電子設(shè)備的可靠性設(shè)計-PCB電磁兼容設(shè)計中的地線設(shè)計

1、第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 第第2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.1 影響電子設(shè)備可靠性的主要因素影響電子設(shè)備可靠性的主要因素 2.2 電子元器件的選用電子元器件的選用 2.3 電子設(shè)備的可靠性防護措施電子設(shè)備的可靠性防護措施 2.4 印制電路板布線的可靠性設(shè)計印制電路板布線的可靠性設(shè)計 2.5 PCB電磁兼容設(shè)計中的地線設(shè)計電磁兼容設(shè)計中的地線設(shè)計 思考題與練習題思考題與練習題 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.1 影響電子設(shè)備可靠性的主要因素影響電子設(shè)備可靠性的主要因素 2.1.1 工作環(huán)境 電子設(shè)備所處的工作環(huán)

2、境多種多樣。氣候條件、機械作用力和電磁干擾是影響電子設(shè)備的主要因素。必須采取適當?shù)姆雷o措施，將各種不良影響降低到最低限度，以保證電子設(shè)備穩(wěn)定、可靠地工作。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 1. 氣候條件對電子設(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、灰沙及日照等因素，對設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在使電氣性能下降、溫升過高、運動部位不靈活、結(jié)構(gòu)損壞，甚至不能正常工作。為了減少和防止這些不良影響，對電子設(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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (1) 采取散熱措施，限制設(shè)備工作時的溫升，保證在最高工作溫度條件下，設(shè)備內(nèi)的元器件所

3、承受的溫度不超過其最高極限溫度，并要求電子設(shè)備能夠耐受高低溫循環(huán)時的冷熱沖擊。 (2) 采取各種防護措施，防止潮濕、鹽霧、大氣污染等氣候因素對電子設(shè)備內(nèi)元器件及零部件的侵蝕和危害，延長其工作期。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 機械條件對電子設(shè)備的要求 機械條件是指電子設(shè)備在不同的運載工具中使用時所受到的振動、沖擊、離心加速度等機械作用。它對設(shè)備的影響主要是：元器件損壞失效或電參數(shù)改變；結(jié)構(gòu)件斷裂或變形過大；金屬件的疲勞破壞等。為了防止機械作用對設(shè)備產(chǎn)生的不良影響，對設(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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (1) 采取減振緩沖措

4、施，確保設(shè)備內(nèi)的電子元器件和機械零部件在受到外界強烈振動和沖擊的條件下，不致變形和損壞。 (2) 提高電子設(shè)備的耐沖擊、耐振動能力，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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3. 電磁干擾對電子設(shè)備的要求 電子設(shè)備工作的周圍空間充滿了由于各種原因所產(chǎn)生的電磁波，造成外部及內(nèi)部干擾。電磁干擾的存在，使設(shè)備輸出噪聲增大，工作不穩(wěn)定，甚至不能安全工作。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.1.2 使用方面 使用和維護人員對產(chǎn)品可靠性的影響，包括使用和維護的程序及設(shè)備，操作方法的正確性以及其他人為的因素。使用可靠性很大程度上依賴于使用設(shè)

5、備的人。熟練而正確的操作，及時的維護和保養(yǎng)，都能顯著地提高使用可靠性。 電子設(shè)備的操縱性能如何以及是否便于維護修理，直接影響到設(shè)備的可靠性，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須全面考慮。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 對電子設(shè)備的操縱要求，原則上可歸納為以下幾點： (1) 為操縱者創(chuàng)造良好的工作條件。例如：設(shè)備不會產(chǎn)生令人厭惡的噪聲，且色彩調(diào)和給人以好感，安裝位置適當，能令操作者精神安寧、注意力集中，從而提高工作質(zhì)量。 (2) 設(shè)備操作簡單，能很快地進入工作狀態(tài)，不需要很熟練的操作技術(shù)。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 設(shè)備安全可靠，有保險裝置。當操

6、縱者發(fā)生誤操作時，應(yīng)不會損壞設(shè)備，更不能危及人身安全。 (4) 控制機構(gòu)輕便，盡可能減少操縱者的體力消耗。指示系統(tǒng)清晰，便于觀察，且長時間觀察不易疲勞，也不損傷視力。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 從維護方便的角度出發(fā)，對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出以下要求： (1) 在發(fā)生故障時，便于打開維修或能迅速更換備用件。如采用插入式和折疊式結(jié)構(gòu)、快速裝拆結(jié)構(gòu)以及可換部件式結(jié)構(gòu)等。 (2) 可調(diào)組件、測試點應(yīng)布置在設(shè)備的同一面；經(jīng)常更換的元器件應(yīng)布置在易于裝拆的部位；對于電路單元應(yīng)盡可能采用印制板并用插座與系統(tǒng)連接。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 元器件的組

