關(guān)曉丹-電子產(chǎn)品的制造性設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計報告（論文）報告（論文）題目： SMT 工藝與設(shè)備整理所在系部： 電子工程系 整理所在專業(yè)： 電子工藝與管理 整理所在班級： 10252 作 者 姓 名 ： 李雪丹 作 者 學(xué) 號 ： 20103025220 指導(dǎo)教師姓名： 關(guān)曉丹 完 成 時 間 ： 2013 年 6 月 10 日 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 / 23北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書姓姓 名：名：李雪丹專專 業(yè)：業(yè)：電子工藝與管理班班 級：級：10252學(xué)號：學(xué)號：20103025220指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：關(guān)曉丹職職 稱：稱：講師完成時間：完成時間：2013 年 6 月 10 日畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：畢

2、業(yè)設(shè)計（論文）題目： SMTSMT 工藝與設(shè)備工藝與設(shè)備設(shè)計目標(biāo)：設(shè)計目標(biāo)：電子產(chǎn)品造型設(shè)計、整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計、印制電路板組件設(shè)計制造技術(shù)、微電子工藝、電子設(shè)備加工和調(diào)試技術(shù)等，有力地保證了生產(chǎn)的系統(tǒng)性和實(shí)用性。技術(shù)要求：技術(shù)要求：防靜電技術(shù)、環(huán)境控制、加工和調(diào)試、設(shè)計及生產(chǎn)所需儀器設(shè)備：所需儀器設(shè)備： （1）焊接設(shè)備（2）設(shè)備生產(chǎn)（3）形成工藝文件標(biāo)準(zhǔn)（4）電子電裝元件 （5）調(diào)試檢驗(yàn)維護(hù)電子儀器成果驗(yàn)收形式：成果驗(yàn)收形式：畢業(yè)論文 參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：表面組裝技術(shù) 、 電子產(chǎn)品與工藝 、 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝 、 電子產(chǎn)品工藝實(shí)訓(xùn) 、 電子技能與訓(xùn)練 、 電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝 、 電子產(chǎn)品工藝 、

3、電子技能訓(xùn)練 、電子技術(shù)基礎(chǔ)技能實(shí)訓(xùn) 、 電子工藝及電子工程設(shè)計 、 電子設(shè)備裝聯(lián)工藝基礎(chǔ) 、 現(xiàn)代電子設(shè)備制造手冊 。15 周-6 周立題論證39 周-13 周資料收集時間時間安排安排27 周-8 周方案設(shè)計414 周-16 周成果驗(yàn)收指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師： 教研室主任教研室主任： 系主任系主任： / 23摘 要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品正廣泛應(yīng)用于人類生活的各個領(lǐng)域。電子產(chǎn)品的生產(chǎn)與發(fā)展是與電子技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的。新材料的使用新器件的出現(xiàn)，尤其是大規(guī)模超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用，以及工藝手段的不斷革新，使電子產(chǎn)品在電路上和結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生了巨大的飛躍。為現(xiàn)在生產(chǎn)提供了指導(dǎo)、準(zhǔn)則和大量的數(shù)

4、據(jù)及圖示，以現(xiàn)代電子設(shè)備可靠性設(shè)計、制造技術(shù)為主題，首先介紹了電子設(shè)備內(nèi)部和外部環(huán)境防護(hù)設(shè)計的基本原理及相關(guān)技術(shù)，如電子設(shè)備熱設(shè)計、防腐蝕設(shè)計、隔振緩沖設(shè)計、電磁兼容設(shè)計和整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計等，并以信息設(shè)備和電力設(shè)備為例，進(jìn)行詳細(xì)闡述；然后以現(xiàn)代先進(jìn)的電子設(shè)備制造技術(shù)，尤其是印制電路板設(shè)計制造、微電子工藝、設(shè)備組裝和調(diào)試等工藝設(shè)計技術(shù)要求及生產(chǎn)。關(guān)鍵詞 電子設(shè)備的生產(chǎn) 電子產(chǎn)品的制造 工藝標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計技術(shù)要求I / 23目 錄第第 1 1 章章 緒論緒論 .1 1第第 2 2 章章 電子設(shè)備基礎(chǔ)知識電子設(shè)備基礎(chǔ)知識 .2 22.1 電子產(chǎn)品的分類和特點(diǎn).22.2 環(huán)境對電子設(shè)備的要求.32.3 電子設(shè)

5、備設(shè)計制造基礎(chǔ).62.3.1 電子設(shè)備及結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ) .62.3.2 電子設(shè)備制造材料基礎(chǔ) .82.3.3 電子設(shè)備制造工藝基礎(chǔ) .8第第 3 3 章章 電子設(shè)備熱設(shè)計電子設(shè)備熱設(shè)計 .9 93.1 電子設(shè)備熱設(shè)計 .93.1.1 電子設(shè)備熱環(huán)境和散熱途徑 .93.1.2 電子設(shè)備熱設(shè)計原則和步驟 .103.2 電子設(shè)備的強(qiáng)迫風(fēng)冷 .11第第 4 4 章章 總結(jié)總結(jié) .1414致致 謝謝 .1515參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1616附附 錄錄 .17170 / 23電子產(chǎn)品的制造性設(shè)計第1章 緒論當(dāng)前，人們把利用電子學(xué)原理制成的設(shè)備、裝置、儀器、儀表等統(tǒng)稱為電子設(shè)備。例如，通信設(shè)備、電視機(jī)、電子計算

