电子产品设计工艺性.ppt

电子产品设计工艺性,目录,1概述 2电子元器件选用工艺性 3印制电路板组装件设计工艺性 4整机设计工艺性,1、概述,电子产品的设计工艺性，作为电子产品与零、部（组）件的设计及其制造、组合、安装、连接、防护与加固等设计的主要内涵，有其严格的工艺技术要素和规范要求，是产品设计的重要属性。其设计工艺性的合理与否，将直接影响电子产品设计的可制造性、制造的规范性和产品的可靠性。,1.1 设计工艺性的规范化要求 1.2 设计工艺性存在的问题 1.3 设计工艺性检查的原则,2、电子元器件选用工艺性,2.1元器件的选用原则 优先选用国产元器件 元器件应在选用目录或优选目录中选用 新品元器件选用 元器件品种和厂家 元器件参数及使用环境 选择适当的元器件质量等级 以先进、高可靠元器件替代落后、低质量元器件,2.2 电子元器件选用的工艺性要求 设计选用元器件时，应结合产品的结构特点，综合考虑元器件的装联方式、占地效率（二维、三维）、组装厂的工艺和设备、元器件的可测试性、可更换性、可获得性、电磁兼容性等。,通孔插装元器件选用工艺性要求 表面贴装元器件选用工艺性要求 螺装元器件选用工艺性要求 元器件焊接工艺性要求 元器件三防工艺性要求 元器件的可检测性,3、印制电路板组装件设计工艺性,3.1 PCA设计工艺性要求 元器件布局 防热应力 绝缘、耐电压 引线安装支撑力 导线及跨接线的连接 调试性与测试性,3.2 元器件通孔插装设计工艺性 轴向引线元器件水平安装的布局及要求如下： 元器件水平安装布局及尺寸设计：引线安装跨度A一般应不大于25.4mm，平行排列元器件两侧沿之间的安装间隙B、直线型排列的两相邻连接盘边缘间距C的要求。,C 1.27 mm,B1.6mm,A 25.4 mm,B1.6 mm,图3.1 轴向引线元器件水平安装与布局设计,元器件不应摞装布局（除非一个元器件或部件专门设计成允许另一个元器件与它成为一体），也不应十字交叉跨装。,图3.2 元器件摞装或跨装（不允许）,（2）水平安装的形式 水平贴板安装 水平微间隙安装 水平悬空安装,非轴向引线元器件的安装 TO封装器件安装设计与引线成形 （1） TO封装的中、小功率晶体管安装一般采用直接插装。 （2）为了加大TO封装器件安装连接盘的距离，提高其安装可靠性和维修性，其安装设计可以选取图3.8a方式，为了降低器件安装高度可采用图3.8b、c、d设计方式。,b.正向埋头安装成形,a.正向立式安装成形,A=23 mm,A2D,B=35 mm,C 引线间距,E1.6mm,c.反向贴板安装成形,d.反向埋头安装成形,A=23 mm,A=23 mm,E1.6mm,非轴向引线电容器安装与引线成形 非轴向引线电容器一般采用立式直插装 双列直插封装器件的安装 双列直插封装器件的安装,可以采用直接插装和间接插装两种方式设计。,单面引线元器件的通孔插装 主要工艺性要素： 1）不应在PCB上进行硬安装（即直接贴PCB表面安装）。,图3.11 元器件与PCB硬安装,2）元器件（例如F型封装大功率管）安装面与PCB之间采用加散热片或加聚酰亚胺膜、涂抹导热硅脂设计时，其散热片、或聚酰亚胺膜、或导热硅脂不应对金属化孔形成气密性安装，应在其引线安装部位设计让金属化孔焊接时排气的气隙等措施。,3）元器件安装面与PCB之间加散热片等的安装设计，其组合安装高度H应保证元器件引线能够伸出PCB面焊接高度A0.81.5mm。 4） 在元器件安装面范围的PCB安装面上不应有阻焊膜；如果布设有印制导线，应采取聚酰亚胺膜或氧化铍陶瓷片绝缘隔离与导热，且周边应超出器件安装面外沿12mm。 5）为了减少层间的热组，从器件底面到PCB表面之间每个层面应均匀涂抹导热硅脂。,继电器安装 为保证继电器触点切换和通断的可靠性，继电器安装设计除应满足对金属化孔非气密的要求外，还应保证其安全要求： 1）安装刚度：继电器应安装在PCB刚度较高的部位。 2）防振动响应：对于高灵敏度或有严格防振动要求的继电器安装，应考虑在其安装面与PCB之间加缓冲垫，缓冲垫的基材选择应有足够的振动阻尼特性。 3）密封性能：密封继电器、特别是小型和超小型密封继电器的安装，应确保其密封性能不受到任何形式的损伤与破坏，如安装应力、热应力所引起的外壳变形、绝缘子裂纹、引线根部松动、焊缝损伤等。