电子产品设计工艺性课件.ppt

电子产品设计工艺性 目录 1 设计工艺性的基本概念2 印制电路板设计工艺性3 电子元器件选用工艺性4 印制电路板组装件设计工艺性5 整机设计工艺性6 电缆组装件设计工艺性7 防护与加固设计工艺性8 电子产品调试 测试 设计工艺性9 静电防护技术10 无铅焊接及混装工艺探讨 1 设计工艺性的基本概念 产品设计工艺性是产品设计工作中一项重要因素 也是产品的固有属性之一 设计工艺性直接影响产品的可制造性 影响产品质量和可靠性 影响产品生产周期和生产效率 一般情况下 设计费用约占产品总成本的5 但却决定了产品总成本的约70 而约80 的设计差错要到制造和使用过程才能发现 制造业公认的 十倍定律 表明 如果在概念设计阶段发现并改正一个错误所需费用为1 那来改正同一错误 在详细设计阶段所需费用为10 在生产制造阶段所需费用为100 这是公认的 十倍定律 1 1设计工艺性的内涵设计工艺性与可制造性或可生产性 其概念基本一致 1 MIL STD1528 生产管理 设计工艺性是多种特性的综合 即通过产品设计和生产策划 形成最有效和经济的方法 进行产品的制造 装配 检查 试验 安装 检验和验收 1 1设计工艺性的内涵 2 MIL HDBK 727 可制造性设计原则 可制造性是设计要素 特性和生产策划的综合 通过折中权衡 在满足质量和性能要求的前提下 使设计描述的产品 在最小可能成本和最短时间的优化方案下进行生产和检验 3 美国国防部指令5000 34 生产管理 可制造性是相对容易地生产出受设计特性和要求规定的产品或系统 即采用可利用的生产技术经济地制造 装配 检查和试验产品或系统 4 前苏联 航空制造工程手册 飞机结构工艺性指南 结构工艺性是指设计的产品所具有的 在一定的产量和生产条件下 经综合权衡后 能以尽可能低的成本和短的周期制造出来 并能符合必须的使用性能和质量要求 的那些结构特性 结论 设计工艺性是产品的固有属性 产品的结构设计的各种要素都对设计工艺性产生影响 设计工艺性是对产品性能 生产周期 全寿命成本 可靠性 安全性和可维护性等的综合平衡优化的结果 其目标是在满足产品性能和可靠性要求的前提下 满足经济高效生产的要求 设计工艺性不但与产品结构的要素相关 而且与工艺布局 设备条件等生产要素密切相关 同时与产品的生产批量密切相关 1 2设计工艺性相关要素 1 3设计工艺性的规范化要求符合相关设计标准和工艺标准的规定和要求 符合现有设备和工艺技术能达到的能力 对新元器件 新材料 新设备 新工艺 新技术应通过工艺试验 工艺攻关 在转化为成熟工艺技术的条件下加以应用 对局部非规范设计 应通过充分的试验 验证 证明不会影响产品性能和可靠性 能严格防止设计技术更改 产品修复与改装的随意性 1 4电子产品设计工艺性审查流程 1 5设计工艺存在的问题对产品设计中对相关的工艺标准和工艺技术要求不了解 对产品设计工艺性与产品可靠性的相互依从关系认识不足 在产品设计中 非规范性内容没有得到有效控制 对产品设计工艺性审查不严 设计文件中缺少 设计工艺性分析 的内容 与设计工艺性要素相关细节的设计 细化 量化不到位 产品设计文件不齐套 2 印制板设计工艺性 印制板是电子产品的基础部件 设计工艺性将会直接影响产品质量和可靠性 2 1印制板设计遵循的原则 电气连接的准确性 与电原理图一致 可靠性 优化设计 可制造性 有利于加工 安装和维修 经济性 在安全可靠性的基础上 遵循成本最低 环境适应性 满足产品使用要求 环保性 2 2印制板设计师的任务将电原理图转换成印制板图 确定印制板的结构 尺寸 层数 布线等 选择印制板基材 FR 4 FR 4改性 FR 5等 设计导电图形和非导线图形 阻焊图形 提出印制板加工要求 镀层 翘曲度 公差等 提供印制板生产的全套设计文件 2 3对基材的选择基材选择的依据 印制板的使用条件 印制板的制造工艺 根据印制板的结构确定基材覆铜箔的面积 机械电气性能要求 依据印制板尺寸 单位面积承载元器件质量 确定基材的厚度 印制板是否有特殊性能要求 阻燃 高频等 尽量选择玻璃化转变温度Tg较高的材料 常用基材的选择 尽量在GB4725标准中选择材料和类型和规格 军用电子产品的PCB一般采用FR 4 FR 4改性 FR 5 高频和微波电路采用聚酰亚胺覆铜板 聚四氟乙烯覆铜板 2 4PCB的结构设计印制板结构是根据布线密度要求 整机给予印制板的空间尺寸和电气性能要求决定 PCB的外形 尺寸外形力求简单 一般为长宽比例不大的长方形 尺寸公差一般为 0 2mmPCB的厚度在满足安全使用的前提下 不选择过厚的基材坐标网格采用GB1360规定的网格系统导线宽度 长度和间距宽度由负载电流 允许升温和铜箔附着力决定 