电子设备的可靠性设计ppt课件

1、第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 第第2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.1 影响电子设备可靠性的主要要素影响电子设备可靠性的主要要素 2.2 电子元器件的选用电子元器件的选用 2.3 电子设备的可靠性防护措施电子设备的可靠性防护措施 2.4 印制电路板布线的可靠性设计印制电路板布线的可靠性设计 2.5 PCB电磁兼容设计中的地线设计电磁兼容设计中的地线设计 思索题与练习题思索题与练习题 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.1 影响电子设备可靠性的主要要素影响电子设备可靠性的主要要素 2.1.1 任务环境 电子设备所处的任务环

2、境多种多样。气候条件、机械作用力和电磁干扰是影响电子设备的主要要素。必需采取适当的防护措施，将各种不良影响降低到最低限制，以保证电子设备稳定、可靠地任务。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 1. 气候条件对电子设备的要求 气候条件主要包括温度、湿度、气压、盐雾、大气污染、灰沙及日照等要素，对设备的影响主要表如今使电气性能下降、温升过高、运动部位不灵敏、构造损坏，甚至不能正常任务。为了减少和防止这些不良影响，对电子设备提出以下要求：第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (1) 采取散热措施，限制设备任务时的温升，保证在最高任务温度条件下，设备内的元器件所

3、接受的温度不超越其最高极限温度，并要求电子设备可以耐受高低温循环时的冷热冲击。 (2) 采取各种防护措施，防止潮湿、盐雾、大气污染等气候要素对电子设备内元器件及零部件的侵蚀和危害，延伸其任务期。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2. 机械条件对电子设备的要求 机械条件是指电子设备在不同的运载工具中运用时所遭到的振动、冲击、离心加速度等机械作用。它对设备的影响主要是：元器件损坏失效或电参数改动；构造件断裂或变形过大；金属件的疲劳破坏等。为了防止机械作用对设备产生的不良影响，对设备提出以下要求：第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (1) 采取减振缓冲措

4、施，确保设备内的电子元器件和机械零部件在遭到外界剧烈振动和冲击的条件下，不致变形和损坏。 (2) 提高电子设备的耐冲击、耐振动才干，保证电子设备的可靠性。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3. 电磁干扰对电子设备的要求 电子设备任务的周围空间充溢了由于各种缘由所产生的电磁波，呵斥外部及内部干扰。电磁干扰的存在，使设备输出噪声增大，任务不稳定，甚至不能平安任务。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.1.2 运用方面 运用和维护人员对产品可靠性的影响，包括运用和维护的程序及设备，操作方法的正确性以及其他人为的要素。运用可靠性很大程度上依赖于运用设

5、备的人。熟练而正确的操作，及时的维护和保养，都能显著地提高运用可靠性。 电子设备的支配性能如何以及能否便于维护修缮，直接影响到设备的可靠性，因此在构造设计时必需全面思索。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 对电子设备的支配要求，原那么上可归纳为以下几点： (1) 为支配者发明良好的任务条件。例如：设备不会产生令人厌恶的噪声，且颜色调和给人以好感，安装位置适当，能令操作者精神安宁、留意力集中，从而提高任务质量。 (2) 设备操作简单，能很快地进入任务形状，不需求很熟练的操作技术。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 设备平安可靠，有保险安装。当

6、支配者发生误操作时，应不会损坏设备，更不能危及人身平安。 (4) 控制机构轻便，尽能够减少支配者的膂力耗费。指示系统明晰，便于察看，且长时间察看不易疲劳，也不损伤视力。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 从维护方便的角度出发，对构造设计提出以下要求： (1) 在发生缺点时，便于翻开维修或能迅速改换备用件。如采用插入式和折叠式构造、快速装拆构造以及可换部件式构造等。 (2) 可调组件、测试点应布置在设备的同一面；经常改换的元器件应布置在易于装拆的部位；对于电路单元应尽能够采用印制板并用插座与系统衔接。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 元器件的

7、组装密度不宜过大，即体积填充系数在能够的条件下应获得低一些(普通最好不超越0.3)，以保证元器件间有足够的空间，便于装拆和维修。 (4) 设备应具有过负荷维护安装(如过电流、过电压维护)，危险和高压处应有警告标志和自动平安维护安装(如高压自动断路门开关)等，以确保维修平安。 (5) 设备最好具备监测安装和缺点预告安装，能使支配者尽早地发现缺点或测试失效元器件，及时改换维修，以缩短维修时间，防止大缺点出现。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.1.3 消费方面 1. 消费条件对电子设备的要求 任何电子设备在它的研制之后都要投入消费。消费厂的设备情况、技术和工艺程度、消费才

