽盒的銜接正確與否也很重要。正確的接法是：屏蔽層在芯線進(jìn)入屏蔽盒的入口時(shí)就應(yīng)與屏蔽盒銜接，如圖2.12(a)所示；否那么，屏蔽層所耦合的外界干擾信號(hào)在屏蔽盒內(nèi)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，構(gòu)成干擾，如圖2.1

55、2(b)所示。 (2) 高頻低電平導(dǎo)線的屏蔽。對(duì)于高頻低電平導(dǎo)線，屏蔽的作用主要是防止外界對(duì)其的干擾。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 外絕緣隔離皮隔離皮和屏蔽盒之間的固定連接內(nèi)導(dǎo)體隔離皮外絕緣中心導(dǎo)線內(nèi)絕緣接地片接線柱(a)(b)圖2.12 隔離電纜外皮與屏蔽盒的銜接第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 3. 低頻變壓器的屏蔽 變壓器的鐵心由鐵磁資料制成，磁通絕大部分在鐵心中構(gòu)成閉合回路，但有小部分磁通(漏磁通)穿過(guò)周?chē)臻g而呵斥干擾，這將影響其附近的電子設(shè)備的正常任務(wù)，如放大器的調(diào)制交流聲，因此必需對(duì)變壓器進(jìn)展屏蔽。 變壓器的常見(jiàn)屏蔽方法有兩種

56、。一種是在鐵心側(cè)面包鐵皮，如圖2.13(a)所示；另一種是在線包外面包一圈銅皮作為短路環(huán)，如圖2.13(b)。漏磁通在環(huán)內(nèi)感應(yīng)渦流，而渦流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與漏磁場(chǎng)反向，所以短路環(huán)減少了漏磁場(chǎng)對(duì)外界的干擾。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 銅皮短路環(huán)(a)(b)圖2.13 變壓器的屏蔽第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 4. 電路的屏蔽 電路單元屏蔽的普通原那么如下： (1) 在電子設(shè)備或系統(tǒng)具有不同頻率的電路中，為防止相互之間的雜散電容耦合而呵斥干擾，對(duì)于振蕩器、放大器、濾波器等都應(yīng)分別加以屏蔽。 (2) 假設(shè)多級(jí)放大器的增益不大，那么級(jí)與級(jí)之間可以不

57、屏蔽；假設(shè)其增益大，輸出級(jí)對(duì)輸入級(jí)的反響大，那么級(jí)與級(jí)之間應(yīng)加以屏蔽。 (3) 假設(shè)低電平級(jí)接近高電平級(jí)，那么需求屏蔽；假設(shè)干擾電平與低電平級(jí)的輸入電平可以比較，那么應(yīng)嚴(yán)厲屏蔽。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (4) 根據(jù)電路特性決議能否屏蔽。電路能否需求屏蔽決議于電路本身的特點(diǎn)。如低輸入阻抗的放大器受寄生反響的影響比高輸入阻抗放大器的影響要小。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.4 印制電路板布線的可靠性設(shè)計(jì)印制電路板布線的可靠性設(shè)計(jì) 2.4.1 電磁兼容性設(shè)計(jì) 電磁兼容性(EMC)是指電子系統(tǒng)及其元器件在各種電磁環(huán)境中仍可以協(xié)調(diào)、有效

58、地進(jìn)展任務(wù)的才干。EMC設(shè)計(jì)的目的是既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電路和設(shè)備在規(guī)定的電磁環(huán)境中能正常任務(wù)，又能減少其本身對(duì)其他設(shè)備的電磁干擾。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 印制電路板電磁兼容設(shè)計(jì)詳細(xì)表達(dá)在布線時(shí)，此時(shí)要留意以下問(wèn)題： (1) 公用零伏線、電源線的走線寬度大于等于1 mm。 (2) 電源線和地線盡能夠接近，整塊印制板上的電源與地要呈“井字形分布，以便使分布線電流到達(dá)平衡。 (3) 要為模擬電路專門(mén)提供一根零伏線，以減少線間串?dāng)_。必要時(shí)可添加印制線條的間距。留意安插一些零伏線作為線間隔離。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (4)

59、印制電路板的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離；要特別留意電流流通中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸；如有能夠，在控制線(于印制板上)的入口處加接R-C去耦，以便消除傳輸中能夠出現(xiàn)的干擾要素。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (5) 印制電路板上印制弧線的寬度不要突變，導(dǎo)線不要忽然拐角(90)。傳輸線拐角要采用45角，以降低回?fù)p。 (6) 時(shí)鐘引線、行驅(qū)動(dòng)器或總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線經(jīng)常載有大的瞬變電流，其印制導(dǎo)線要盡能夠短；而對(duì)于電源線和地線這類(lèi)難以縮短長(zhǎng)度的布線，那么應(yīng)在印制板面積和線條密度允許的條件下盡能夠加大布線的寬度。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) (7)

60、 采用平行走線可以減少導(dǎo)線電感，但會(huì)使導(dǎo)線之間的互感和分布電容添加。 (8) 為了抑制印制導(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)盡量防止長(zhǎng)間隔 的平行走線，盡能夠拉開(kāi)線與線之間的間隔 ，信號(hào)線與地線及電源線盡能夠不交叉。 在運(yùn)用普通電路時(shí)，印制導(dǎo)線間隔和長(zhǎng)度設(shè)計(jì)可以參考表2.5所列規(guī)格。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 表2.5 印制電路板防串?dāng)_設(shè)計(jì)規(guī)那么第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.4.2 高頻數(shù)字電路PCB設(shè)計(jì)中的規(guī)劃與布線 為了防止高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)印制導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時(shí)，應(yīng)留意以下要點(diǎn)： (1) 高頻數(shù)字信號(hào)線要用短線。