6、機(jī)、電子測量儀器等，正廣泛應(yīng)用于人類生活的各個領(lǐng)域。 電子產(chǎn)品的設(shè)計制造技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。新材料的使用、新器件的出現(xiàn)，尤其是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的推廣應(yīng)用，以及微電子工藝的不斷革新，使電子設(shè)備在電路上和結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生了巨大的飛躍電子產(chǎn)品由于產(chǎn)生、變換、傳輸和接收的電磁信號的不同，一般分為模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。預(yù)研究工作的任務(wù)是在產(chǎn)品設(shè)計前突破復(fù)雜的關(guān)鍵技術(shù)課題，為確定設(shè)計任務(wù)書、選擇最佳設(shè)計方案創(chuàng)造條件；或根據(jù)電子技術(shù)發(fā)展的新趨向，尋求把近代科學(xué)技術(shù)的成果應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計的途徑，有計劃地研究新結(jié)構(gòu)、新工藝和新理論，以及采用新材料和新器件等先行性技術(shù)課題，為不斷在產(chǎn)品設(shè)計中采用新技術(shù)，

7、創(chuàng)造出更高水平的新產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。該階段的工作，一般按擬定研究方案和試驗(yàn)研究兩道程序進(jìn)行。設(shè)計性試制階段 凡自行設(shè)計或測繪試制的產(chǎn)品，一般都要經(jīng)過設(shè)計性試制階段。其任務(wù)是根據(jù)批準(zhǔn)的設(shè)計任務(wù)書，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，編制產(chǎn)品設(shè)計文件和必要的工藝文件，制造樣機(jī)，并通過對樣機(jī)全面試驗(yàn)，檢查鑒定產(chǎn)品的性能，從而肯定產(chǎn)品設(shè)計與關(guān)鍵工藝。一般工作程序如下所述。 本論文將介紹電子產(chǎn)品的設(shè)計及生產(chǎn)工藝，電子設(shè)備的生產(chǎn) 、電子產(chǎn)品的制造 工藝標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計技術(shù)要求。1 / 23第2章 SMT工藝2.1 SMT 工藝SMT 是表面組裝技術(shù)（表面貼裝技術(shù)） （Surface Mounted Technology 的縮寫） ，是目

8、前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。SMT 主要內(nèi)容及基本工藝構(gòu)成要素錫膏印刷- 零件貼裝- 回流焊接- AOI 光學(xué)檢測- 維修- 分板錫膏印刷其作用是將錫膏漏印到 PCB 的焊盤上，為元器件的焊接做準(zhǔn)備。所用設(shè)備為印刷機(jī) SMT 加工車間（錫膏印刷機(jī)） ，位于 SMT 生產(chǎn)線的最前端。零件貼裝其作用是將表面組裝元器件準(zhǔn)確安裝到 PCB 的固定位置上。所用設(shè)備為貼片機(jī)，位于 SMT 生產(chǎn)線中印刷機(jī)的后面，一般為高速機(jī)和泛用機(jī)按照生產(chǎn)需求搭配使用?；亓骱附悠渥饔檬菍⒑父嗳诨?，使表面組裝元器件與 PCB 板牢固焊接在一起。所用設(shè)備為回流焊爐，位于 SMT 生產(chǎn)線中貼片機(jī)的后面，對于溫度要求相

9、當(dāng)嚴(yán)格，需要實(shí)時進(jìn)行溫度量測，所量測的溫度以 profile 的形式體現(xiàn)。AOI 光學(xué)檢測其作用是對焊接好的 PCB 板進(jìn)行焊接質(zhì)量的檢測。所使用到的設(shè)備為自動光學(xué)檢測機(jī)（AOI） ，位置根據(jù)檢測的需要，可以配置在生產(chǎn)線合適的地方。有些在回流焊接前，有的在回流焊接后維修其作用是對檢測出現(xiàn)故障的 PCB 板進(jìn)行返修。所用工具為烙鐵、返修工作站等。配置在 AOI 光學(xué)檢測后分板其作用對多連板 PCBA 進(jìn)行切分，使之分開成單獨(dú)個體，一般采用 V-cut 與 機(jī)器切割方式2.2 環(huán)境對電子設(shè)備的要求1氣溫環(huán)境概述 (1)影響作業(yè)環(huán)境中熱環(huán)境的基本因素主要包括：有氣溫，相對濕度，風(fēng)速，熱輻射，服裝隔熱

10、值；活動產(chǎn)熱值等。人為了保持恒定的體溫，人體通過熱交換，使體內(nèi)產(chǎn)生的熱量及從外界所得的熱量總和，與人體向外界散熱的熱量總和，大致保持平衡。影響熱交換的 4 個主要的環(huán)境因素：入體周圍的空氣溫度、空氣濕度、空氣流動（風(fēng)）和輻射溫度（人體周圍一定區(qū)域內(nèi)的墻體、天花板和其他物體表面的溫度）。 (2)有效溫度有效溫度是考慮了溫度、濕度、風(fēng) 3 方面因素的一個綜合性指標(biāo)。在任何微氣候環(huán)境條件下，若人體的溫度感覺與風(fēng)速小于或等于 0.1m/s（自然對流）、相對濕度為 100010 條件下的某溫度值引起的感覺相同，這個溫度值就是有效溫度值。 (3)有效溫度的組成同一有效溫度值可由不同的氣溫值、相對濕度值和風(fēng)

11、速值組合產(chǎn)生。例如，在下述2 / 233 種微氣候條件中，人們產(chǎn)生了相同的溫度感覺（有效溫度相同），都是17.7。ET。三者關(guān)系：氣溫 17.7，相對濕度 100u/o，風(fēng)速 0.1m/s；氣溫 22.4，相對濕度 70%，風(fēng)速 0.5 m/s;氣溫 25，相對濕度 20%，風(fēng)速2.5m/s。通?？筛鶕?jù)溫度（攝氏溫度或華氏溫度）、濕度（相對濕度）和風(fēng)速3 個因素，從有效溫度圖（也稱溫濕圖）中直接查得有效溫度值。2氣溫環(huán)境的生理效應(yīng)和對作業(yè)的影響 (1)高溫的生理效應(yīng)1)人在高溫環(huán)境下工作，新陳代謝速度加快，人的產(chǎn)熱量增加，散熱落后于產(chǎn)熱過程，體內(nèi)積蓄過量的熱，導(dǎo)致體溫升高，呼吸和心率加快。若長