8、干和消费周期以及消费管理程度等要素都属于消费条件。设备假设要顺利地投产，必需满足消费条件对它的要求，否那么就不能够消费优质的产品，甚至根本无法投产。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 消费条件对产品的要求普通有以下几个方面： (1) 设备中的零部件、元器件，其种类和规格应尽能够少，尽量运用由专业厂家消费的通用零部件或产品。由于这样便于消费管理，有利于提高产质量量，降低本钱。 (2) 设备中的机械零部件必需具有较好的构造工艺性，可以采用先进的工艺方法和流程。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 设备中的零部件、元器件及其各种技术参数、外形、尺寸

9、等，应最大限制地规范化和规格化；还应尽能够采用消费厂家以前曾经消费过的零部件，充分利用消费厂家的先进阅历，使产品具有承继性。 (4) 设备所运用的原资料的种类规格越少越好，应尽能够少用或不用贵重资料，立足于运用国产资料和来源多、价钱低的资料。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (5) 设备(含零部件)的加工精度要与技术条件要求相顺应，不允许无根据地追求高精度。在满足产品性能目的的前提下，其精度等级应尽能够低，装配也应简易化，尽量不搞选配和修配，力求减少装配工人的膂力耗费，便于自动流水消费。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2. 经济性对电子设备的要

10、求 电子设备的经济性有两方面的内容：运用经济性和消费经济性。运用经济性包括设备在运用、储存和运输过程中所耗费的费用。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 为了提高产品的经济性，在设计阶段就应充分思索以下几个方面： (1) 研讨产品与零部件技术条件，分析产品设计参数，研讨和保证产品性能和运用条件，正确制定设计方案，这是产品经济性的首要环节。 (2) 根据产量确定产品构造方式和产品类型。产量的大小决议着消费批量的规模，消费批量不同，其消费方式类型也不同，因此其消费经济性也不同。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 运用价值工程观念，在保证产品性能的

11、条件下，按最经济的消费方法设计零部件。在满足产品技术要求的条件下，选用最经济合理的原资料和元器件，以求降低产品的消费本钱。 (4) 全面构思，缜密设计产品的构造，使产品具有良好的支配维修性能和运用性能，以降低设备的维修费用和运用费用。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.2 电子元器件的选用电子元器件的选用 2.2.1 电子元器件的选用准那么 电子元器件选用时应遵照以下原那么： (1) 根据电路性能的要求和任务环境的条件选用适宜的元器件，元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足设备任务和环境的要求，并留有足够的裕量。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可

12、靠性设计 (2) 优先选用经实际证明质量稳定、可靠性高、有开展出路的规范元器件，不选用淘汰和禁用的元器件。 (3) 应最大限制地紧缩元器件的种类规格，减少消费厂家，提高它们的复用率。 (4) 除特殊情况外，一切电子元器件应按不同的要求经过必要的可靠性挑选后，才干用到产品中。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (5) 优先选用有良好的技术效力、供货及时、价钱合理的消费厂家的元器件。对关键元器件要进展用户对消费方的质量认定。 (6) 仔细分析比较同类元器件在种类、规格、型号和制造厂商之间的差别，择优选用。要留意统计在运用过程中元器件所表现出来的性能与可靠性方面的数据，作为以后

13、选用的根据。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.2.2 电子元器件的主要技术参数 1. 电阻器的主要技术参数 (1) 标称阻值和允许偏向。标称阻值是指电阻器上所标示的名义阻值，一切标称阻值都必需符合标称阻值系列。常用的标称阻值有E6、E12和E24系列，如表2.1所示。实践阻值与标称阻值的相对误差称为允许偏向。普通电阻的允许偏向有级(5%)、级(10%)和级(20%)，精细电阻允许偏向要求更高，如2%、1%、0.5%0.001%等。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 表2.1 电阻器标称阻值系列第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性

14、设计 (2) 额定功率。电阻器的额定功率是指在正常大气压力及额定温度条件下，在电阻器的运用过程中电阻器所能接受而不致将其烧毁的最大限制功率值。它是根据电阻器本身的阻值以及所经过的电流和其两端所加的电压来确定的，是选择电阻器的主要参数之一。常用电阻器额定功率的系列值如表2.2所示。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 表2.2 常用电阻器额定功率的系列值第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 温度系数。温度系数是指温度每升高或降低1所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小，电阻器的稳定性就越好。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计