间距由导线之间绝缘和耐压要求及基材料特性决定 长度低频电路没有严要求 孔与连接盘孔 机械安装孔 元器件安装孔 隔离孔 中继孔 安位孔五类 各类孔的设计要求不同 在设计中孔径的种类尽可能少 并避免异形孔 连接盘 形状一般为圆形 与孔同心环绕在孔周围 最小环宽应 0 1mm 表面涂 镀 层的选择有机涂层 助焊剂 松香 助焊剂 敷形涂层 有机防氧化保护剂 osp 等金属镀层 锡铅合金镀层 焊料涂层 电镀镍 金 化学浸镍 金等 2 5电气性能设计导线电阻由导线宽度 长度和厚度决定 互连电阻由界面电阻 金属化电阻和导线电阻组成 导线电流负载能力持续电流 工作电流 冲击电流 过载电流 绝缘电阻表面绝缘电阻 板材决定 内层绝缘电阻 多层板同一层导线之间的电阻 层间绝缘电阻 各导电层之间绝缘层的体电阻 耐电压正常条件 导线间的耐电压 1200v mm 2 6散热设计CTE的匹配选择PCB基材时应尽量考虑热膨胀系数接近器件基板材料 散热设计的要求根据热传递方式 传导 辐射 对流 设计不同的散热方式 2 7导电图形设计导电图形设计是PCB设计的关键 PCB的电气性能 机械性能 电磁兼容性等都体现在导电图形上 布局要求布局要考虑PCB整体性 按结构要求考虑 元器件分布均匀 排列到整齐美观 避免受热应力或机械应力影响 造成PCB变形 布线要求布线应按照电原理图 逻辑图和网格表 以及导线宽度和间距 布设印制板导线 2 8有关标准GJB3243 电子元器件表面安装要求 GJB4057 军用电子设备印制电路板设计要求 GJB4907 球栅阵列元器件组装通用要求 GJB362A 刚性印制板总规范 GJB2142 印制板用覆金属箔层板总规范 GJB T4588 3 印制电路板设计和使用 3 电子元器件选用工艺性 元器件选用 除电气参数符合电路设计要求外 对其组装特性也有严格的要求 即要考虑选用的工艺性 如元器件安装形式 引线可焊性 镀层 耐热能力 耐清洗能力 以及元器件的可获得性 可测试性和经济性等要求 3 电子元器件选用工艺性 3 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尽可能选用制造工艺或成熟的元器件尽可能压缩元器件品种和厂家元器件参数及使用环境不得超过其极限值在保证整机性能前提下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 3 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 1 通孔插装元器件选用工艺性要求设计应考虑引线搪锡 焊接等工艺要求 保证引线直径与安装孔径有0 2 0 4mm的合理间隙 设计应了解引线成形的工艺要求 选用引线成形方式 尺寸应符合标准要求 元器件外形尺寸应与安装空间相匹配 并与相邻元器件保持一定的安全间隙 选用环氧包封的元件 独石电容 云母电容等 应注意其外形尺寸公差 留出适当余量 2 表面贴装元器件选用工艺性要求选用质量和尺寸精度有保证的元器件 注意元器件可承受的贴装压力和焊接要求 注意元器件最小引脚间距和组装工艺的关系 尽量选用已成形好的元器件 注意元器件引脚平面度要求 注意湿敏 热敏元件的安装要求 3 螺装元器件选用工艺要求选用螺装方式安装的元器件 应考虑元器件安装方式 外形尺寸 散热要求等与安装空间相适应 选用自带紧固件的元器件 其所带紧固件的标准 规格能否满足产品安装要求 设计应明确螺装元器件安装后 紧固件的防松措施 4 元器件焊接工艺性要求元器件引线 焊端的可焊性符合相关标准要求 元器件的耐热能符合相关焊接方法的要求 尽量选用有铅元器件 选用无铅元器件应在设计文件中明确 5 元器件三防工艺性要求应能承受清洗液的清洗温度和时间要求 元器件表面涂层应与三防材料相容 需加固和灌封的元器件 应考虑加固和灌封的工艺要求 6 元器件的可检测性元器件选用应考虑元器件的可筛选和可检测性 元器件筛选和检测要求应在设计文件中明确 筛选和检测可在元器件生产厂完成 7 湿敏元器件湿敏度等级及使用要求 8 相关标准GJB33A 半导体分立器件总规范 GJB597A 半导体集成电路总规范 GJB Z35 元器件降额准则 GJB3243 电子元器件表面安装要求 4 印制电路板组装件 PCA 设计工艺性 4 1PCA设计工艺性原则PCA设计工艺性 应在PCB设计工艺性的基础上综合考虑 对PCA进行规范性 可制造性 可检测性 可维修性及可靠性设计 综合考虑PCA元器件安装于加固 焊接工艺及环境条件等各种应力因素 确认PCA选用的基材 复核和调整PCB导电图形相关尺寸 元器件布局 安装于加固及焊接工艺的选择 保证PCA的安装刚度和翘曲度要求 保证在振动环境中不产生振动响应放大 对PCA局部非规范设计 