7、裝密度不宜過大，即體積填充系數(shù)在可能的條件下應(yīng)取得低一些(一般最好不超過0.3)，以保證元器件間有足夠的空間，便于裝拆和維修。 (4) 設(shè)備應(yīng)具有過負荷保護裝置(如過電流、過電壓保護)，危險和高壓處應(yīng)有警告標志和自動安全保護裝置(如高壓自動斷路門開關(guān))等，以確保維修安全。 (5) 設(shè)備最好具備監(jiān)測裝置和故障預報裝置，能使操縱者盡早地發(fā)現(xiàn)故障或測試失效元器件，及時更換維修，以縮短維修時間，防止大故障出現(xiàn)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.1.3 生產(chǎn)方面 1. 生產(chǎn)條件對電子設(shè)備的要求 任何電子設(shè)備在它的研制之后都要投入生產(chǎn)。生產(chǎn)廠的設(shè)備情況、技術(shù)和工藝水平、生產(chǎn)能力

8、和生產(chǎn)周期以及生產(chǎn)管理水平等因素都屬于生產(chǎn)條件。設(shè)備若要順利地投產(chǎn)，必須滿足生產(chǎn)條件對它的要求，否則就不可能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，甚至根本無法投產(chǎn)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 生產(chǎn)條件對產(chǎn)品的要求一般有以下幾個方面： (1) 設(shè)備中的零部件、元器件，其品種和規(guī)格應(yīng)盡可能少，盡量使用由專業(yè)廠家生產(chǎn)的通用零部件或產(chǎn)品。因為這樣便于生產(chǎn)管理，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。 (2) 設(shè)備中的機械零部件必須具有較好的結(jié)構(gòu)工藝性，能夠采用先進的工藝方法和流程。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 設(shè)備中的零部件、元器件及其各種技術(shù)參數(shù)、形狀、尺寸等，應(yīng)

9、最大限度地標準化和規(guī)格化；還應(yīng)盡可能采用生產(chǎn)廠家以前曾經(jīng)生產(chǎn)過的零部件，充分利用生產(chǎn)廠家的先進經(jīng)驗，使產(chǎn)品具有繼承性。 (4) 設(shè)備所使用的原材料的品種規(guī)格越少越好，應(yīng)盡可能少用或不用貴重材料，立足于使用國產(chǎn)材料和來源多、價格低的材料。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (5) 設(shè)備(含零部件)的加工精度要與技術(shù)條件要求相適應(yīng)，不允許無根據(jù)地追求高精度。在滿足產(chǎn)品性能指標的前提下，其精度等級應(yīng)盡可能低，裝配也應(yīng)簡易化，盡量不搞選配和修配，力求減少裝配工人的體力消耗，便于自動流水生產(chǎn)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 經(jīng)濟性對電子設(shè)備的要求 電

10、子設(shè)備的經(jīng)濟性有兩方面的內(nèi)容：使用經(jīng)濟性和生產(chǎn)經(jīng)濟性。使用經(jīng)濟性包括設(shè)備在使用、貯存和運輸過程中所消耗的費用。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 為了提高產(chǎn)品的經(jīng)濟性，在設(shè)計階段就應(yīng)充分考慮以下幾個方面： (1) 研究產(chǎn)品與零部件技術(shù)條件，分析產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)，研討和保證產(chǎn)品性能和使用條件，正確制定設(shè)計方案，這是產(chǎn)品經(jīng)濟性的首要環(huán)節(jié)。 (2) 根據(jù)產(chǎn)量確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式和產(chǎn)品類型。產(chǎn)量的大小決定著生產(chǎn)批量的規(guī)模，生產(chǎn)批量不同，其生產(chǎn)方式類型也不同，因而其生產(chǎn)經(jīng)濟性也不同。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 運用價值工程觀念，在保證產(chǎn)品性能的條件下

11、，按最經(jīng)濟的生產(chǎn)方法設(shè)計零部件。在滿足產(chǎn)品技術(shù)要求的條件下，選用最經(jīng)濟合理的原材料和元器件，以求降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 (4) 全面構(gòu)思，周密設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有良好的操縱維修性能和使用性能，以降低設(shè)備的維修費用和使用費用。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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則 電子元器件選用時應(yīng)遵循下列原則： (1) 根據(jù)電路性能的要求和工作環(huán)境的條件選用合適的元器件，元器件的技術(shù)條件、技術(shù)性能、質(zhì)量等級等均應(yīng)滿足設(shè)備工作和環(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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計

12、(2) 優(yōu)先選用經(jīng)實踐證明質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途的標準元器件，不選用淘汰和禁用的元器件。 (3) 應(yīng)最大限度地壓縮元器件的品種規(guī)格，減少生產(chǎn)廠家，提高它們的復用率。 (4) 除特殊情況外，所有電子元器件應(yīng)按不同的要求經(jīng)過必要的可靠性篩選后，才能用到產(chǎn)品中。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (5) 優(yōu)先選用有良好的技術(shù)服務(wù)、供貨及時、價格合理的生產(chǎn)廠家的元器件。對關(guān)鍵元器件要進行用戶對生產(chǎn)方的質(zhì)量認定。 (6) 仔細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。要注意統(tǒng)計在使用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)，作為以后選用的依據(jù)