15、2. 电容器的主要技术参数 (1) 标称容量和允许偏向。电容器标称容量及允许偏向的根本含义同电阻一样，标称容量越大，电容器储存电荷的才干就越强。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (2) 耐压值(额定任务电压)。耐压值是指在允许的环境温度范围内，电容器在电路中长期可靠地任务所允许加的最大直流电压或交流电压的有效值。在选择电容器时，电容器的耐压值应该大于实践任务接受的电压，否那么电容器中的介质会被击穿呵斥电容器的损坏。常用的耐压系列值如下所示(单位：V)：第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 绝缘电阻。绝缘电阻是指电容器两极之间的电阻，也称漏电

16、阻。普通电容器绝缘电阻在1081010之间，电容量越大绝缘电阻就越小，所以不能单凭所测绝缘电阻值的大小来衡量电容器的绝缘性能。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3. 半导体二极管的主要技术参数 (1) 最大正向电流IF。最大正向电流是指长期运转时晶体二极管允许经过的最大正向平均电流。 (2) 反向饱和电流Is。反向饱和电流是指二极管未击穿时的反向电流值。反向饱和电流主要受温度影响，该值越小，阐明二极管的单导游电性越好。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 最大反向任务电压URM。最大反向任务电压指正常任务时，二极管所能接受的反向电压最大值。

17、 (4) 最高任务频率fM。最高任务频率指晶体二极管能坚持良好任务性能条件下的最高任务频率。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 4. 半导体三极管的主要技术参数 (1) 交流电流放大系数。交流电流放大系数包括共发射极电流放大系数()和共基极电流放大系数()。它是阐明晶体管放大才干的重要参数。 (2) 集电极最大允许电流ICM。集电极最大允许电流指放大器的下降到正常值的2/3时所对应的集电极电流值，或者说集电极电流所能到达的晶体三极管允许的极限值。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 集电极最大允许耗散功率PCM。集电极最大允许耗散功率是指集电极

18、因受热而引起晶体三极管的参数变化不超越规定允许值时，集电极所能耗费的最大功率，或者说晶体管集电极温度升高到不致将集电结烧毁所耗费的最大功率。 (4) 集-射间反向击穿电压(UCEO)。集-射间反向击穿电压指三极管基极开路时，集电极和发射极之间允许加的最高反向电压。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 5. 集成电路的主要技术参数 1) TTL“与非门集成电路的主要静态参数 (1) 输出高电平UOH。输出高电平UOH是指输入端有一个(或几个)为低电平常的输出电平。UOH典型值约为3.6 V。 (2) 输出低电平UOL。输出低电平UOL是指在电路输出端接有额定负载(通常规定为带

19、八个同类型的与非门负载)时，电路处于饱和导通形状时的输出电压。UOL普通应小于或等于0.35 V。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 输入短路电流IIS。输入短路电流IIS是指当任何一个输入端接地而其他输入端悬空时，流过该输入端的电流值。IIS应小于1.5 mA，且越小越好。 (4) 输入漏电流IIH。输入漏电流IIH是指在电路中，当任一输入端接高电平，其他输入端接地时，流过接高电平输入端的电流。IIH应小于70 A，且越小越好。 (5) 开门电压UON。开门电压UON是指在电路输出端接有负载(通常规定为带八个同类型的与非门负载)时，使输出电压为低电平常的最小输入

20、电压。普通UON应小于或等于1.8 V，典型值为1.4 V。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (6) 关门电压UOFF。关门电压UOFF是指输出电压值下降到规定值(即UON)的90%时的输入电压。普通UOFF应小于或等于0.8 V，典型值为1 V。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 数字集成电路的主要动态参数 (1) 平均传输延迟时间tpd。平均传输延迟时间是数字集成电路的一个重要动态参数。当门电路任务时，假设输入一个脉冲信号，那么输出脉冲会有一定的时间延迟，如图2.1所示。 (2) 导通延迟时间trd。导通延迟时间是从输入脉冲上升沿的50%

21、起，到输出脉冲下降沿的50%为止这段时间间隔。 (3) 截止延迟时间tfd。截止延迟时间是从输出脉冲下降沿的50%起，到输出脉冲上升沿的50%为止这段时间间隔。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 UiUotrdtfd50 %50 %图2.1 数字集成电路的动态参数第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3) 运算放大器的主要参数 (1) 开环电压增益Aud。开环电压增益Aud是指运算放大器处于开环形状并且没有外部反响时，其输出(直流)电压增量与输入(直流)差模电压增量之比，即Aud=Uo/Ui=Uo/Ui。 (2) 共模抑制比CMRR。差模输入是指把输入