应有工艺试验验证和可实施的工艺技术途径 不遗留元器件布局与安装设计工艺性的薄弱环节和缺陷 4 2PCA设计工艺性要求元器件安装尺寸布局满足安装高度要求 满足安全间距要求 满足安装空间要求 元器件导热与散热热量分布均匀 具备有效导热散热的途径 绝缘及耐电压满足元器件之间 引线及焊盘之间 及与金属结构件之间的绝缘 耐电压的要求 引线安装支撑力保证引线在金属化孔中垂直安装 导通孔不能安装元器件 一孔一线 孔与直径的间隙合理 导线及跨接线的连接导线及跨接线连接要求与引线要求相同 跨接线等同轴向引线元器件安装要求 PCA接口根据PCA在整机中的安装要求 合理选择接口 并保护接口安装的可实施性和可靠性 PCA质心 质心一般不应处于PCA中心区域 防止PCA振动响应较大 4 3元器件通孔插装设计工艺性通孔插装设计应保证元器件引线的合理成形与安装 应能释放元器件引线安装的应力 以避免引起对元器件及焊点的损伤 1 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 27mm B 1 6mm A 25 4mm B 1 6mm 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 元器件摞装或跨装 不允许 每根引线承重超过7g的轴向引线元器件 一般应采取加固措施 如果安装孔为非金属化孔 元器件引线一般应按引线端头弯曲安装要求安装 安装在接线柱上的轴向引线元器件 其引线应采取应力消除措施 水平安装的形式轴向引线元器件在PCB上安装高度 安装强度的设计可以考虑如下方式 水平贴板安装适用于发热量较小 质量较大 质心较高 引线较粗 0 8mm 焊盘较大的轴向引线元器件 水平微间隙安装适用于质量较轻 引线较细 0 8mm的轴向引线元器件 2 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TO封装的中 小功率晶体管安装一般采用直接插装 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下图a方式 为了降低器件安装高度可采用图下图b 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 2 3mm A 2D B 3 5mm C 引线间距 E 1 6mm c 反向贴板安装成形 d 反向埋头安装成形 A 2 3mm A 2 3mm E 1 6mm 3 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 体积较大的可采用卧式安装 但必须贴板并采取加固措施 4 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 5 非支撑引线元件的安装变压器 电感线圈等支撑引线元件的安装 应保证其安装的稳定性 不在其薄弱部位形成安装应力 不造成磁性材料裂纹 安装设计时采取固定设计 6 单面引线元器件的通孔插装主要工艺性要素 a 不应在PCB上进行硬安装 即直接贴PCB表面安装 元器件与PCB硬安装 b 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 c 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A 1 5 0 8mm d 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1 2mm e 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 7 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 a 安装刚度 继电器应安装在PCB刚度较高的部位 b 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 c 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 8 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 a 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 b 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 c 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 