13、。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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) 標稱阻值和允許偏差。標稱阻值是指電阻器上所標示的名義阻值，所有標稱阻值都必須符合標稱阻值系列。常用的標稱阻值有E6、E12和E24系列，如表2.1所示。實際阻值與標稱阻值的相對誤差稱為允許偏差。普通電阻的允許偏差有級(5%)、級(10%)和級(20%)，精密電阻允許偏差要求更高，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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 表2.1 電阻器標稱阻值系列第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2

14、) 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，在電阻器的使用過程中電阻器所能承受而不致將其燒毀的最大限度功率值。它是根據(jù)電阻器本身的阻值以及所通過的電流和其兩端所加的電壓來確定的，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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 電容

15、器的主要技術(shù)參數(shù) (1) 標稱容量和允許偏差。電容器標稱容量及允許偏差的基本含義同電阻一樣，標稱容量越大，電容器貯存電荷的能力就越強。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2) 耐壓值(額定工作電壓)。耐壓值是指在允許的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，電容器在電路中長期可靠地工作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，電容器的耐壓值應(yīng)該大于實際工作承受的電壓，否則電容器中的介質(zhì)會被擊穿造成電容器的損壞。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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 絕緣電阻。絕緣電阻是指電容器兩極之間的電阻，也稱漏電阻。一般電容

16、器絕緣電阻在1081010之間，電容量越大絕緣電阻就越小，所以不能單憑所測絕緣電阻值的大小來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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3. 半導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期運行時晶體二極管允許通過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的反向電流值。反向飽和電流主要受溫度影響，該值越小，說明二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。第? 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 最大反向工作電壓URM。最大反向工作電壓指正常工作時，二極管所能承受的反向電壓最大值。 (4) 最

17、高工作頻率fM。最高工作頻率指晶體二極管能保持良好工作性能條件下的最高工作頻率。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 4. 半導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)()。它是表明晶體管放大能力的重要參數(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時所對應(yīng)的集電極電流值，或者說集電極電流所能達到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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (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因受熱而引起

18、晶體三極管的參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時，集電極所能消耗的最大功率，或者說晶體管集電極溫度升高到不致將集電結(jié)燒毀所消耗的最大功率。 (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路時，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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 5. 集成電路的主要技術(shù)參數(shù) 1) TTL“與非門”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(或幾個)為低電平時的輸出電平。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載(通常規(guī)定為帶八個同類型

19、的與非門負載)時，電路處于飽和導通狀態(tài)時的輸出電壓。UOL一般應(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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 輸入短路電流IIS。輸入短路電流IIS是指當任何一個輸入端接地而其余輸入端懸空時，流過該輸入端的電流值。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，當任一輸入端接高電平，其余輸入端接地時，流過接高電平輸入端的電流。IIH應(yīng)小于70 A，且越小越好。 (5) 開門電壓UON。開門電壓UON是指在電路輸出端接有負載(通常規(guī)定為帶八個同類型的與非門負載)時，使輸出電壓為低電平時的最小輸入電壓。一般

20、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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (6) 關(guān)門電壓UOFF。關(guān)門電壓UOFF是指輸出電壓值下降到規(guī)定值(即UON)的90%時的輸入電壓。一般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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2) 數(shù)字集成電路的主要動態(tài)參數(shù) (1) 平均傳輸延遲時間tpd。平均傳輸延遲時間是數(shù)字集成電路的一個重要動態(tài)參數(shù)。當門電路工作時，若輸入一個脈沖信號，則輸出脈沖會有一定的時間延遲，如圖2.1所示。 (2) 導通延遲時間trd。導通延遲時間是從輸入脈沖上升沿的50%起，到輸出脈沖

21、下降沿的50%為止這段時間間隔。 (3) 截止延遲時間tfd。截止延遲時間是從輸出脈沖下降沿的50%起，到輸出脈沖上升沿的50%為止這段時間間隔。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 UiUotrdtfd50 %50 %圖2.1 數(shù)字集成電路的動態(tài)參數(shù)第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3) 運算放大器的主要參數(shù) (1) 開環(huán)電壓增益Aud。開環(huán)電壓增益Aud是指運算放大器處于開環(huán)狀態(tài)并且沒有外部反饋時，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C

22、MRR。差模輸入是指把輸入信號電壓加在運算放大器的兩個輸入端之間。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 輸入偏置電流IB。輸入偏置電流IB是指運算放大器在沒有輸入信號時，流入雙極型晶體管的基極電流或場效應(yīng)晶體管的柵極漏電流。一般規(guī)定IB值是流入兩個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是指當輸入信號為零時，運算放大器的兩個輸入端的偏置電流的差值，即IOS=IB IB+ 。由于信號源內(nèi)阻的存在，IOS會引起一輸入電壓變化，從而破壞運算放大器的平衡，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