,接线端子的安装和导线的连接 PCA用接线端子的设计与安装要求如下： 1）接线端子不能在PCB上作导电用的界面连接；接线端子应安装在非金属化孔中。 2）用于电气连接的接线端子，应使用扁平凸沿端子，而不应使用朝向元器件面具有漏斗形状凸缘端子。喇叭形凸缘接线端子仅作连接盘或接地平面之用。,3）如果接线端子有必要用作多层印制电路板的界面连接，应采用包括一个金属化孔与一个非金属化孔相结合的双孔结构，两者在PCB焊接面用一个焊盘互连。,图3.15 接线端子用作多层印制电路板的层面连接的设计,4）若要将接线端子安装在金属化孔中，则元件面的焊盘应为非功能性焊盘。,图3.16 接线端子在金属化孔中安装的设计,导线连接的要求 接线端子上的连接导线设计：每个接线端子上的接线数量不应超过3根，且必须一根一根分别与端子焊接。,导热散热设计工艺性 (1) 散热器形状、厚度与面积的设计，应根据所需散热元器件的热设计要求予以充分考虑，必须保证发热器件的结温、PCB表面的温度满足产品设计要求。 (2) 对于散热控制要求高的发热元器件，其散热器与元器件的安装面的粗糙度应保证达到3.2m甚至1.6m ，以增加金属面的接触面积，最大程度地减少接触热组。但在一般情况下，该粗糙度不应要求太高。 (3) 为了减小大功率器件安装面与散热装置的接触面的热阻，应选择导热系数较高的界面绝缘材料、填充材料。,3.3 PCA表面安装设计工艺性 元器件布局一般要求 在满足产品功能的条件下，应将元器件部设在印制板的同一面，如必须采用双面布设，则尽可能将调试元件及测试点布设在同一面。 印制板上元器件分布应尽可能均匀，不能过于集中，以免影响焊接效果。 大型器件的四周要留一定的维修空隙，以留出SMD返修设备操作及局部网板的工作尺寸，一般在该元器件单边3mm范围内应不设置其他元器件。, 发热元器件应尽可能远离其他元器件，一般置于边角、机箱内通风位置。发热元器件应用其引线或其他支撑物作支撑（如加散热片），使发热元器件与电路板表面保持一定距离，最小距离为2mm。 对于温度敏感的元器件要远离发热元件。 需要调节或经常更换的元器件和零部件，应置于方便调节和更换的位置。, 接线端子、电连接器附近、长串端子的中央以及经常受力的部位设置固定孔，并且固定孔周围应留有相应的空间。 对于一些体（面）积公差大、精度低，需二次加工的元件、零部件（如变压器、电解电容、压敏电阻、桥堆、散热器等），与其它元器件之间的间隔应在原设定的基础上再增加一定的余量，建议压敏电阻、桥堆、涤纶电容等增加裕量不小于1mm，变压器、散热器和超过5W（含5W）的电阻不小于3mm。 贵重元器件不要布放在印制电路板的角、边缘、或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等处，以上这些位置是印制电路板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹。,采用再流焊工艺的元器件排布要求 印制板上双焊端片式元器件的长轴应垂直于再流焊炉的传送带方向； SMD器件长轴应平行于传送带方向； 双面组装的印制板两个面上的元器件取向一致； 对于大尺寸的印制板，为了使印制板两侧温度尽量保持一致，印制板长边应平行于再流焊炉的传送带方向。,采用波峰焊工艺的元器件排布要求 双焊端片式元器件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向；SMD器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。 为了避免阴影效应，同尺寸元件的端头在平行于焊料波方向排成一直线；不同尺寸的大小元器件应交错放置；小尺寸的元器件要排布在大元件的前方；防止元件体遮挡焊接端头和引脚。当不能按以上要求排布时，元件之间应留有3mm5mm间距。,元器件间距设计应考虑的因素 元器件外形尺寸公差； 元器件功率和释放的热能； 贴片机的转动精度和定位精度； 焊接工艺性和焊点肉眼可测性；自动贴片机所需间隙；测试夹具的使用；组装和返修的通道。,表面安装元件之间的间距最小距离应满足以下要求 ：,图3.19 表面安装元件之间最小间距要求,3.4 PCA混合安装设计工艺性 元器件排布要求 采用双面再流焊的混装时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面。 