接线端子用作多层印制电路板的层面连接的设计 d 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 接线端子在金属化孔中安装的设计 9 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 导线端头与接线端子卷绕为180 360度 直径小于0 3mm的导线芯线可卷绕三匝 连接到同等距离分布的接线端子上 如电连接器 的多根导线应均匀分布 以防止任一导线上应力集中 导热散热设计工艺性PCA上发热元器件的导热散热设计 可采用散热器或导热性绝缘材料 同时应考虑导热散热途径 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 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 2 m甚至1 6 m 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 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 4 4PCA表面安装设计工艺性 1 PCB基材选择一般选用FR 4 有铅 无铅元器件混装可选用FR 4改性或FR 5 翘曲度 安装有陶瓷基材元器件的PCB 翘曲度不大于0 5 安装有表面安装元器件或表面安装和通孔插装元器件的PCB 翘曲度不大于0 75 一般用途和通孔插装元器件的PCB 翘曲度不大于1 5 选择热膨胀系数较低的板材 选择耐热性较高的板材 2 元器件选择元器件焊端镀层厚度大于7 5 m 元器件外形适合自动贴装 元器件尺寸 形状标准化 SMD引脚共面性不大于0 1mm 元器件耐热性 承受10个再流焊 215 时间为60s 并能承受在260 的熔融焊料中10s的浸泡时间 元器件在40 的清洗溶剂中 至少能承受4min的浸泡时间 元器件包装适用于贴片机自动贴装 尽量选择已成型的元器件 镀金引脚 焊盘 的除金处理 3 PCB外形尺寸按设备允许范围 设计PCB外形尺寸 对过薄或面积较大的PCB采用加强筋或边框等措施 一般推荐板厚为1 6 2 0mm的PCB 外形尽量避免异形板 PCB对外连接一般采用金手指 其板厚符合插座槽的要求 4 焊盘设计片式元件焊盘设计元件两端焊盘必须对称 确保元件焊端与焊盘有合适的搭接尺寸 搭接后的剩余尺寸 必须保证焊点能形成弯月面 焊盘宽度与元件焊端宽度基本一致 两个或两个以上元件不允许共用一个焊盘 BGA焊盘设计焊盘中心与BGA焊球中心相吻合 导通孔不能加工在焊盘上 焊盘最大直径等于BGA焊球的焊盘直径 与焊盘连接的导线宽度要一致 一般为0 15 0 2mm PBGA焊盘直径与器件基板上的焊盘相同 CBGA焊盘设计要保证焊膏漏印量大于0 08mm3 以保证焊点可靠 同一PCB上的多个BGA要考虑加工性和维修性 阻焊尺寸比焊盘尺寸大0 1 0 15mm 5 元器件布局一般要求a 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 b 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 c 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 d 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 e 对于温度敏感的元器件要远离发热元件 f 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 g 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 h 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 i 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a 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 b SMD器件长轴应平行于传送带方向 c 双面组装的印制板两个面上的元器件取向一致 d 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a 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 b 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3mm 