12、時間處于這神狀況，將出現(xiàn)失水，失鹽、頭暈、惡心、極度疲乏等癥狀。嚴(yán)重時，甚至?xí)柝剩ㄖ惺睿┮灾滤劳觥?2)在高溫情況下，出汗蒸發(fā)是人體散發(fā)熱量的主要途徑，在安靜狀態(tài)下，相對濕度為 22%、氣溫達(dá) 30或相對濕度為60%、氣溫達(dá) 2526時，人體開始知覺出汗。相對濕度增加，人體因散熱困難，而增加出汗；勞動強(qiáng)度增大，機(jī)體的代謝產(chǎn)熱量增大，會增加出汗。3)人們在熱環(huán)境下工作，周圍溫度對心血管應(yīng)力的總影響，可用工作能力來描述。在溫度 24-40，周圍溫度每提高 10，增加的生理學(xué)應(yīng)力相當(dāng)于最大工作能力 1%。4)人雖能暫時忍受在不舒適熱環(huán)境中工作，但會產(chǎn)生不希望的生理反應(yīng)和降低生產(chǎn)能力，在熱舒適情況下

13、推薦的最大工作負(fù)荷。(2)高溫對作業(yè)的影響1)在高溫環(huán)境下，操整理知覺的速度和準(zhǔn)確度以及反應(yīng)能力均有不同程度的下降。注意力不集中、煩躁不安、易于激動、對工作滿意感大為降低。2)高溫對操作效率的影響。溫度達(dá) 2732時，肌肉用力的工作效率下降；溫度高達(dá) 32以上時，需要注意力集中的工作以及精密工作的效率也開始下降。3)高溫帶來潛在的不安全性。用汗?jié)袷肿ノ瘴矬w或控制器比較困難，增加了工具失控或負(fù)荷失控的可能；在熱和潮濕環(huán)境中工作，形成潮濕的地板或工作物表面，增加了潛在的滑倒危險；汗侵入眼睛，引起眼睛疼痛并干擾目視作業(yè)，會導(dǎo)致監(jiān)控失誤；降低皮膚的阻抗，會增加人們遭受電擊的沖擊。(3)低溫的生理效應(yīng)1

14、)在低溫條件下，皮膚毛細(xì)血管收縮，使人體散熱量減少，通過肌肉收縮（表現(xiàn)為肌肉緊張、顫抖），使人體產(chǎn)熱量增加，當(dāng)產(chǎn)熱量小于散熱量時，機(jī)體體溫下降，當(dāng)體溫降到 35以下，機(jī)體就會出現(xiàn)各種不同的功能紊亂現(xiàn)象，甚至死亡。2)環(huán)境溫度過低成在寒冷環(huán)境下暴露時間過長，都會發(fā)生凍痛、凍傷和凍僵現(xiàn)象。凍痛往往是凍傷的先兆，凍痛后若持續(xù)低溫暴露則會繼發(fā)凍傷、凍僵。3)最常見的是局部過冷，如手、足、耳及面頰等外露部分發(fā)生凍傷，嚴(yán)3 / 23重時可導(dǎo)致肢體壞疽。此外，長期在低溫、高濕條件下勞動，易引起肌痛、肌炎、神經(jīng)痛、神經(jīng)炎、腰痛和風(fēng)濕性疾患等。(4)低溫對作業(yè)的影響1)低溫環(huán)境即使不足以引起機(jī)體過冷，但仍會對工

15、作效率產(chǎn)生不良影響，主要表現(xiàn)在觸覺辨別準(zhǔn)確率下降，手的靈活程度和操作的準(zhǔn)確性下降，視反應(yīng)時延長。2)當(dāng)環(huán)境溫度（干球溫度）為 15時，手的柔韌性開始下降；當(dāng)進(jìn)行操作的手部皮膚溫度為 15時，就會影響打字或追蹤操縱能力；在 8時，手的觸覺能力下降；在 7時，手工作業(yè)的效率僅為最舒適溫度時的 80010；到4。C 時將影響握力。低溫還會降低要求有較高注意力和良好短時記憶作業(yè)的效績。3氣溫環(huán)境設(shè)計(1)代謝產(chǎn)熱值體內(nèi)產(chǎn)生的熱量是熱負(fù)荷的一個部分，不同活動（典型作業(yè)）的代謝率。代謝率的單位是 met，Imet=58.15W/m2：0.83kcal/( minm2)。(2)計算溫度（作業(yè)溫度）計算溫度也

16、稱作業(yè)溫度（to），它把氣溫(干球溫度ta)、風(fēng)速、輻射熱（黑球溫度 tg）3 介因素綜合起來，衡量微氣候環(huán)境對機(jī)體熱平衡的影響，是評價熱環(huán)境的重要綜合指標(biāo)，也是進(jìn)行工作設(shè)計（如室內(nèi)的空調(diào)工程設(shè)計）的指標(biāo)。 (3)至適溫度也稱舒適溫度，通常是指主觀至適溫度，即指 85%的人主觀感覺至適的溫度，至適溫度取決于作業(yè)環(huán)境的微氣候條件、人的衣著、勞動強(qiáng)度。1)持續(xù)接觸熱后必要休息時間不得少于 15min。休息時應(yīng)脫離熱環(huán)境。2)凡高溫作業(yè)工作地點(diǎn)空氣濕度大于 75%時，空氣濕度每增加 10%，允許持續(xù)接觸熱時間相應(yīng)降低一個檔次，即采用高于工作地點(diǎn)溫度 2的時間限值。4改善氣溫環(huán)境的措施 (1)改善熱不