采用A面再流焊，B面波峰焊时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面(再流焊面)，如，BGA、PLCC、QFP等器件；适合于波峰焊的矩形、圆柱形、SOT和较小的SOP（引脚数小于28，引脚间距1mm以上）布放在B面（波峰焊接面），但细间距引线SOP不宜波峰焊接。 各种元器件之间的间距应符合GJB3243中5.2.3的要求。,高密度混合组装 高密度混合组装时，尽量选择表贴元件。将阻、容、感元件、晶体管等小元件放在B面，IC和体积大、重的、高的元件（如铝电解电容）放在A面，实在排不开时，B面尽量放小的IC 。 BGA设计时，尽量将BGA放在A面，两面安排BGA元件会增加工艺难度。 当没有THC或只有及少量THC时，可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺。 当A面有较多THC时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面点胶、波峰焊工艺。 尽量不要在双面安排THC。,4、整机设计工艺性,电子产品整机设计工艺性包含整机组合与安装设计所必需的工艺技术要素、参数和要求以及整机组合与安装设计的规范性、可实施性、可检测性、可靠性与安全性。,4.1 整机接口设计工艺性要求 各分系统单机接口电连接器的选择、使用和接点分配，应与各型号系统电缆网的设计保持一致。整机接口接点分配所涉及的并点并线用短（跨）接线，原则上应在各分系统单机内部解决，一般不应放入系统电缆网中。 导线线径的选择，应与所选用电连接器焊槽（杯）内径、或压接型电连接器端子的内径匹配。,4.2 整机组合与结构设计工艺性要求 （1）整机组合与结构设计应符合整机组合化、模块化的要求。 （2）从整机接口电连接器到母（背）板（插板式结构）、或到各PCA（支架式等结构）的导线布局，在满足电源线、各种信号线电磁兼容性要求分类布线的条件下，应保证导线束绑扎、分支、甩（并）线与焊接的可操作空间。 （3） 在考虑设计的先进性时，首先应考虑现有的生产能力以及先进技术与设备的可靠来源，确保产品设计的可实施性。 （4） 应满足整机可调试性和可测试性要求。,4.3 面板元器件布局与安装设计工艺性 面板元器件的布局 （1）应确保面板元器件和部（组）件的布局不应形成安装与操作盲区，其螺钉螺母的安装紧固、安装后的清洗及质量检验、调测试应不处于盲操作状态。 （2）元器件、部（组）件安装高度、面积及距离的布局，应保证与毗邻元器件、部（组）件之间有效的安装操作空间及电气安全距离。,（3）对于有硬引线（回火引线）封装元器件的面板安装间距： 引线长度A 与毗邻元器件安全距离B。,图4.1 硬引线封装元器件的面板安装（引线安装应套热缩套管绝缘）,（4）面板元器件和部（组）件的布局应保证其安装的独立性。 （5）面板元器件和部（组）件一般应按照与其关联的PCA及在该PCA中的连接顺序进行安排，就近安装。,4.4 整机导线安装设计工艺性 整机导线安装设计工艺性，应根据不同类型的整机电路结构及其组合设计的特点，从整机接口接点出发，按单向性布线的原则，合理完成接口、PCA、母（背）板、面板元器件及部组件之间导线布线、走线与连接的设计，确保导线束的绑扎、敷设、弯曲、分支、甩（并）线及其焊接和加固所需空间、面积、距离与间隙。设计必须提供“整机导线走线图”和“导线接点表” ，保证整机导线及导线束的走线与安装。,导线布线、走线 在机箱的有限空间及有限面积内，导线及导线束的布线、走线设计工艺性，应满足整机装联的可操作、可检测、可维修。,4.5 整机机械装配设计工艺性要求 （1）有电气连接要求的装配，各连接表面尽量使用“导电氧化（表面阳极化）”处理。 （2）电子产品机械装配应具有可维修性，零、部、组件设计为可拆卸方式装配，紧固件必须使用标准件。各个相同图号的零、部、组件应有良好的互换性。 （3）整机中安装接地焊片的位置不涂覆保护材料，保证可靠电气连接。不涂覆的尺寸应略大于使用焊片的面积。,（4）采用螺纹连接的表头、电连接器等面板元件在安装时增加衬垫减小振动影响。电连接器有电磁屏蔽要求时，使用导电衬垫并增加金属防尘盖。 （5）零、部、组件公差范围控制合理，不允许出现极限公差。避免因累积公差影响机械装配，避免部、整件在装配时发生应力形变。整机由组件装配时，避免因组件装配的累积公差使整机装配超差。