5mm间距 6 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 定位精度和贴装头所需的间隙 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 布线所需的空间 间距可参照有关标准 如GJB3243 和元器件安装手册 表面安装元件之间的间距最小距离应满足以下要求 表面安装元件之间最小间距要求 7 PCB装配图设计的通用要求根据所装元器件和结构特点 装配图应完整清晰地表达元器件 结构件等与PCB的连接关系 装配图中应有必要的外形尺寸 安装尺寸及与其它部位的链接位置 有极性的元器件应标出极性 要有必要的技术要求和说明 要完整详细表示结构件 元器件的装配关系 按GB4458的规定绘制装配图 PCB装配图上应有元器件的位号 静电敏感器件 湿敏器件应在装配图上指明 装配图上一般不允许有搭接飞线 4 5PCA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 5 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 可靠性与安全性等要求 5 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 5 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 2020 1 29 77 可编辑 5 3PCA组合与安装设计工艺在整机组合与安装设计中 PCA组合与安装设计的层次性 每块PCA安装的独立性 可插拔或可翻转 及空间尺寸分配 是整机内部结构设计工艺性的核心 背板与整机之间应有足够的操作空间 以保证接口导线装联的可操作 导线根部应力消除 节点连接可靠 以及各导线取的敷设和固定 PCA组合安装设计 应尽量采用插件式安装结构 或采用独立接口的安装结构 以保证PCA安装的独立性 减少和避免安装 检测与维修的工艺难度PCA在整机中安装设计 应严格考虑PCA的安装刚度和有效防振动响应的放大 PCA组合安装设计 必须防止PCB的扭曲和变形 采取适当的加固措施 以加强PCB的刚度 5 4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 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 5 5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 1 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 具体要求如下 接口 PCA PCAPCA PCA面板元器件之间的导线连接 应按照导线束敷设单向性 导线连接的顺序性 进行分支甩线绑扎 安装和焊接 导线束在PCA上的敷设 应保证导线束内侧到甩出线的焊接点或元器件的有效距离大于5mm PCA上导线或导线束不应从元器件上面或下面穿越连线 一根导线布局一个连接孔 不允许导线安装在元器件引线上 导线在PCA上的安装设计 应优先采用过孔插装设计 并对导线采取加固措施 导线束不应悬空敷设 不应有较长的无固定走线 应根据导线来敷设路线 选择合适的位置进行合理的固定设计 凡导线或导线束靠近机箱壁 支架 棱角 穿孔等结构件 应对导线束外绝缘层进行二次保护设计 5 6整机机械装配设计工艺性要求基本要求如下a 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 b 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 c 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 d 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 e 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 f 机械装配中使用的非金属材料必须经过防霉 防虫处理 g 机械装配中有力矩要求时 设计文件应明确力矩要求 h 零 部 组件螺纹连接时 应有操作空间 避免采取盲装方式装配 i 部 组件装配后 整机内部各个部位应具有可检测性 内部接地位置不允许设计在部 组件之间空隙位置 j 采用螺纹连接时 应连接可靠 拆卸方便 紧固后螺钉尾端外露长度一般最小为1 5螺距 同时螺钉外露不能过长 以不影响其他零 部 组件装配为准 k 