23、性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (5) 輸入失調(diào)電壓UOS。在運算放大器的兩個輸入端上外加一直流補償電壓，以使其輸出端為零電位，則外加的補償電壓就是輸入失調(diào)電壓UOS。UOS愈小，運算放大器的電路對稱程度愈好。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.2.3 電子元器件的降額使用 元器件失效的一個重要原因是由于它工作在允許的應(yīng)力水平之上。因此為了提高元器件可靠性，延長其使用壽命，必須有意識地降低施加在元器件上的工作應(yīng)力，以使實際使用應(yīng)力低于其規(guī)定的額定應(yīng)力。對元器件有影響的應(yīng)力有：時間、溫度、濕度、腐蝕、機械應(yīng)力(直接負荷、沖擊、振動等)和電應(yīng)力(電壓、電流、頻率等)等。第第2

24、 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 1. 電阻器的降額使用 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；對于熱敏電阻而言，影響其可靠性的應(yīng)力則主要是功率和環(huán)境溫度。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 電容器的降額使用 影響電容器可靠性的最重要應(yīng)力是電壓和環(huán)境溫度。對于固定紙/塑料薄膜電容器而言，在應(yīng)用時，交流峰值電壓與直流電壓之和不得超過其額定值。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3. 半導體器件降額使用 可按GJB/Z35電子元器件降額

25、準則對半導體器件合理地降額使用。需要降額的主要參數(shù)是結(jié)溫、電壓和電流。 半導體器件的降額系數(shù)S取0.5以下，溫度低于50。鍺管還要低一點。不同的半導體器件，S的定義不一樣。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 晶體二極管的S為平均正向工作電流與25時的最大額定正向電流之比。 晶體三極管的S為實際功率與25時的最大額定功率之比。 穩(wěn)壓管的S為實際耗散功率與25時最大額定功率之比。 光電器件的S為實際耗散功率與25時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推薦降額范圍。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 表2.3 常用

26、元器件的推薦降額范圍第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.2.4 電子元器件的檢驗與篩選 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)備整機裝配前，應(yīng)按照整機技術(shù)要求對元器件進行質(zhì)量檢驗和篩選，不符合要求的元器件不得裝入整機。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 1. 元器件的外觀檢查 外觀檢查時，首先要查對元器件的型號、規(guī)格和出廠日期是否符合整機技術(shù)條件要求，沒有合格證明的元器件不得使用。 外觀檢查的主要內(nèi)容如下： (1) 元器件外觀是否完整無損，標記是否清晰，引線和接線端子是否無銹蝕和明顯氧化。 (2) 電位器、可變電容器和可調(diào)電感

27、器等組件調(diào)節(jié)時是否旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無跳變和卡死現(xiàn)象。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 接插件是否插拔自如，插針、插孔鍍層是否光亮，無明顯氧化和沾污。 (4) 膠木件表面是否無裂紋、起泡和分層。瓷質(zhì)件表面是否光潔平整，無缺損。 (5) 帶有密封結(jié)構(gòu)的元器件，密封部件是否損壞和開裂。 (6) 鍍銀件表面是否光亮，無變色發(fā)黑現(xiàn)象。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 元器件的篩選和老化 篩選和老化的目的是剔除因某種缺陷而導致早期失效的元器件，從而提高元器件的使用壽命和可靠性。因此，凡有篩選和老化要求的元器件，在整機裝配前必須按照整機產(chǎn)品技術(shù)要求和

28、有關(guān)技術(shù)規(guī)定進行嚴格的篩選和老化。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 下面對半導體二極管、三極管和集成電路的篩選和老化的技術(shù)要求作簡單介紹。 1) 半導體二極管、三極管的篩選 (1) 篩選程序如下： 二極管(此處列舉的是整流二極管)：高溫貯存溫度沖擊敲擊功率老化高溫測反向漏電流常溫測試檢漏外觀檢查。 三極管：高溫貯存溫度沖擊跌落(大功率管不做)高溫反偏(硅PNP管做)功率老化高低溫測試(必要時做)常溫測試檢漏外觀檢查。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2) 篩選條件及要求如下： 高溫貯存的要求為： 貯存溫度：硅二極管為1503；硅三極管為1753

29、；鍺二極管、三極管為1002。 貯存時間：A級為48小時，B級為96小時。 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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 敲擊。在專用夾具上用小錘敲擊器件，并用圖示儀監(jiān)視最大工作電流正向曲線。 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，按額定電流的1.5倍老化；最大電流大于1 A時，可按額定電流老化)通電老化。 高溫測試。其試驗溫度的要求為：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，恒溫時間為30分鐘。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電