22、信号电压加在运算放大器的两个输入端之间。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 输入偏置电流IB。输入偏置电流IB是指运算放大器在没有输入信号时，流入双极型晶体管的基极电流或场效应晶体管的栅极漏电流。普通规定IB值是流入两个输入端的输入偏置电流之和的一半。 (4) 输入失调电流IOS。输入失调电流IOS是指当输入信号为零时，运算放大器的两个输入端的偏置电流的差值，即IOS=IB IB+ 。由于信号源内阻的存在，IOS会引起一输入电压变化，从而破坏运算放大器的平衡，使其输出电压值不为零，因此，要求IOS愈小愈好。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计

23、 (5) 输入失调电压UOS。在运算放大器的两个输入端上外加不断流补偿电压，以使其输出端为零电位，那么外加的补偿电压就是输入失调电压UOS。UOS愈小，运算放大器的电路对称程度愈好。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.2.3 电子元器件的降额运用 元器件失效的一个重要缘由是由于它任务在允许的应力程度之上。因此为了提高元器件可靠性，延伸其运用寿命，必需有认识地降低施加在元器件上的任务应力，以使实践运用应力低于其规定的额定应力。对元器件有影响的应力有：时间、温度、湿度、腐蚀、机械应力(直接负荷、冲击、振动等)和电应力(电压、电流、频率等)等。第第2 2章章 电子设备的可靠

24、性设计电子设备的可靠性设计 1. 电阻器的降额运用 电阻器按其功能可分为固定电阻器、电位器、热敏电阻器等。对于固定电阻器和电位器而言，影响其可靠性的最重要应力为电压、功率和环境温度；对于热敏电阻而言，影响其可靠性的应力那么主要是功率和环境温度。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2. 电容器的降额运用 影响电容器可靠性的最重要应力是电压和环境温度。对于固定纸/塑料薄膜电容器而言，在运用时，交流峰值电压与直流电压之和不得超越其额定值。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3. 半导体器件降额运用 可按GJB/Z35对半导体器件合理地降额运用。需求降额

25、的主要参数是结温、电压和电流。 半导体器件的降额系数S取0.5以下，温度低于50。锗管还要低一点。不同的半导体器件，S的定义不一样。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 晶体二极管的S为平均正向任务电流与25时的最大额定正向电流之比。 晶体三极管的S为实践功率与25时的最大额定功率之比。 稳压管的S为实践耗散功率与25时最大额定功率之比。 光电器件的S为实践耗散功率与25时最大额定功率乘以与最大允许结温有关的修正系数之比。 表2.3列出了常用元器件的引荐降额范围。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 表2.3 常用元器件的引荐降额范围第第2 2章章 电子

26、设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.2.4 电子元器件的检验与挑选 电子元器件的质量是电子产品可靠性的重要保证，因此，在电子设备整机装配前，应按照整机技术要求对元器件进展质量检验和挑选，不符合要求的元器件不得装入整机。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 1. 元器件的外观检查 外观检查时，首先要查对元器件的型号、规格和出厂日期能否符合整机技术条件要求，没有合格证明的元器件不得运用。 外观检查的主要内容如下： (1) 元器件外观能否完好无损，标志能否明晰，引线和接线端子能否无锈蚀和明显氧化。 (2) 电位器、可变电容器和可调电感器等组件调理时能否旋转平稳，无跳变和卡死

27、景象。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 接插件能否插拔自若，插针、插孔镀层能否光亮，无明显氧化和沾污。 (4) 胶木件外表能否无裂纹、起泡和分层。瓷质件外表能否光洁平整，无缺损。 (5) 带有密封构造的元器件，密封部件能否损坏和开裂。 (6) 镀银件外表能否光亮，无变色发黑景象。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2. 元器件的挑选和老化 挑选和老化的目的是剔除因某种缺陷而导致早期失效的元器件，从而提高元器件的运用寿命和可靠性。因此，凡有挑选和老化要求的元器件，在整机装配前必需按照整机产品技术要求和有关技术规定进展严厉的挑选和老化。第第2

28、 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 下面对半导体二极管、三极管和集成电路的挑选和老化的技术要求作简单引见。 1) 半导体二极管、三极管的挑选 (1) 挑选程序如下： 二极管(此处列举的是整流二极管)：高温储存温度冲击敲击功率老化高温测反向漏电流常温测试检漏外观检查。 三极管：高温储存温度冲击跌落(大功率管不做)高温反偏(硅PNP管做)功率老化高低温测试(必要时做)常温测试检漏外观检查。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (2) 挑选条件及要求如下： 高温储存的要求为： 储存温度：硅二极管为1503；硅三极管为1753；锗二极管、三极管为1002。 储存时间