17、舒適措施 1)降低溫度。合理布置熱源和疏散可移動的熱源。 2)降低濕度?？杉涌旌挂赫舭l(fā)，在設(shè)計時，應(yīng)在通風(fēng)口設(shè)置去濕器。3)增加氣流速度（如提供風(fēng)扇）。干球溫度 25以上時，增加氣流速度可顯著提高舒適度；當(dāng)周圍溫度升高到 35以上時，尤其是相對濕度高時(70%)，其作用減弱；在中等強(qiáng)度到重體力勞動情況下，當(dāng)氣流速度大于 2m/s 時，散熱效率不再提高。4)降低工作負(fù)荷，可減少人體產(chǎn)熱，以利保持人體的熱平衡：放慢工作速率，盡可能縮短連續(xù)工作時間，如實(shí)行小換班、增加工間休息次數(shù)，延長休息時間等（休息時應(yīng)離開熱和潮濕環(huán)境）；采用輔助工具，減輕體力勞動強(qiáng)度。5)調(diào)節(jié)衣服。穿著防護(hù)服，特殊高溫作業(yè)需佩戴

18、隔熱面罩、穿熱反射服（鍍鋁夾克）或冰背心、風(fēng)冷衣。 6)提供對輻射熱的防護(hù)層。在人和輻射表面之間放置防護(hù)屏（隔板），隔熱板可用泡沫塑料（也可用木質(zhì)或織物）和鍍鋁反射4 / 23層組成。7)舒適的休息場所。提供工間休患場所，該處有適度的流動空氣和涼爽的環(huán)境( 2030)，并提供坐椅和飲水。 (2)改善冷不舒適措施 1)降低氣流速度。用擋風(fēng)板、防風(fēng)罩或防風(fēng)衣降低風(fēng)對人的影響。 2)增加或超出工作負(fù)荷。調(diào)節(jié)工作負(fù)荷，使動靜作業(yè)合理結(jié)合調(diào)配。 3)增加服裝隔熱值。不舒適程度一般是相對于膚溫而言的，增加服裝隔熱面和隔熱層，提高服裝的隔熱值，例如，穿著御寒服（熱阻值大、吸汗和透氣性強(qiáng)的衣料制成），且尺寸不

19、宜過緊。 4)增加輻射熱。提供加熱器，呵增加小范圍內(nèi)的舒適。 5氣體環(huán)境(1)氣體污染源及其對身體的影響1)普通室內(nèi)氣體污染源主要來自 3 個方面。建筑材料本身的污染；裝飾裝修帶來的污染（尤其是低檔材料）：家具帶來的污染。2)室內(nèi)氣體污染對人健康的影響。上述三大污染源中含有揮發(fā)性有機(jī)化合物達(dá) 300 多種，其中最主要、最常見、危害最大的 5 種污染物質(zhì)是甲醛、VOC（苯及其同系物）、氨、氡及石材本身的放射性。這 5 種物質(zhì)被稱為五大“健康殺手”。研究表明，68%的人體疾病均與室內(nèi)污染有關(guān)，其中最常見的癥狀是頭痛、胸悶、易疲勞、煩燥、皮膚過敏等反應(yīng)，WHO 稱此現(xiàn)象為“致病建筑綜合癥”。3)工業(yè)

20、區(qū)氣體污染源。在化學(xué)、輕工、冶煉，機(jī)械加工和交通等作業(yè)場所會逸出有害氣體、蒸汽和氣溶膠。當(dāng)其達(dá)到一定劑量，會引起職業(yè)中毒，但許多毒物在尚未達(dá)到中毒劑量前已可影響工效。 (2)氣流質(zhì)量要求1)廠房的最低層高不應(yīng)低于 3.Om，每個工作人員所占廠房的建筑容積不小于 20m3，對新鮮空氣量的要求如下：人均所占容積為 2040m3 時，應(yīng)保證每人每小時不少于 20m3 新鮮空氣量；人均所占容積超過 40m3 時，可由門窗滲入的空氣來換氣。2)任何有人的封閉環(huán)境，為保持空氣新鮮，都應(yīng)提供足夠的通風(fēng)。如果環(huán)境容積小于或等于人均 4.25ffl3，則至少應(yīng)向該部位提供人均 0.85m3/min 的通風(fēng)，其中

21、室外的新鮮空氣應(yīng)占 2/3 左右。對容積較大的封閉環(huán)境，人均供氣量應(yīng)按圖 4-9 曲線的數(shù)據(jù)提供。3)室內(nèi)空氣質(zhì)量要求：在 GB/T 18883室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，對室內(nèi)空氣質(zhì)量的主要控制指標(biāo)，做了明確的規(guī)定。 (3)保證空氣質(zhì)量的防護(hù)措施1)常用的防護(hù)措施。選擇無毒的建筑裝修材料，污染環(huán)境的設(shè)備（如可產(chǎn)生臭氧的復(fù)印機(jī)、蓄電池室等）應(yīng)與操作人員的活動區(qū)域隔離，換氣率必須適當(dāng)，既不能換氣過度，使操作人員感到不適，也不能過少，致使污染物蓄積。 5 / 232)應(yīng)在工廠和工藝流程中，杜絕任何有毒氣體的泄漏，控制有害廢氣的排放。3)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)部的有關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)，以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量不致?lián)p及