30、子設(shè)備的可靠性設(shè)計 低溫測試。其試驗溫度為553，恒溫時間為30分鐘。 常溫測試。常溫測試按技術(shù)文件規(guī)定進行。 檢漏。檢漏按技術(shù)文件規(guī)定進行。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2) 半導體集成電路的篩選 對于半導體集成電路等組件，也要按照技術(shù)要求，凡有篩選要求的都要進行篩選。 (1) 高溫貯存。高溫貯存的作用是通過高溫加熱來加速任何可能發(fā)生或存在的表面化學反應(yīng)，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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 貯存條件：溫度為1501755 ，貯存時間為48小時或96小時。150 適用于環(huán)氧扁平封裝的電路，175 適用于其他材料封

31、裝的電路。 (2) 溫度循環(huán)。溫度循環(huán)能檢驗電路內(nèi)不同結(jié)構(gòu)材料的熱脹冷縮是否匹配。 循環(huán)條件：溫度范圍為5531253 。先低溫后高溫，每種溫度下保持30分鐘，交替時間小于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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 離心加速度。離心加速度試驗可使電路內(nèi)部焊點不牢，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。 試驗條件：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。沿電路三個軸向，各試驗1分鐘。 (4) 跌落。有時可以用跌落的方法代替離心加速度的篩選方法。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備

32、的可靠性設(shè)計 (5) 高溫功率老化。老化條件：溫度為1253，時間為168小時或96小時。亦可把溫度提高到1503 ，進行24小時老化。 (6) 高溫測試。測試條件：溫度為403和553，各保持30分鐘，測試電參數(shù)。 (8) 電路輸入、輸出特性檢查。在室溫下分別對電路每一個輸入、輸出端的PN結(jié)加反向電壓，觀察其特性曲線有無顯示擊穿現(xiàn)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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.3 電子設(shè)備的可靠性防護措施電子設(shè)備的可靠性防護措施 2.3.1 電子設(shè)備的散熱防護 溫度是影響電子設(shè)備可靠性最廣泛的一個因素。電子設(shè)備工作時，其功率損失一

33、般都以熱能形式散發(fā)出來，尤其是一些耗散功率較大的元器件，如電子管、變壓器、大功率晶體管、大功率電阻等。另外，當環(huán)境溫度較高時，設(shè)備工作時產(chǎn)生的熱能難以散發(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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 1. 電阻器的散熱措施 1) 溫度對電阻器的影響 溫度升高會使電阻使用率下降，導致其壽命降低。如RTX型碳膜電阻，當環(huán)境溫度為40時，允許的使用功率為標稱值的100%；環(huán)境溫度增至100時，允許使用功率僅為標稱值的20%。另外，溫度過高能使噪聲增大。溫度變化同樣會使阻值變化，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)計電子設(shè)

34、備的可靠性設(shè)計 2) 電阻器散熱的一般方法 電阻的溫度與其形式、尺寸、功率損耗、安裝位置以及環(huán)境溫度等因素有關(guān)。一般情況下，電阻是通過引出線的傳導和本身的對流、輻射來散熱的。電阻器散熱的一般考慮有： (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) 功率電阻器盡可能安裝在水平位置。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (4) 引線長度應(yīng)短些，使其和印制電路板的接點能起散熱作用；但又不能太短，且最好稍彎曲，以允許熱脹冷縮。如用安裝架，則要考慮其熱脹冷縮的應(yīng)力。 (5) 當電阻器成行或成排安裝時，

35、要考慮通風的限制和相互散熱的影響，并將其適當組合。 (6) 在需要補充絕緣時，需考慮散熱問題。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 半導體分立器件的散熱措施 1) 溫度對半導體分立器件的影響 半導體器件對溫度反應(yīng)很敏感，過高的溫度會使器件的工作點發(fā)生漂移、增益不穩(wěn)定、噪聲增大和信號失真，嚴重時會引起熱擊穿。因此，通常半導體器件的工作溫度不能過高，如鍺管不超過70100；硅管不超過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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計

36、 2) 半導體分立器件散熱的一般考慮 (1) 對于功率小于100 mW的晶體管，一般不用散熱器。 (2) 大功率半導體分立器件應(yīng)裝在散熱器上。 (3) 散熱器應(yīng)使肋片沿其長度方向垂直安裝，以便于自然對流。散熱器上有多個肋片時，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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (4) 半導體分立器件外殼與散熱器間的接觸熱阻應(yīng)盡可能小，應(yīng)盡量增大接觸面積，接觸面保持光潔，必要時在接觸面上涂上導熱膏或加熱絕緣硅橡膠片，借助于合適的緊固措施保證緊密接觸。 (5) 散熱器要進行表面處理，使其粗糙度適當并使表面呈黑色，以增強輻射換熱。 (6) 對于熱敏感的半導體分立器件，

37、安裝時應(yīng)遠離耗散功率大的元器件。 (7) 對于工作于真空環(huán)境中的半導體分立器件，散熱器設(shè)計時應(yīng)以只有輻射和傳導散熱為基礎(chǔ)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (a)(b)(c)(d)圖2.2 散熱器形狀(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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3. 變壓器的散熱措施 1) 溫度對變壓器的影響 溫度對變壓器的影響除降低其使用壽命外，絕緣材料的