29、：A级为48小时，B级为96小时。 温度冲击的要求为： 锗器件：553852 硅器件：5531253第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 敲击。在公用夹具上用小锤敲击器件，并用图示仪监视最大任务电流正向曲线。 功率老化。在常温下，按技术要求(例如：整流二极管最大电流不大于1 A时，按额定电流的1.5倍老化；最大电流大于1 A时，可按额定电流老化)通电老化。 高温测试。其实验温度的要求为：锗二极管为702，锗中小功率三极管为552，锗大功率管为752，硅二极管、三极管为1253，恒温时间为30分钟。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 低温测试。其实验温度

30、为553，恒温时间为30分钟。 常温测试。常温测试按技术文件规定进展。 检漏。检漏按技术文件规定进展。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 半导体集成电路的挑选 对于半导体集成电路等组件，也要按照技术要求，凡有挑选要求的都要进展挑选。 (1) 高温储存。高温储存的作用是经过高温加热来加速任何能够发生或存在的外表化学反响，使电路稳定，剔除潜在的失效电路。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 储存条件：温度为1501755 ，储存时间为48小时或96小时。150 适用于环氧扁平封装的电路，175 适用于其他资料封装的电路。 (2) 温度循环。温度循环能

31、检验电路内不同构造资料的热胀冷缩能否匹配。 循环条件：温度范围为5531253 。先低温后高温，每种温度下坚持30分钟，交替时间小于1分钟，交替次数不少于5次。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 离心加速度。离心加速度实验可使电路内部焊点不牢，装片或封装不佳，管壳及硅片存在潜在裂纹等缺陷易于暴露。 实验条件：质量小于15 g的电路可施加外力20 kg，质量大于15 g的电路施加外力5 kg。沿电路三个轴向，各实验1分钟。 (4) 跌落。有时可以用跌落的方法替代离心加速度的挑选方法。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (5) 高温功率老化。老化

32、条件：温度为1253，时间为168小时或96小时。亦可把温度提高到1503 ，进展24小时老化。 (6) 高温测试。测试条件：温度为403和553，各坚持30分钟，测试电参数。 (8) 电路输入、输出特性检查。在室温下分别对电路每一个输入、输出端的PN结加反向电压，察看其特性曲线有无显示击穿景象。击穿电压应大于7 V，漏电流应小于10 A。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.3 电子设备的可靠性防护措施电子设备的可靠性防护措施 2.3.1 电子设备的散热防护 温度是影响电子设备可靠性最广泛的一个要素。电子设备任务时，其功率损失普通都以热能方式分发出来，尤其是一些耗散功

33、率较大的元器件，如电子管、变压器、大功率晶体管、大功率电阻等。另外，当环境温度较高时，设备任务时产生的热能难以分发出去，将使设备温度升高。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 1. 电阻器的散热措施 1) 温度对电阻器的影响 温度升高会使电阻运用率下降，导致其寿命降低。如RTX型碳膜电阻，当环境温度为40时，允许的运用功率为标称值的100%；环境温度增至100时，允许运用功率仅为标称值的20%。另外，温度过高能使噪声增大。温度变化同样会使阻值变化，温度每升高或降低10，其阻值大约变化1%。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 电阻器散热的普通方

34、法 电阻的温度与其方式、尺寸、功率损耗、安装位置以及环境温度等要素有关。普通情况下，电阻是经过引出线的传导和本身的对流、辐射来散热的。电阻器散热的普通思索有： (1) 大功率电阻器应安装在金属底座上，以便散热。 (2) 不许在没有散热的情况下，将功率电阻器直接装在接线端或印制板上。 (3) 功率电阻器尽能够安装在程度位置。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (4) 引线长度应短些，使其和印制电路板的接点能起散热作用；但又不能太短，且最好稍弯曲，以允许热胀冷缩。如用安装架，那么要思索其热胀冷缩的应力。 (5) 当电阻器成行或成排安装时，要思索通风的限制和相互散热的影响，并将

35、其适当组合。 (6) 在需求补充绝缘时，需思索散热问题。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2. 半导体分立器件的散热措施 1) 温度对半导体分立器件的影响 半导体器件对温度反响很敏感，过高的温度会使器件的任务点发生漂移、增益不稳定、噪声增大和信号失真，严重时会引起热击穿。因此，通常半导体器件的任务温度不能过高，如锗管不超越70100；硅管不超越150200。表2.4列出了常用元器件的允许温度。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 表2.4 常用元器件允许温度第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 半导体分立器件散热的普通思索