不使用螺母固定的螺纹连接装配时 螺纹连接的有效长度不得小于3螺距 铝 镁合金材料有效螺纹适当增加 6 电缆组装件设计工艺性 6 1设计工艺性要求电缆组装件应用于电子设备输入 输出接口的连接 是设备内部 设备之间线路连接的重要部件 其质量可靠性直接影响整机设备的电源与信号的传输 1 电连接器 导线 电缆线及相关材料的选用 应符合优选目录及相关设计标准和工艺技术标准的要求 按系统工程的要求进行优化设计 尽可能压缩电连接器 导线和电缆线的品种 规格 减少转接次数 2 电缆所用的同型号 同规格的整件 部件和零件应能互换 3 导线 电缆线的芯线应与电连接器接触件焊槽 杯 压接端子相互匹配 电缆束外径应与电连接器尾罩出线口内径相互匹配 4 首次采用的新技术 新型电连接器和导线 电缆线及材料 或者当前还不很成熟的设计工艺性与工艺技术 必须经过充分的工艺试验和环境试验予以验证和确认 5 应充分考虑电缆在平台上的敷设 安装 防护与加固所需要合理的路线 位置 空间 距离 同时应保证电连接器插 拔所必须保证的安全空间及安全距离 特别是不能形成电连接器插拔与检验的盲区 6 应保证电缆设计工艺性的可生产 可维修 可安装和产品的可靠性 7 应尽可能满足电缆轻量化和经济性的设计要求 6 2电连接器与导线的选择 1 电连接器的选择主要技术指标 额定电流 接触电阻 绝缘电阻 抗电强度 应满足产品降额准则要求 电连接器的环境适应性参数 工作温度 相对湿度 大气压力 机械应力 应满足产品环境条件要求 电连接器机械寿命 插拔次数 应满足相关部位插拔的设计要求 圆形电连接器应 500次 矩形电连接器应 1000次 电连接器品种规格 定位键槽 锁紧方式的选择 应保证电缆组装件与整机接口的插接 安装的可操作性和可靠性 在电连接器接点设计中 在没有跨接线的条件下 应尽量采用压接型电连接器 2 导线与电缆线的选择导线 电缆线的选择应符合标准要求 导线 电缆线应能满足工作区域的环境要求 导线 电缆线的电流密度 电阻率 芯线截面积 绝缘层材料 屏蔽层及导线质量状态 应保证产品电性能和可靠性要求 导线芯线材料一般应选择镀银多股铜线 电缆线组装件中使用的金属材料应具有耐腐蚀性 6 3电连接器接点分配 1 接点冗余数量与并点并线接点数量电连接器接点的分配 必须保证整机接口和系统对接点数量 特别是冗余数量 并点并线数量分配的一致性 2 接点分配的可靠性 安全性要求双绞线一般应分配在两邻近的接点 对于接点少的电缆组装件 应合理选用电连接的规格 合理分配和利用连接点与空余点的相互位置 6 4电缆与电连接器的匹配设计 1 焊接型电连接器焊槽与导线线径的匹配要求导线线径与电连接的焊杯内径匹配设计 是保证电连接器接点焊接 尾罩处理 屏蔽层处理 导线根部应力消除的可实施性及可靠性的主要设计环节 匹配设计原则上是一个接点一根导线 最多不超过三根 且导线芯线的直径不应超过焊杯内径 A 线径 B 焊杯内径 0 6 0 9为匹配 A B 1 0为不匹配 0 9 A B 1 0为临界匹配的状态 建议不采用 2 压接型电连接器端子与导线线径的匹配采用压接连接时 导线线径与所选用的端子型号必须匹配 按标准规定选用 压接型电连接器端子的压接导线一般只应为1根 不应采用折叠导线芯线的方法增加导线截面积 也不应剪除导线芯线的股数来减小导线截面积 6 5导线束与电连接器尾罩出线口的匹配性导线束与电连接器尾罩出线口尺寸的匹配性设计 也是低频电缆网设计可实施性 产品可靠性保证的主要工艺性因素 应合理选择电连接器尾罩出线口的内径 A 电缆束直径 B 尾罩出口内径 0 5 0 8为匹配 A B 0 8为不匹配 6 6电缆组装件敷设与安装 1 敷设与固定要求电缆敷设路径的设计 应尽可能便于装 拆和检查 应有合理的操作空间 按电缆组装件的安装部位和结构特点 设计合理的 可靠的固定点和加固件 应防止电缆组装件敷设路径和固定点不合理引起对电缆的机械应力集中 应考虑电连接器的插拔所需的安装长度 电缆组装件安装后一般不应大距离的悬跨或悬挂 2 弯曲半径要求在电缆组件制作及在敷设 插接 安装设计中 其内弯曲半径一般不应小于5 10倍电缆外径 6 7插接与安装电缆的 弯曲禁区 弯曲禁区是电缆组装件插接安装中威胁其安全性的重要因素 必须从布局空间和相互距离等工艺性要素入手 有效避开 弯曲禁区 6 8射频电缆组件设计工艺性要求 1 电连接器选用原则应考虑产品结构特征 电性能参数及环境适应性 应保证机械互换性及符合通用互换性 在产品结构空间允许的情况下 优选弯头电连接器 以减少因电缆连线时 其根部焊接处受力 2 射频电缆选用原则根据电缆的结构参数 性能选择射频电缆 根据产品的结构空间和环境温度考虑电缆的耐温及允许的最小弯曲半径 在电性能允许的前提下 应选用直径小的同轴电缆 