22、人的健康。4)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)定期保潔，以避免由于通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的污染影響室內(nèi)空氣的質(zhì)量。2.3 電子設(shè)備設(shè)計制造基礎(chǔ)如今的中國已成為世界電子設(shè)備制造中心，中國整個電子制造業(yè)的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生新的變化與調(diào)整，新器件、新材料、新工藝不斷問世，特別是日新月異的微電子技術(shù)正在向各個領(lǐng)域廣泛滲透。因此傳統(tǒng)的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝方法受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，中國電子制造業(yè)迫切需要大量精通各方面知識的設(shè)計、制造工程師?，F(xiàn)代電子設(shè)備所處的環(huán)境主要包括氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、電磁環(huán)境、生物化學(xué)環(huán)境和核輻射環(huán)境等。各種環(huán)境因素的影響可能導(dǎo)致電子設(shè)備性能降低、失效甚至損壞，必須采取防護(hù)措施。2.3.1 電子設(shè)備及結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)電子設(shè)備的

23、設(shè)計通常包括線路設(shè)計和結(jié)梅設(shè)計。線路設(shè)計是根據(jù)產(chǎn)品的性能要求和技術(shù)條件，確定設(shè)計方案，初定方框圖和電路圖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的計算和試驗(yàn)，最終確定線路圖并選定元器件及其參數(shù)。電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)線路設(shè)計提供的資料和數(shù)據(jù)并考慮電子設(shè)備的性能要求和技術(shù)條件等，合理地布置元器件，使之組成部件或電路單元，同時還要與其他單元連接起來，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計和防護(hù)設(shè)計等，最后組成一臺完整的產(chǎn)晶，給出全部工作圖紙。 目前，電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括以下幾個方面內(nèi)容。 (1)整機(jī)組裝結(jié)構(gòu)設(shè)計（總體設(shè)計） 根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和使用的環(huán)境條件，整機(jī)組裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容如下所述。 環(huán)境防護(hù)設(shè)計：包括元器件、組件及整機(jī)的熱設(shè)計；

24、防腐、防潮和防霉設(shè)計；振動與沖擊隔離設(shè)計及屏蔽與接地設(shè)計等。 結(jié)構(gòu)件設(shè)計：包括機(jī)柜、機(jī)箱（或插入單元）、機(jī)殼、機(jī)架、底座、面板、把手、鎖定裝置及其他附件的設(shè)計。 機(jī)械傳動裝置設(shè)計：根據(jù)信號的傳遞或控制程中，對某些參數(shù)（電或機(jī)械）的調(diào)節(jié)和控制所必需的各種機(jī)械傳動組件或執(zhí)行元件進(jìn)行設(shè)計。6 / 23 總體布局：在完成上述各方而的設(shè)計之后，合理地安排結(jié)構(gòu)布局，相互之間的連接形式以及結(jié)構(gòu)尺寸的確定等。(2)熱設(shè)計產(chǎn)品的熱設(shè)計是指對電子元器件、組件以及整機(jī)的溫升控制，尤其是對于高密度組裝的產(chǎn)品，更應(yīng)注意其熱耗的排除。溫升控制的方法包括自然空冷、強(qiáng)迫空冷、強(qiáng)迫液冷、蒸 發(fā)冷卻、溫差電制冷和熱管傳熱等各種形

25、式。 (3)電磁兼容性設(shè)計產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)處理和傳輸系統(tǒng)的自動化要求各系統(tǒng)有良好的抗干擾能力。因此，應(yīng)進(jìn)行電磁屏蔽與接地等設(shè)計，以提高產(chǎn)品對電磁環(huán)境的適應(yīng)性。其措施包括噪聲源的抑制、消除噪聲的耦合通道和抑制接收系統(tǒng)的噪聲等。 (4)防腐設(shè)計 嚴(yán)酷的氣候條件會引起電子設(shè)備中金屬和非金屬材料發(fā)生腐蝕、老化、霉?fàn)€和性能顯著下降等各種現(xiàn)象。因此，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品所處環(huán)境條件的性質(zhì)和影響因素的種類和作用強(qiáng)度的大小來確定相應(yīng)的防護(hù)措施，設(shè)計合理的防護(hù)結(jié)構(gòu)，選擇耐腐蝕材料，應(yīng)用新的抗腐蝕方法。 (5)機(jī)械傳動裝置設(shè)計產(chǎn)品在完成信號的產(chǎn)生、放大、變換、發(fā)送、接收、顯示和控制的過程中，必須對各種參數(shù)（電的或機(jī)械的）進(jìn)行調(diào)

26、節(jié)和控制。因此，需要設(shè)計相應(yīng)的機(jī)械傳動裝置或執(zhí)行元件來完成這個功能。這里除了常規(guī)的機(jī)械傳動裝置設(shè)計外，主要是與電性能密切相關(guān)的轉(zhuǎn)動慣量、傳動精度、剛度和摩擦等問題的設(shè)計。 (6)結(jié)構(gòu)的靜力與動力計算 對于運(yùn)載工具中使用或處于運(yùn)輸過程中的電子產(chǎn)品，則要求有隔振與緩沖描施，以克服由于機(jī)械力引起的材料疲勞應(yīng)力和結(jié)構(gòu)諧振而對電性能的影響。對于薄壁和型材的機(jī)柜（機(jī)殼）結(jié)構(gòu)，則還要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。(7)連接設(shè)計 產(chǎn)品中存在著大量的固定、半固定以及活動的電氣接點(diǎn)，實(shí)踐證明，這些接點(diǎn)的接觸可靠性對整機(jī)或系統(tǒng)的可靠性有很大的影響。因此，必須正確地設(shè)計和選用固定連接的工藝，如釬焊、壓接和熔接等。