36、(1) 对于功率小于100 mW的晶体管，普通不用散热器。 (2) 大功率半导体分立器件应装在散热器上。 (3) 散热器应使肋片沿其长度方向垂直安装，以便于自然对流。散热器上有多个肋片时，应选用肋片间距大的散热器。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (4) 半导体分立器件外壳与散热器间的接触热阻应尽能够小，应尽量增大接触面积，接触面坚持光洁，必要时在接触面上涂上导热膏或加热绝缘硅橡胶片，借助于适宜的紧固措施保证严密接触。 (5) 散热器要进展外表处置，使其粗糙度适当并使外表呈黑色，以加强辐射换热。 (6) 对于热敏感的半导体分立器件，安装时应远离耗散功率大的元器件。 (7

37、) 对于任务于真空环境中的半导体分立器件，散热器设计时应以只需辐射和传导散热为根底。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3) 散热器 常用的散热器大致有：平板形、平行肋片形、叉指形、星形等，如图2.2(a)(d)所示。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (a)(b)(c)(d)图2.2 散热器外形(a) 平板形；(b) 平行肋片形；(c) 叉指形；(d) 星形第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3. 变压器的散热措施 1) 温度对变压器的影响 温度对变压器的影响除降低其运用寿命外，绝缘资料的性能也将下降。普通情况下，变压器的允许

38、温度应低于95。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 变压器散热的普通思索 (1) 不带外罩的变压器，要求铁心与支架、支架与固定面都要良好接触，使其热阻最小。 (2) 对有外罩的变压器，除要求外罩与固定面良好接触外，可将其垫高并在固定面上开孔，构成对流，如图2.3所示。 (3) 变压器外外表应涂无光泽黑漆，以加强辐射散热。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 图2.3 变压器的散热第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 4. 集成电路的散热措施 集成电路的散热，主要依托管壳及引线的对流、辐射和传导散热，如图2.4所示。当集成电路的

39、热流密度超越0.6 W/cm2时，应装散热安装，以减少外壳与周围环境的热阻。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 传导集成电路辐射对流焊点印制板图2.4 集成电路的散热第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 5. 电子设备整机的散热措施 1) 机壳自然散热 机壳是接受设备内部热量并将其散到周围环境中去的机械构造。机壳散热措施普通思索如下： (1) 选择导热性能好的资料做机壳，加强机箱内外外表的热传导。 (2) 在机壳内、外外表涂粗糙的黑漆，以提高机壳热辐射才干。 (3) 在机壳上合理地开通风孔，以加强气流的对流换热才干。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计

40、电子设备的可靠性设计 图2.5为常见的通风口方式。图(a)为最简单的冲压而成的通风孔；图(b)为通风孔较大时用金属网遮住洞口的方式；图(c)为百叶窗式通风孔。 ( a )( b )( c ) (a)(b )(c)图2.5 散热器通风口方式 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 印制板的热设计 从有利于散热的角度出发，印制板最好是直立安装，板与板之间的间隔普通不要小于2 cm，而且元器件在印制板上的陈列方式应遵照如下规那么： (1) 对于采用对流空气冷却方式的设备，最好是将集成电路(或其他元器件)按纵长方式陈列，如图2.6(a)所示；对于采用强迫空气冷却(风扇冷却)的设

41、备，那么应按横长方式陈列，如图2.6(b)所示。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (2) 在同一块印制板上安装半导体器件时，应将发热量小或不耐热的元器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在气流的入口处，将发热量大或耐热好的元器件放在气流的出口处。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (a)(b)图2.6 集成电路在印制板上的陈列(a) 纵长陈列；(b) 横长陈列第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (3) 在程度方向上，大功率器件应尽量接近印制板边沿布置，以便缩短传热途径；在垂直方向上，大功率器件应尽量接近印制板上

42、方布置，以便减小这些器件任务时对其他元器件温度的影响。 (4) 温度敏感器件最好安顿在温度最低的区域(如设备底部)，不要将它放在发热元器件的正上方，多个器件最好是程度交错规划。也可采用“热屏蔽方法到达热维护作用。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3) 内部构造的合理规划 由于设备内印制板的散热主要依托空气对流，因此在设计时要研讨空气流动途径，合理配置元器件或印制电路板。详细措施有： (1) 要合理地布置机箱进出风口的位置，尽量增大进出风口之间的间隔和高度差，以加强自然对流。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (2) 对大面积的元器件应特别留意其放置