以减少线缆直径 节省空间 3 电连接器与电缆匹配要求根据电连接器厂使用说明书要求 选择与其匹配的电缆 匹配性参考标准 GJB1215A 2005 射频电缆组件通用规范 GJB Z62 2 1994 军用电连接器系列型谱射频连接器 附录B 射频连接器与配接射频电缆对照表 4 柔性射步电缆组件如电缆组件一端与PCB焊接 则电缆芯线与焊盘孔径之间应有0 2 0 4mm的合理间隙 根据各种柔性电缆允许的最小弯曲半径 设计弯曲处与电缆组件末端的最小距离 5 半硬和半柔性电缆组件只允许一次弯曲成形 半硬电缆 电缆末端预留长度 对于 2 18mm的电缆 该长度为10mm 对于 3 6mm的电缆应大于20mm 最小弯曲半径 2 18mm电缆 最小弯曲半径为8mm 3 6mm电缆 最小弯曲半径为10mm 在半硬电缆组件制作过程中 应遵循电缆先释放应力 后装焊连接器的原则 半柔性电缆可弯曲多次 制作工艺与半硬性电缆组件相同 6 设计绘图要求电缆端头剥线图 电缆成形图 电缆组件图 7 电子产品防护与加固设计工艺性 电子产品防护与加固 是保证电子产品环境适应性和可靠性的重要防线 本章主要就PCA 整机的敷形涂覆 粘固 灌封以及线束防护和加固的设计工艺性进行阐述 7 1防护与加固设计工艺性原则 1 表面敷形涂覆原则高可靠电子产品一般进行表面敷形涂覆 以提高产品的环境适应能力和可靠性 但对有导热和接触电阻的部位对介质损耗有严格要求的部位 机箱表面及产品内部有严格热辐射要求的表面 以及聚四氟乙烯导线不应敷形涂敷 2 粘固原则符合下列条件 可采用粘固设计 依靠自身引线支撑的元器件 在力学环境条件下易造成接触不良的 轴向引线元器件每根引线承重超过7g 径向引线元器件每根引线承重超过3 5g的则需要粘固 3 灌封原则元器件和产品有气密性要求 有抗振要求及部分有三防要求 可采用灌封设计 4 导线束防护与加固原则应在易受应力影响和机械损伤的部位 采用防护和加固措施 7 2防护与加固设计工艺性要求防护与加固设计应不影响产品的电性能和技术指标 产品的防护与加固设计应提出相关要求 防护与加固一般应在产品经调试 测试 合格后进行 导线束在整机内采用机械固定时 应在产品相关部委设计加固安装孔 灌封产品 如PCA 电连接器等 灌封前视需要设计灌封工装 需要粘固的元器件应在设计文件中注明 7 3防护与加固材料的选用 1 选用要求防护与加固材料应在有关标准和选用目录中选用 防护与加固材料应符合产品质量要求 材料的物理性能 材料的化学性能 材料的粘接强度 材料的安全性 环保性 7 3防护与加固材料的选用 2 常用表面敷形涂覆材料 7 3防护与加固材料的选用 3 常用粘固材料 7 3防护与加固材料的选用 4 常用灌封材料 7 4PCA防护与加固设计工艺性 1 PCA表面敷形涂覆PCA表面敷形涂覆前必须100 清洗 涂覆前应在45 50 烘箱中进行预烘处理 对部分元器件在安装前须进行预烘处理 根据产品使用的环境条件 选择不同的涂覆材料 产品修复改装后的部位 应进行补涂覆 涂覆前应确定不涂覆部位的位置和保护方法 2 粘固设计工艺性依靠自身引线支撑的元器件 在力学环境条件下易造成电接触不良的 应进行粘固 轴向引线元器件 每根引线支撑重量大于7g 非轴向引线元器件 每根引线支撑重量大于3 5g 均应进行粘固 限止使用环氧树脂胶粘固 导热胶 导电胶不应作为粘固材料使用 功率器件粘固后不应影响器件的导热和散热 高密度IC BGA 多引线直插器件粘固位置为器件壳体两侧或四角对称位置 3 粘固位置 4 PCA灌封根据PCA中元器件的特性和结构特点 合理设计PCA的灌封 灌封前的预处理和清洁处理 PCA灌封厚度一般应超过所安装元器件的重心 PCA上发热或带有散热器的元器件 其散热部位应裸露 PCA焊接面灌封 其灌封厚度应超过焊点 硅橡胶的分层灌封和对湿度要求 7 5整机防护与加固设计工艺性 1 整机敷形涂覆工艺性根据整机外部环境 提出相关表面敷形涂覆材料及技术要求 整机内的部件 组件应尽量独立调试 独立涂覆 使用导线连接的部件 组件 导线应预留一定长度 便于部件 组件翻转平放 2 导线 线束防护与加固工艺性为防止导线 线束磨损 对路径机械零件 棱角 螺钉头 焊点周围 线束活动部位 穿越孔壁的线束进行防护处理 防护材料可使用聚四氟乙烯带 聚酰亚胺薄膜 聚乙烯套管 锦丝套管 皮革等 线束活动部位 不进行绑扎 可选用皮革等材料包裹保护 导线 线束在整机内科采用固定夹 绑扎 粘固等方法固定 3 整机 整件灌封工艺性应明确所灌封的电连接器及灌封高度 应明确灌封材料 整机 整件中发热元器件应有合理的安装高度 其发热部位应裸露 7 6工艺流程 1 敷形涂覆工艺流程 7 6工艺流程 2 灌封工艺流程 3 