38、性能也將下降。一般情況下，變壓器的允許溫度應(yīng)低于95。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2) 變壓器散熱的一般考慮 (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孔，形成對流，如圖2.3所示。 (3) 變壓器外表面應(yīng)涂無光澤黑漆，以加強輻射散熱。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 4. 集成電路的散熱措施 集成電路的散熱，主要依靠管殼及引線的對流、輻射和

39、傳導散熱，如圖2.4所示。當集成電路的熱流密度超過0.6 W/cm2時，應(yīng)裝散熱裝置，以減少外殼與周圍環(huán)境的熱阻。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 傳導集成電路輻射對流焊點印制板圖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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 5. 電子設(shè)備整機的散熱措施 1) 機殼自然散熱 機殼是接受設(shè)備內(nèi)部熱量并將其散到周圍環(huán)境中去的機械結(jié)構(gòu)。機殼散熱措施一般考慮如下： (1) 選擇導熱性能好的材料做機殼，加強機箱內(nèi)外表面的熱傳導。 (2) 在機殼內(nèi)、外表面涂粗糙的黑漆，以提高機殼熱輻射能力。 (3) 在機殼上合理地開通風孔，以加強氣流的對流換熱能力

40、。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖2.5為常見的通風口形式。圖(a)為最簡單的沖壓而成的通風孔；圖(b)為通風孔較大時用金屬網(wǎng)遮住洞口的形式；圖(c)為百葉窗式通風孔。(a)(b)(c)(a)(b)(c)圖2.5 散熱器通風口形式 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2) 印制板的熱設(shè)計 從有利于散熱的角度出發(fā)，印制板最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不要小于2 cm，而且元器件在印制板上的排列方式應(yīng)遵循如下規(guī)則： (1) 對于采用對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)按縱長方式排列，如圖2.6(a)所示；對于采用強制空氣冷

41、卻(風扇冷卻)的設(shè)備，則應(yīng)按橫長方式排列，如圖2.6(b)所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2) 在同一塊印制板上安裝半導體器件時，應(yīng)將發(fā)熱量小或不耐熱的元器件(如小信號晶體管、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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (a)(b)圖2.6 集成電路在印制板上的排列(a) 縱長排列；(b) 橫長排列第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3) 在水平方向上，大功率器件應(yīng)盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱途徑；在垂直方向上，大功率器件應(yīng)

42、盡量靠近印制板上方布置，以便減小這些器件工作時對其他元器件溫度的影響。 (4) 溫度敏感器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備底部)，不要將它放在發(fā)熱元器件的正上方，多個器件最好是水平交錯布局。也可采用“熱屏蔽”方法達到熱保護作用。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理布局 由于設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣對流，因此在設(shè)計時要研究空氣流動途徑，合理配置元器件或印制電路板。具體措施有： (1) 要合理地布置機箱進出風口的位置，盡量增大進出風口之間的距離和高度差，以增強自然對流。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2) 對大面積的元器

43、件應(yīng)特別注意其放置位置，如機箱底的底板、隔熱板、屏蔽板等。若位置安排不合理，則可能阻礙或阻斷自然對流的氣流。 (3) 在印制板上進行元器件布局時，要避免在某個區(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，造成散熱效果大大降低。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。整機設(shè)備內(nèi)有多塊印制電路板的情況也應(yīng)注意同樣的問題。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 不用器件空氣流(b)空氣流(a) 圖2.7 元器件的布局(a) 較差布局；(b) 較好布局第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 4) 強制風冷 強制風冷是

44、利用風機進行鼓風或抽風，提高設(shè)備內(nèi)空氣流動的速度，增大散熱面的溫差，達到散熱的目的。強制風冷的散熱形式主要是對流散熱，其冷卻介質(zhì)是空氣。強制風冷是目前應(yīng)用最多的一種強制冷卻方法。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 【實例】 集成電路在印制板上的排列方式對其溫升的影響。 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排列方式。LSI的功耗為1.5 W，SSI的功耗為0.3 W。實測結(jié)果表明，圖2.8(a)所示排列方式使LSI的溫升達50，而圖2.8(b)所示排列方式使LSI的溫升為40，顯然采納后一種排列方式對降低LSI的溫升更為有效。

45、第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 SSILSI3028502018空氣流(a)空氣流(b)3027252340圖2.8 集成電路的排列方式對其溫升的影響第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.3.2 電子設(shè)備的氣候防護 潮濕、鹽霧、霉菌以及氣壓、污染氣體對電子設(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，空氣濕度達到飽和時會使機內(nèi)元器件、印制電路板上產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，使電性能下降，故障上升 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 1. 潮濕的防護 電子設(shè)備受到潮濕空氣的侵蝕，會在元器件或材料表面凝聚一層水膜，并滲透到