27、同時，還應(yīng)注意對各種接插件和開關(guān)件等這些活動連接件的選用。(8)人機(jī)工程學(xué)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用產(chǎn)品既要滿足電性能指標(biāo)的要求，又要使產(chǎn)品的操整理感到方便、靈活和安全，同時外形必須美觀大方。這樣就要求用人機(jī)工程學(xué)的基本原理來考慮人與產(chǎn)品的相互關(guān)系，設(shè)計出符合人的生理和心理特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，更好地發(fā)揮人和7 / 23機(jī)器的效能。 (9)造型與色彩的設(shè)計 產(chǎn)品的造型具有實(shí)用功能和使用功能，而電子產(chǎn)品的色彩可以給人以美的享受。優(yōu)秀的造型與色彩設(shè)計既可以節(jié)省物力和財力，又可以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。 ( 10)可靠性試驗(yàn) 根據(jù)技術(shù)條件要求和產(chǎn)品的特殊用途，有時要對模擬產(chǎn)品和試制產(chǎn)品進(jìn)行可靠性試驗(yàn)或人工環(huán)境試驗(yàn)，分析試

28、驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證設(shè)計的正確性和可靠性指標(biāo)。2.3.2 電子設(shè)備制造材料基礎(chǔ)電子設(shè)備材料是指在電子技術(shù)和微電子技術(shù)中使用的材料，包括介電材料、半導(dǎo)體材料、壓電與鐵電材料、導(dǎo)電金屬及其合金材料、磁性材料、光電子材料以及其他相關(guān)材料。電子材料是現(xiàn)代電子工業(yè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時又是科技領(lǐng)域中技術(shù)密集型學(xué)科。它涉及到電子技術(shù)、物理化學(xué)、固體物理學(xué)和工藝基礎(chǔ)等多學(xué)科知識。根據(jù)材料的化學(xué)性質(zhì)，可以分為金屬電子材料,電子陶瓷，高分子電子、玻璃電介質(zhì)、云母、氣體絕緣介質(zhì)材料，電感器、絕緣材料、磁性材料、電子五金件、屏蔽材料、壓電晶體材料、電子精細(xì)化工材料、電子輕建紡材料、電子錫焊料材料、PCB 整理材料

29、、其它電子材料。2.3.3 電子設(shè)備制造工藝基礎(chǔ)以電子產(chǎn)品整機(jī)制造工藝為主線，分別是常用電子元器件的識別與檢測、常用電子測試儀器的原理及應(yīng)用、繪圖原理及 PCB 制板工藝、元器件的焊接工藝、電子裝配工藝、典型電子工藝設(shè)備制造以及掌握電子產(chǎn)品生產(chǎn)、整理的基本技能，了解電子產(chǎn)品先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)手段8 / 23第3章 電子設(shè)備熱設(shè)計3.1 電子設(shè)備熱設(shè)計隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子技術(shù)在軍用和民用的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，為提高電子元器件和設(shè)備的熱可靠性以及對各種惡劣環(huán)境條件的適應(yīng)能力，電子元器件和設(shè)備的熱設(shè)計和熱分析技術(shù)得到了普遍的重視和發(fā)展。自 1948 年半導(dǎo)體器件問世以來，電子元器件

30、的小型化、微小型化和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，使每個集成電路所包含的元器件數(shù)超過了 250 000 個。由于超大規(guī)模集成電路（vLsIC）、專用集成電路（AsIC）、超高速集成電路（VHsIC）、無引線器件、表面貼裝和多芯片模塊（MCM）等微電子技術(shù)，在結(jié)構(gòu)、工藝、組裝等諸多領(lǐng)域的不斷發(fā)展，使微電子器件及設(shè)備的組裝密度和功率密度在迅速提高電子設(shè)備熱設(shè)計的目的是為芯片級、元件級、組件級和系統(tǒng)級提供良好的熱環(huán)境，保證它們在規(guī)定的熱環(huán)境下，能按預(yù)定的方案正常、可靠的工作。熱控制系統(tǒng)必須具有在規(guī)定的使用期內(nèi)，完成所規(guī)定的功能，并以最少的維護(hù)保證其正常工作的功能。3.1.1 電子設(shè)備熱環(huán)境和散熱途徑隨著電子技

31、術(shù)的飛速發(fā)展,大功率、高功率密度器件被廣泛研制和應(yīng)用,而如何對這些高功率器件進(jìn)行合理、有效的散熱,以提高其可靠性,卻是非常困難。內(nèi)容中主要探討了電子設(shè)備的冷卻散熱問題,介紹了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則以及冷卻方式和冷卻介質(zhì)的選擇,同時對常用的風(fēng)冷系統(tǒng)及設(shè)計時需要注意的問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析,在電子設(shè)備熱設(shè)計中的應(yīng)用,對一些新型導(dǎo)熱材料的應(yīng)用進(jìn)行了展望。熱屏蔽和熱隔離原理如圖 3-1 所示。圖 3-1 熱屏蔽和熱隔離原理9 / 233.1.2 電子設(shè)備熱設(shè)計原則和步驟對電子設(shè)備進(jìn)行合理的熱設(shè)計是為了用較少的冷卻代價獲得高可靠的電子設(shè)備。因此，在熱設(shè)計前必須首先了解下面幾個問題： (1)電子設(shè)備（包括發(fā)熱元

32、器件）的熱特性 熱設(shè)計的主要參數(shù)包括各個元器件（產(chǎn)品）的發(fā)熱功率、發(fā)熱元器件（或產(chǎn)品）的散熱面積，以及發(fā)熱元器件和熱敏元器件（或產(chǎn)品）的最高允許的工作溫度及環(huán)境溫度等。電子設(shè)備冷卻方法的確定及冷卻介質(zhì)流量的估算主要取決于這些數(shù)據(jù)的精確性。這些數(shù)據(jù)一般由元器件制造廠提供，當(dāng)這種資料不足時，設(shè)計者必須進(jìn)行估算或由實(shí)驗(yàn)來確定各個參數(shù)。在元器件排列之前，可將產(chǎn)品內(nèi)的所有元件的熱特性列成一個表格。這樣，結(jié)構(gòu)上的排列便可根據(jù)元器件的電氣性能和熱特性綜合進(jìn)行考慮。 (2)元器件（或產(chǎn)品）的環(huán)境溫度 熱設(shè)計者應(yīng)該知道電子設(shè)備（或元器件）所處工作環(huán)境（例如，空用、海用、地面和室內(nèi)設(shè)備等）的溫度。 通常以元器件（