导线束防护加固工艺流程 8 电子产品调试 测试 设计工艺性 电子产品调试 包括调试过程中单元电路调试参数的测试 是实现和检验产品设计功能与性能指标所必需的生产过程产品可调试性设计包括 待调试元器件及数量的选定 待调试项目及测试参数的选定 待调试元器件布局位置及尺寸确定 1 调 测 试设计工艺性要求产品调 测 试前应有产品调试细则 调试元器件安装位置 面积 空间尺寸应保证调 测 试操作安全可靠 PCA及组合 整机组合设计应不影响产品可调 测 试设计 调 测 试点及其元器件布局不应出现调 测 试操作困难及操作盲区 不应在元器件引线及其连接盘上进行调 测 试线的连接 2 调 测 试单元的划分应合理划分调 测 试单元 保证被调 测 试单元工作状态及参数稳定 避免各单元调 测 试中的相互干扰和反复调试 单元划分要求如下 应保证被调 测 试单元工作状态及参数的稳定 应合理划分 必须调 测 试验单元 通用调 测 试单元 不需调 测 试单元 以避免调试点 元器件 选择的盲目性 3 调 测 试项目与参数选择所选择的调 测 试项目与调 测 试参数应在调 测 试单元或整机电路中具有核心影响作用 在不影响产品功能和性能的前提下 单元调 测 试参数范围的设计和选择 应具有较大的覆盖性 调 测 试项目和参数选择 应与产品或系统的测试设计相一致 4 调 测 试点的选择调 测 试点选择应能对调 测 试单元和整机进行功能测试和性能监测 接地点的选择应符合电路电磁兼容性要求 调 测 试点选择 应确保调试过程中的可测试性和测试安全性 应避免使用高电压和大电流测试点 5 调试元器件的布局调试用元器件应布局在PCA的同一面 调试元器件的位置应避免功耗大元器件影响 微波电路 高频电路或数字电路等单元的调试元器件应避免成为干扰信号源 调试元器件不应布局在电源模块 变压器 继电器等低频干扰源旁边 调试元器件的安装位置必须便于焊接 清洗 检验和维修 6 调 测 试用设备要求设备选用的通用性 选用标准设备 自制设备满足调 测 试要求 符合经济 高效的要求 8 静电防护技术 8 1静电消除静电是物体表面过剩或不足的电荷 它存在于物体表面 静电的产生和消失过程中的电现象称为静电释放现象 静电消除有以下两种方法 1 泄漏法 适用于带静电的导体 2 中和法 适用于带静电的绝缘体 8 2静电防护材料静电导体 表面电阻率 1X106 m 静电亚导体 表面电阻率 1X106 9 m 静电非导体 表面电阻率 1X1010 m 静电防护材料均采用静电亚导体制成 8 3接地硬接地 直接接地或通过低阻抗接地 软接地 通过足够的阻抗 1X106 接地 使电流限制在人身安全电平 5mA以下 接地电阻按GJB1696规定应小于10 8 4防静电工作区的主要指标要求静电电位泄放至100V以下的时间应小于1s 静电防护操作系统的电阻上限为109 静电防护操作系统的泄漏电流不允许超过5mA 为此操作系统的电阻下限位106 接地工作台台面上任意一点对地表面电阻为106 9 腕带与大地之间的电阻为106 8 静电泄放至100V以下的时间小于0 1s 防静电鞋的电阻为106 9 用于中和静电的离子发生器中和电子能力大于250V s 工作服不能由化纤织物制成 8 5各工艺环节的防静电要求 1 元器件的测试 试验 筛选 老炼识别静电防护标签 标志 识别静电防护包装 测试 试验 筛选 老炼等均应在防静电工作区内进行 8 5各工艺环节的防静电要求 2 元器件的运输 存贮和保管不得随意脱离原包装 器件引线应处于等电位 存贮环境HR不得低于30 50 为宜 库房 货架和容器等必须贴有防静电专用标识 8 5各工艺环节的防静电要求 3 配料 收 发 领 退料操作人员用目测方法清点数量 配料应在防静电工作台上进行 并尽量做到原包装配料 领 发 退料时 器件应在防静电容器内进行 8 5各工艺环节的防静电要求 4 器件的预处理器件引线校整和成形时 成形工具盒设备应可靠接地 器件引线搪锡设备和工具应可靠接地 对EPROM器件进行写 擦和程序保存操作时 应将写入器和擦除器充分接地 操作人员应正确取放操作器件 8 5各工艺环节的防静电要求 5 PCA的安装焊接PCA的安装和焊接应在防静电区内进行 PCA的安装和焊接的设备和工具应安全可靠接地 触摸器件时 应将自身和工具习惯的与接地物触碰 以释放静电 手工安装器件时 应持其外壳 避免直接触摸器件引线 PCA的组装 转运 传递 应使PCB完全处于防静电环境 安装完成的PCA应放入防静电袋保存并转运 8 5各工艺环节的防静电要求 6 PCA的测试和检验PCA的测试和检验应在防静电区内进行 不允许在电源接通情况下 插拔PCA或拆焊PCA上的元器件 检测人员拿取PCA时 要手持其边缘部位 不要触及插头部位 测试和检验合格