46、材料內(nèi)部，從而造成絕緣材料的表面電導率增加，體積電阻率降低，介質(zhì)損耗增加，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脫落，使其失去保護作用。 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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 1) 浸漬 浸漬是將被處理的組件或材料浸入不吸濕的絕緣漆中，經(jīng)過一定時間使絕緣液體進入組件或材料的小孔、縫隙和結(jié)構(gòu)件的空隙，從而提高組件或材料的防潮濕性能和其他性能。 2) 灌封 灌封是用于熱溶狀態(tài)的樹脂、橡膠等將電器組件澆注封閉，形成一個與外界完全隔絕的獨立的整體。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3) 密

47、封 密封是防止潮濕長期影響的最有效的方法。密封是將零件、元器件、部件或一些復雜的裝置甚至整機安裝在不透氣的密封盒內(nèi)，這種防潮手段屬于機械防潮。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 鹽霧和霉菌的防護 1) 鹽霧的防護 鹽霧主要發(fā)生在海上和近海地區(qū)，因鹽堿被風刮起或鹽水蒸發(fā)而形成的一種帶有鹽分的霧狀氣體。 鹽霧的防護方法主要是：在一般電鍍的基礎(chǔ)上進行加工，即嚴格電鍍工藝，保證鍍層厚度，選擇適當?shù)腻儗臃N類；采用密封機殼或機罩，使設(shè)備與鹽霧環(huán)境隔開；對關(guān)鍵組件進行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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2) 霉菌的防護 霉菌是指生長在

48、營養(yǎng)基質(zhì)上而形成絨毛狀、蜘網(wǎng)狀或絮狀菌絲體的真菌。霉菌種類繁多。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 電子設(shè)備的霉菌防護方法有以下幾種： (1) 控制環(huán)境條件。 (2) 密封防霉。 (3) 使用防霉劑。 (4) 使用防霉材料。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3. 金屬的防腐 電子設(shè)備中大量應(yīng)用到金屬材料，金屬材料會和周圍腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用，從而導致金屬的腐蝕。 金屬防腐蝕措施如下： (1) 選擇合適的材料。金屬材料的耐蝕性能與所接觸的介質(zhì)有密切的關(guān)系。選材時，首先要知道腐蝕介質(zhì)的種類、腐蝕強度、PH值以及影響腐蝕性的諸如環(huán)境溫度、濕度

49、變化情況等各種因素。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2) 采用表面涂覆方法。表面涂覆是電子設(shè)備最常用的金屬防腐蝕方法。表面涂覆就是在零件表面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：金屬覆蓋層(電鍍)、化學覆蓋層(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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.3.3 電子設(shè)備的電磁防護 屏蔽就是用導電或?qū)Т挪牧现瞥傻囊院?、殼、板和柵等形式，將電磁場限制在一定空間范圍內(nèi)，使電磁場從屏蔽體的一面?zhèn)鞯搅硪幻鏁r受到很大的衰減，從而抑制電磁場的擴散。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

50、蔽。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 電屏蔽即靜電或電場的屏蔽，用于防止或抑制寄生電容耦合，隔離靜電或電場干擾。電屏蔽最簡單的方法是在感應(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，達到屏蔽的目的。 磁屏蔽用于防止磁感應(yīng)，抑制寄生電感耦合，隔離磁場干擾。 電磁屏蔽用于防止或抑制高頻電磁場的干擾。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 1. 元器件防靜電措施 半導體器件在制造、存貯、運輸及裝配過程中均可能因摩擦而產(chǎn)生靜電電壓，當器件與這些帶電體接觸時，帶電體就會通過器件引腳放電，引起器件失效。如MOS器件、雙極器件和混合集成電路等器

51、件對靜電放電損傷敏感。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 以對靜電敏感的CMOS集成電路為例，在電路設(shè)計及印制板設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾點： (1) 不使用的輸入端應(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抑制二極管外，還應(yīng)對地接電阻器(阻值一般取0.21 M)。 (3) 當電路與電阻電容組成振蕩器時，電容器存貯電荷產(chǎn)生的電壓可使有關(guān)輸入端的電壓瞬時高于電源電壓。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (4) 作為線路板輸入接口的傳輸門，每個輸入端都應(yīng)串接電阻器(阻值取50100)。 (5) 作為線路板輸入接

52、口的邏輯門，每個輸入端都應(yīng)串接電阻器(阻值取100200)。 (6) 作為線路板輸入接口的應(yīng)用部位，應(yīng)防止其輸入電位高于電源電位(先加信號源，后加線路板電源，就可導致這一現(xiàn)象發(fā)生)。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2. 導線的屏蔽 1) 印制導線屏蔽 單面印制板在信號線之間設(shè)置接地的印制導線可以起屏蔽作用，如圖2.9(a)所示。雙面印制板，除在信號線之間設(shè)置接地線以外，其背面銅箔也接地，增強了屏蔽作用，如圖2.9(b)所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 信號線地線信號線地線(a)信號線地線 信號線(b)圖2.9 印制板的屏蔽線第第2 2章章