33、或產(chǎn)品）的環(huán)境溫度及元器件（或產(chǎn)品）的最高允許溫度作為冷卻系統(tǒng)中冷卻劑進(jìn)幽口溫度，并以此作為進(jìn)行熱設(shè)計時初步估算的參考數(shù)據(jù)。熱設(shè)計必須滿足兩個條件：把產(chǎn)品的溫度限制在某一最大和最小的范圍內(nèi)；盡量使電子設(shè)備內(nèi)各點(diǎn)之間的溫差最小。熱設(shè)計的基本原則如下： 保證冷卻系統(tǒng)具有良好的冷卻功能，即要保證電子設(shè)備內(nèi)的元件均能在規(guī)定的熱環(huán)境中正常工作。根據(jù)產(chǎn)品的熱損耗值、用途及溫升等要求來確定冷卻方法。元器件的配置必須符合散熱的要求，在熱回路中，元器件的發(fā)熱表面到連接物之間的熱阻（熱量傳遞過程的阻力）應(yīng)盡量小，使元器件在允許溫度下工作。 對密封電子設(shè)備，必須同時考慮內(nèi)部和外部的兩種熱設(shè)計方案，使其從內(nèi)部向外部傳

34、熱的熱阻減至最小。 保證冷卻系統(tǒng)工作的可靠性。不管環(huán)境如何變化，冷卻系統(tǒng)必須能以重復(fù)的和預(yù)定的方式完成所規(guī)定的功能。在規(guī)定的使用期限內(nèi)，冷卻系統(tǒng)的故障率應(yīng)比元器件的故障率低。因此，在冷卻系統(tǒng)中要裝有安全保護(hù)裝置，例如，流量開關(guān)、溫度繼電器和壓力繼電器等。冷卻系統(tǒng)要具有良好的適應(yīng)性。因此，設(shè)計中對可調(diào)性必須留有余地，因?yàn)橛械漠a(chǎn)品在工作一段時間后，由于某些因素的變化，引起熱耗散或流體流動阻力的增加，要求增大其散熱能力，以便無須多大的變更就能增加其散熱能力。為了保護(hù) I 作人員及產(chǎn)品的安全，從冷卻系統(tǒng)排出的廢氣不能有過多的毒性、腐蝕性和易燃物等。10 / 23 冷卻系統(tǒng)要便于維護(hù)，便于測試、修理和更

35、換元件。 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計要有良好的經(jīng)濟(jì)性，使其成本只能占整個產(chǎn)品成本的一定比例。 設(shè)計一個較好的冷卻系統(tǒng)必須綜合各方面的因素，使其既能滿足冷卻要求，又能達(dá)到電氣性能的指標(biāo)，所用的冷卻代價最小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。而這樣一個冷卻系統(tǒng)往往要通過一系列的技術(shù)方案論證之后才能得到。這里要遵循的原則是：最佳的熱設(shè)計應(yīng)是能滿足技術(shù)要求的最簡單的方案。3.2 電子設(shè)備的強(qiáng)迫風(fēng)冷1.設(shè)計的基本原則整機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計的重點(diǎn)在于合理控制氣流和分配氣流，使其按照預(yù)定的路徑通行，并將氣流合理分配給各單元和組件，使所有元器件均在低于額定溫度的環(huán)境下工作。 在排列元器件時，應(yīng)將不發(fā)熱和發(fā)熱量小的元件排列在冷空氣的上游

36、（即靠近進(jìn)風(fēng)口），耐溫性低的元器件排列在最上游，其余元件可按它們的耐溫的高低，以遞增的順序逐一排列。對那些發(fā)熱量大，而導(dǎo)熱性能差的元器件，必須使其暴露在冷氣流中；而導(dǎo)熱性好的，體積較大的變壓器、電感類器件可依靠導(dǎo)熱方式，將其熱量傳到附近有冷空氣流過的底板上。 在不影響電性能的前提下，將發(fā)熱量大的元器件集中在一起，并與其他元器件采用熱絕緣的辦法，進(jìn)行單獨(dú)的集中通風(fēng)冷卻。這樣可使系統(tǒng)（或單元）所需的風(fēng)量和風(fēng)壓顯著下降，以減少通風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率。 為了降低冷空氣的輸送阻力，各元器件在單元內(nèi)排列時，應(yīng)力求對氣流的阻力最小，盡量避免在風(fēng)道上安裝大型元件以防造成阻塞。 整機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)、出風(fēng)口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，以

37、避免氣流短路。 為提高主要發(fā)熱元件的換熱效率，可將元器件裝入與其外形相似的風(fēng)道內(nèi)，進(jìn)行單獨(dú)的集中通風(fēng)冷卻。 2強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)的基本形式(1)單個元器件的強(qiáng)迫風(fēng)冷 在工程上常常會遇到這樣的問題：在整機(jī)的機(jī)箱中，只有單個電子器件需要冷卻，例如，顯示卡上的信號處理模塊和計算機(jī)中的 CPU 等需進(jìn)行單獨(dú)集中風(fēng)冷。這時可選擇合適的通風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇和（或）設(shè)計一個專用的風(fēng)道，將需要泠卻的元件（如大功率器件）裝在該系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)。 (2)整機(jī)的抽風(fēng)冷卻 整機(jī)的抽風(fēng)可分為有風(fēng)管與無風(fēng)管兩種形式。有風(fēng)管的抽風(fēng)，其風(fēng)管可以裝在機(jī)柜的后側(cè)，也可以放在機(jī)柜的兩側(cè)，視具體情況而定。風(fēng)道口的大小可根據(jù)每個分機(jī)或插箱的熱損耗

