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电子产品结构设计与制造工艺.doc
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更新于2023-05-28
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电子产品结构设计集成,多年经验之总结,实战总结。使用者在阅读此文过程中受益匪浅。希望大家能够喜欢,并对工作有帮助。
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第一章 概述
1.1 电子设备结构设计与制造工艺
1.1.1 现代电子设备的特点
当前,电子技术广泛地应用于国防、国民经济各部门以及人民生活等各个领
域。
由于生产和科学技术的发展,新工艺和新材料应用,超小型化元器件和中
大规模、超大规模集成电路的研制和推广,使电子设备在电路上和结构上产生
巨大的变化。小型化、超小型化、微型化结构的出现,使得一些传统的设计方
法逐渐被机电结合、光点结合等新技术所取代,再加上电子设备要适应更加广
泛的用途和恶劣苛刻的工作环境,就使当代电子设备具有不同于过去的特点。
这些特点可归纳为以下几方面:
1. 设备组成较复杂,组装密度大
现代电子设备要求具有多种功能,设备组成较复杂,元器件、零部件数量多,
且设备体积要小,组装密度大。尤其是超大规模集成电路及其衍生的各种功能
模块的出现,使电子设备的组装密度较过去提高了很多。
2. 设备使用范围广,所处的工作环境条件复杂。
现代电子设备往往要在恶劣而苛刻的环境条件下工作。有时要承受高温、低
温和巨大温差变化;高湿度和低气压;强烈的冲击和振动;外界的电磁干扰等。
这些都会对电子设备的正常工作产生影响。
3. 设备可靠性要求高、寿命长
现代电子设备要求具有较高的可靠性和足够的工作寿命。可靠性低的电子
设备将失去使用价值。高可靠性的电子设备,不仅元器件质量要求高,在电路
设计和结构设计中都要作出较大的努力。
4. 设备要求高精度、多功能和自动化
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现代电子设备往往要求高精度、多功能和自动化,有的还引入了计算机系
统,因而其控制系统较为复杂。精密机械广泛地应用于电子设备是现代电子设
备的一大特点。自控技术、遥控遥测技术、计算机数据处理技术和精密机械的
紧密结合,有的电子设备要求有智能实现人机交流,使电子设备的精度和自动
化程度达到了相当高的水平。
上述电子设备的特点,只是对整体而言,具体到某种设备又各具自己的特点。
由于当代电子设备具有上述特点,对电路设计和结构设计的要求更高了,设计、
生产人员充分了解电子设备的特点,对于确保电子设备的性能满足使用要求十
分必要的。
1.1.2 电子设备的制造工艺和结构设计
工艺工作是企业生产技术的中心环节,是组织生产和指导生产的一种重要
手段。在产品的设计阶段,它的内容是确定产品的制造方案并完善生产前的技
术准备工作;在产品的生产制造阶段,它的主要内容是组织指导符合设计要求
的加工生产,直至出厂为止而采取的必要的技术和管理措施。工艺工作按内容
可分为工艺技术和工艺管理,前者是生产实践劳动技能和应用科学研究成果的
积累和总结,是工艺工作的核心;后者是对工艺工作的计划、组织、协调与实
施,是保证工艺技术在生产中贯彻和发展的管理科学。工艺技术的实现和发展
是由科学的工艺管理工作来保证和实现的。工艺工作将各个部门、各个生产环
节联系起来成为一个完整的整体。它的着眼点就是促进每项工作操作简单、流
畅、高效率、低强度。
设计和制造电子设备,除满足工作性能的要求外,还必须满足加工制造的
要求,电路性能指标的实现,要通过具体的产品结构体现出来。电子设备是随
着电子技术的发展而发展的,其结构和构成形式也随之发生变化。初期的设备
较简陋,考虑的主要问题是电路设计。到二十世纪四十年代,出现了将复杂设
备分为若干部件,树立起结构级别的先进想法;为防止气候影响,研制出密封
外壳;为防止机械过载而研制出减振器,设备结构功能进一步完善,结构设计
成为电子设备设计的内容。随后,由于军用电子技术的发展和野战的需要,结
构设计的内容逐步丰富起来。目前,结构设计在电子设备的设计中占有较大的
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比重,直接关系到电子设备的性能和技术指标(条件)的实现。电子设备结构
设计和生产工艺的任务就是以结构设计为手段,保证所设计的电子设备在既定
的工作环境条件和使用要求下,达到技术条件所规定的各项指标,并能稳定可
靠地完成预期的功能,即保证电子设备的可靠性。
1.1.3 《电子设备结构设计与制造工艺》课程内容
《电子设备结构与工艺》包含了力学、机械学、材料学、热学、电学、化
学、美学、环境科学等多门基础学科的内容,是一门综合性的应用型边缘学科,
作为一门课程,它的内容只能涉及电子设备机构与工艺的最基本内容,具体包
括以下内容:
1. 电子设备的工作环境及其对设备的要求;
2. 可靠性及提高可靠性的方法;
3. 电子产品常用材料的防腐蚀措施;
4. 温度对电子设备的影响及散热方法;
5. 减振缓冲原理及常用减振器的选用;
6. 电磁干扰及其屏蔽,接地技术;
7. 电子设备元器件布局与装配;
8. 印制电路板的结构设计与制造工艺;
9. 电子设备整机装配与调试;
10. 电子产品的微型化结构及整机结构。
1.2 电子设备的工作环境及其对设备的影响
电子设备所处的工作环境,按其成因大体可为自然环境、工业环境和特殊
使用环境。除自然环境外,工业环境和特殊使用环境一般是人为制造和改变的,
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故也被称为诱发环境。表 1.1 中列举的环境分类包含了电子设备可能遭遇的各
种基本环境。
环境因素造成的设备故障是严重的。国外曾对机载电子设备进行故障剖析,
结果发现,50%以上的故障是由环境因素所致。而温度、湿度、振动三项环境
造成的故障率则高达 44%。
环境因素造成的设备故障和失效可分为两类:一类是功能故障,指设备的
各种功能出现不利的变化,或受环境条件的影响功能不能正常发挥,一旦外界
因素消失,功能仍能恢复;另一类是永久性损坏,如机械损坏等。
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表 1.1
自然环境
工业环境和特殊使用环境(诱发环
境)
温度 雾气 温度梯度 加速度
湿度 辐射 高压、低压 高强度噪声
大气压 真空 瞬态冲击 电磁场
降雨 磁场 高能冲击 腐蚀性介质
风沙 静电场 周期振动 固体粉尘
盐雾 生物因素 随机振动
电子设备所处的环境虽然复杂多样,但按其对设备的影响划分,归纳起来
不外乎三个方面,即气候因素影响,机械因素影响,电磁干扰(也称噪声干
扰)影响。
1.3 对电子设备的基本要求
为使电子设备具有较好的使用性能与制造工艺性能,并使其在各种工作环
境下能正常可靠地工作,设计和制造电子设备时应满足相应的要求。
1.3.1 工作环境对电子设备的要求
如前所述,工作环境包括气候环境、机械环境和电磁环境,它们影响着设
备的性能与寿命,为减少和防止各种因素对设备的不良影响,使其能适应工作
环境,对设备提出了以下要求:
1. 气候条件对电子设备的要求
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