53、 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2) 高頻導線(同軸射頻電纜)的屏蔽 高頻導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材料，屏蔽層外還有一層絕緣套管。 (1) 高頻高電平導線的屏蔽。對于高頻高電平導線，屏蔽的作用主要是防止其干擾外界。導線接入電路時，只要將屏蔽層在一端接地，則中心導線信號電流在屏蔽層上感應(yīng)出的電荷就被釋放到地，在屏蔽層外部沒有電場。一端接地的方法具有有效的電場屏蔽作用，如圖2.10所示。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 屏蔽層電場磁場UZUZ圖2.10 屏蔽體一端接地的電場屏蔽作用第第2

54、 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 如果屏蔽層兩端接地，則使屏蔽層通過地能夠得到一個與中心線電流方向相反的電流。兩電流產(chǎn)生的磁場互相抵消，使在屏蔽層的外面沒有磁場輻射，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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (a)(b)I1IsIgABR1圖2.11 屏蔽體上有電流時的屏蔽作用第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 屏蔽層與屏蔽盒的連接正確與否也很重要。正確的接法是：屏蔽層在芯線進入屏蔽盒的入口時就應(yīng)與屏蔽盒連接，如圖2.12(a)所示；否則，屏蔽層所耦合的外界干擾信號在屏蔽盒內(nèi)會產(chǎn)生磁場

55、，形成干擾，如圖2.12(b)所示。 (2) 高頻低電平導線的屏蔽。對于高頻低電平導線，屏蔽的作用主要是防止外界對其的干擾。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 外絕緣隔離皮隔離皮和屏蔽盒之間的固定連接內(nèi)導體隔離皮外絕緣中心導線內(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連接第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3. 低頻變壓器的屏蔽 變壓器的鐵心由鐵磁材料制成，磁通絕大部分在鐵心中形成閉合回路，但有小部分磁通(漏磁通)穿過周圍空間而造成干擾，這將影響其附近的電子設(shè)備的正常工作，如放大器的調(diào)制交流聲，因此必須對變壓器進行屏蔽。 變壓

56、器的常見屏蔽方法有兩種。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)生的磁場與漏磁場反向，所以短路環(huán)減少了漏磁場對外界的干擾。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 4. 電路的屏蔽 電路單元屏蔽的一般原則如下： (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造成干擾，對于振蕩器、放大器、濾波器等都應(yīng)分別加以屏蔽。 (2) 如果多級放大器的增益不大，

57、則級與級之間可以不屏蔽；如果其增益大，輸出級對輸入級的反饋大，則級與級之間應(yīng)加以屏蔽。 (3) 如果低電平級靠近高電平級，則需要屏蔽；如果干擾電平與低電平級的輸入電平可以比擬，則應(yīng)嚴格屏蔽。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (4) 根據(jù)電路特性決定是否屏蔽。電路是否需要屏蔽決定于電路本身的特點。如低輸入阻抗的放大器受寄生反饋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)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.4 印制電路板布線的可靠性設(shè)計印制電路板布線的可靠性設(shè)計 2.4.1 電磁兼容性設(shè)計 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)境中仍能

58、夠協(xié)調(diào)、有效地進行工作的能力。EMC設(shè)計的目的是既能抑制各種外來的干擾，使電路和設(shè)備在規(guī)定的電磁環(huán)境中能正常工作，又能減少其本身對其他設(shè)備的電磁干擾。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 印制電路板電磁兼容設(shè)計具體體現(xiàn)在布線時，此時要注意以下問題： (1) 專用零伏線、電源線的走線寬度大于等于1 mm。 (2) 電源線和地線盡可能靠近，整塊印制板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達到均衡。 (3) 要為模擬電路專門提供一根零伏線，以減少線間串擾。必要時可增加印制線條的間距。注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)計電子設(shè)備的可靠性

59、設(shè)計 (4) 印制電路板的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離；要特別注意電流流通中的導線環(huán)路尺寸；如有可能，在控制線(于印制板上)的入口處加接R-C去耦，以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (5) 印制電路板上印制弧線的寬度不要突變，導線不要突然拐角(90)。傳輸線拐角要采用45角，以降低回損。 (6) 時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流，其印制導線要盡可能短；而對于電源線和地線這類難以縮短長度的布線，則應(yīng)在印制板面積和線條密度允許的條件下盡可能加大布線的寬度。第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性

60、設(shè)計 (7) 采用平行走線可以減少導線電感，但會使導線之間的互感和分布電容增加。 (8) 為了抑制印制導線之間的串擾，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平行走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉。 在使用一般電路時，印制導線間隔和長度設(shè)計可以參考表2.5所列規(guī)格。 第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 表2.5 印制電路板防串擾設(shè)計規(guī)則第第2 2章章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.4.2 高頻數(shù)字電路PCB設(shè)計中的布局與布線 為了避免高頻信號通過印制導線時產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時，應(yīng)注意以下要點： (1) 高頻數(shù)字信號線要用