43、位置，如机箱底的底板、隔热板、屏蔽板等。假设位置安排不合理，那么能够妨碍或阻断自然对流的气流。 (3) 在印制板上进展元器件规划时，要防止在某个区域留有较大的空域。如图2.7(a)所示，冷却空气大多从此空域中流走，呵斥散热效果大大降低。如图2.7(b)所示，冷却空气的通路阻抗均匀，散热效果得到了改善。整机设备内有多块印制电路板的情况也应留意同样的问题。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 不用器件空气流(b)空气流(a) 图2.7 元器件的规划(a) 较差规划；(b) 较好规划第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 4) 强迫风冷 强迫风冷是利用风机进展鼓

44、风或抽风，提高设备内空气流动的速度，增大散热面的温差，到达散热的目的。强迫风冷的散热方式主要是对流散热，其冷却介质是空气。强迫风冷是目前运用最多的一种强迫冷却方法。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 【实例】 集成电路在印制板上的陈列方式对其温升的影响。 图2.8给出了大规模集成电路(LSI)和小规模集成电路(SSI)混合安装情况下的两种陈列方式。LSI的功耗为1.5 W，SSI的功耗为0.3 W。实测结果阐明，图2.8(a)所示陈列方式使LSI的温升达50，而图2.8(b)所示陈列方式使LSI的温升为40，显然采用后一种陈列方式对降低LSI的温升更为有效。第第2 2章章

45、 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 SSILSI3028502018空气流(a)空气流(b)3027252340图2.8 集成电路的陈列方式对其温升的影响第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.3.2 电子设备的气候防护 潮湿、盐雾、霉菌以及气压、污染气体对电子设备影响很大，其中潮湿的影响是最主要的。特别是在低温高湿条件下，空气湿度到达饱和时会使机内元器件、印制电路板上产生凝露景象，使电性能下降，缺点上升 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 1. 潮湿的防护 电子设备遭到潮湿空气的侵蚀，会在元器件或资料外表凝聚一层水膜，并浸透到资料内部，从而

46、呵斥绝缘资料的外表电导率添加，体积电阻率降低，介质损耗添加，零部件电气短路、漏电或击穿等。潮气还能引起覆盖层起泡甚至零落，使其失去维护作用。 防潮湿的措施很多，常用的方法有浸渍、灌封、密封等。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 1) 浸渍 浸渍是将被处置的组件或资料浸入不吸湿的绝缘漆中，经过一定时间使绝缘液体进入组件或资料的小孔、缝隙和构造件的空隙，从而提高组件或资料的防潮湿性能和其他性能。 2) 灌封 灌封是用于热溶形状的树脂、橡胶等将电器组件浇注封锁，构成一个与外界完全隔绝的独立的整体。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3) 密封 密封是防止

47、潮湿长期影响的最有效的方法。密封是将零件、元器件、部件或一些复杂的安装甚至整机安装在不透气的密封盒内，这种防潮手段属于机械防潮。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2. 盐雾和霉菌的防护 1) 盐雾的防护 盐雾主要发生在海上和近海地域，因盐碱被风刮起或盐水蒸发而构成的一种带有盐分的雾状气体。 盐雾的防护方法主要是：在普通电镀的根底上进展加工，即严厉电镀工艺，保证镀层厚度，选择适当的镀层种类；采用密封机壳或机罩，使设备与盐雾环境隔开；对关键组件进展灌封或加其他密封措施。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 霉菌的防护 霉菌是指生长在营养基质上而构

48、成绒毛状、蜘网状或絮状菌丝体的真菌。霉菌种类繁多。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 电子设备的霉菌防护方法有以下几种： (1) 控制环境条件。 (2) 密封防霉。 (3) 运用防霉剂。 (4) 运用防霉资料。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3. 金属的防腐 电子设备中大量运用到金属资料，金属资料会和周围腐蚀介质发生化学或电化学作用，从而导致金属的腐蚀。 金属防腐蚀措施如下： (1) 选择适宜的资料。金属资料的耐蚀性能与所接触的介质有亲密的关系。选材时，首先要知道腐蚀介质的种类、腐蚀强度、PH值以及影响腐蚀性的诸如环境温度、湿度变化情况等各种