38、來確定。 抽風(fēng)冷卻主要適用于熱耗散比較分散的整機(jī)或機(jī)箱。熱量經(jīng)專門的風(fēng)道或直接排到設(shè)備周圍的大氣中。抽風(fēng)冷卻的特點(diǎn)是風(fēng)量大，風(fēng)壓小，各部分風(fēng)量分布比較均勻。因此，整機(jī)的抽風(fēng)冷卻常用在機(jī)柜中各單元熱量分布比較均勻，各元件所需冷卻表面的風(fēng)阻較小的情況下。由于熱空氣的密度較小，它有一個上升力，因此11 / 23抽風(fēng)機(jī)一般都裝在機(jī)柜項(xiàng)部或上側(cè)面，出風(fēng)口面向大氣或設(shè)備周圍的介質(zhì)。 當(dāng)各單元有熱敏元件時，為防止上升氣流流過熱敏元件，就需要有專用的抽風(fēng)管道。此時應(yīng)設(shè)計成上下各單元互不通氣。為防止灰塵吸入，可在進(jìn)風(fēng)口處裝濾塵裝置。 當(dāng)機(jī)柜的中部或頂部各單元需要風(fēng)冷，但沒有熱敏元件時，可采用沒有專用抽風(fēng)道的形式

39、，為了便于氣流流通，機(jī)柜底板以及中層各底板均需要開孔和開槽。為防止氣流短路，只允許在機(jī)柜底側(cè)開百葉窗或通風(fēng)孔和槽等。 (3)整機(jī)的鼓風(fēng)冷卻它也可以分為有風(fēng)管道和無風(fēng)管道兩種。整機(jī)鼓風(fēng)冷卻的特點(diǎn)是風(fēng)壓大，風(fēng)量比較集中。整機(jī)鼓風(fēng)冷卻通常用在單元內(nèi)熱量分布不均勻，在風(fēng)阻較大、元器件較多的情況下，各單元需要有專門風(fēng)道冷卻。其中，有風(fēng)管道形式，這樣便于控制各單元的風(fēng)量。無風(fēng)管道形式，只適用于在底層內(nèi)具有風(fēng)阻較大的元器件，且上層無熱敏元件的情況。 空氣的出口溫度應(yīng)根據(jù)單元內(nèi)各元件允許的表面溫度來確定。這種風(fēng)量計算方法比較保守，因?yàn)樗呀?jīng)忽略了機(jī)柜四周對大氣的輻射和自然對流換熱所散去的熱量（假設(shè)機(jī)柜表面溫度

40、高于周圍環(huán)境溫度），因此所得風(fēng)量偏大。 其中自然冷卻技術(shù)如圖 3-2 所示。圖 3-2 自然冷卻技術(shù)其中不發(fā)熱元器件的熱安裝如圖 3-3 所示。12 / 23圖 3-3 不發(fā)熱元器件的熱安裝3通風(fēng)管道的設(shè)計原則 對于有專門管道的強(qiáng)迫通風(fēng)系統(tǒng)，正確地設(shè)計和安裝通風(fēng)管道對散熱效果有較大的影響。通風(fēng)管道的設(shè)計應(yīng)注意 F 面幾個問題： 通風(fēng)管道應(yīng)盡量短縮，短管道可以降低風(fēng)道的阻力損失，同時也使制造和安裝簡單，節(jié)約材料。 盡可能用直管，直管不僅容易加工，而且局部阻力小。但實(shí)際應(yīng)用中，管子的彎曲是不可避免的，如一些大型機(jī)柜的通風(fēng)，由于設(shè)備是分層的空間安裝，各個分機(jī)的通風(fēng)管道就要根據(jù)各分機(jī)的散熱量進(jìn)行分支和

41、彎曲。當(dāng)管道需要彎曲時，應(yīng)采用局部阻力小的結(jié)構(gòu)，并且最好在風(fēng)速較小的地方彎曲。 管道的截面尺寸和出口形狀要選擇合理。風(fēng)道的截面尺寸最好和風(fēng)機(jī)的出口一致，以免因變挨截面而增加阻力損失。大功率元器件的送風(fēng)管，截面形狀應(yīng)根據(jù)元器件的形狀而定，可以是圓形、橢圓形，也可以是正方形或長方形等。風(fēng)道的截面尺寸應(yīng)能保持所需的 Re 數(shù)。 合理設(shè)計進(jìn)風(fēng)口的結(jié)構(gòu)進(jìn)風(fēng)口的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則是：一方面盡量使其對氣流的阻力最?。毫硪环矫嬉_(dá)到濾塵作用。兩者之間是相互矛盾的，常常為達(dá)到濾塵的目的，就不得不降低第一個要求。在濾塵要求不嚴(yán)的情況下進(jìn)風(fēng)。二、三層交叉排列、外層折成波浪形的濾塵裝置，其濾塵效果較好；泡沫塑料加金屬網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式，泡沫塑料濾塵器的厚度應(yīng)在20 mm 以上，為了便于拆洗濾塵器，可做成單獨(dú)部件，四周用邊框固定，清洗時可拆下。 在某些情況下，電子設(shè)備的阻力計算是很困難的，如集成化的電子設(shè)備，其抽風(fēng)和鼓風(fēng)的機(jī)柜阻力就只能借助于實(shí)驗(yàn)方法來確定。因此，在選擇機(jī)箱結(jié)