49、要素。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (2) 采用外表涂覆方法。外表涂覆是电子设备最常用的金属防腐蚀方法。外表涂覆就是在零件外表涂覆一层金属或非金属覆盖层。根据构成覆盖层的物质不同，可将覆盖层分为三类：金属覆盖层(电镀)、化学覆盖层(金属氧化物)和涂料覆盖层。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.3.3 电子设备的电磁防护 屏蔽就是用导电或导磁资料制成的以盒、壳、板和栅等方式，将电磁场限制在一定空间范围内，使电磁场从屏蔽体的一面传到另一面时遭到很大的衰减，从而抑制电磁场的分散。根据屏蔽抑制功能的不同，可分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。第第2 2

50、章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 电屏蔽即静电或电场的屏蔽，用于防止或抑制寄生电容耦合，隔离静电或电场干扰。电屏蔽最简单的方法是在感应源和受感器之间加一块接地良好的金属板，把感应源的寄生电容短接到地，到达屏蔽的目的。 磁屏蔽用于防止磁感应，抑制寄生电感耦合，隔离磁场干扰。 电磁屏蔽用于防止或抑制高频电磁场的干扰。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 1. 元器件防静电措施 半导体器件在制造、存贮、运输及装配过程中均能够因摩擦而产生静电电压，当器件与这些带电体接触时，带电体就会经过器件引脚放电，引起器件失效。如MOS器件、双极器件和混合集成电路等器件对静电放电损

51、伤敏感。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 以对静电敏感的CMOS集成电路为例，在电路设计及印制板设计时，应留意以下几点： (1) 不运用的输入端应根据要求接电源或接地，不得悬空。 (2) 作为线路板输入接口的电路，其输入端除加瞬变电压制制二极管外，还应对地接电阻器(阻值普通取0.21 M)。 (3) 当电路与电阻电容组成振荡器时，电容器存贮电荷产生的电压可使有关输入端的电压瞬时高于电源电压。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (4) 作为线路板输入接口的传输门，每个输入端都应串接电阻器(阻值取50100)。 (5) 作为线路板输入接口的逻辑门，每

52、个输入端都应串接电阻器(阻值取100200)。 (6) 作为线路板输入接口的运用部位，应防止其输入电位高于电源电位(先加信号源，后加线路板电源，就可导致这一景象发生)。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2. 导线的屏蔽 1) 印制导线屏蔽 单面印制板在信号线之间设置接地的印制导线可以起屏蔽作用，如图2.9(a)所示。双面印制板，除在信号线之间设置接地线以外，其反面铜箔也接地，加强了屏蔽作用，如图2.9(b)所示。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 信号线地线信号线地线(a)信号线地线 信号线(b)图2.9 印制板的屏蔽线第第2 2章章 电子设备的可

53、靠性设计电子设备的可靠性设计 2) 高频导线(同轴射频电缆)的屏蔽 高频导线的屏蔽主要是在其外面套上一层金属丝的编织网，中心是芯线，金属网是屏蔽层，芯线和屏蔽层之间衬有绝缘资料，屏蔽层外还有一层绝缘套管。 (1) 高频高电平导线的屏蔽。对于高频高电平导线，屏蔽的作用主要是防止其干扰外界。导线接入电路时，只需将屏蔽层在一端接地，那么中心导线信号电流在屏蔽层上感应出的电荷就被释放到地，在屏蔽层外部没有电场。一端接地的方法具有有效的电场屏蔽作用，如图2.10所示。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 屏蔽层电场磁场UZUZ图2.10 屏蔽体一端接地的电场屏蔽作用第第2 2章章 电

54、子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 假设屏蔽层两端接地，那么使屏蔽层经过地可以得到一个与中心线电流方向相反的电流。两电流产生的磁场相互抵消，使在屏蔽层的外面没有磁场辐射，从而起到磁屏蔽作用，如图2.11(a)、(b)所示。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (a)(b)I1IsIgABR1图2.11 屏蔽体上有电流时的屏蔽作用第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 屏蔽层与屏蔽盒的衔接正确与否也很重要。正确的接法是：屏蔽层在芯线进入屏蔽盒的入口时就应与屏蔽盒衔接，如图2.12(a)所示；否那么，屏蔽层所耦合的外界干扰信号在屏蔽盒内会产生磁场，构成干

55、扰，如图2.12(b)所示。 (2) 高频低电平导线的屏蔽。对于高频低电平导线，屏蔽的作用主要是防止外界对其的干扰。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 外绝缘隔离皮隔离皮和屏蔽盒之间的固定连接内导体隔离皮外绝缘中心导线内绝缘接地片接线柱(a)(b)图2.12 隔离电缆外皮与屏蔽盒的衔接第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 3. 低频变压器的屏蔽 变压器的铁心由铁磁资料制成，磁通绝大部分在铁心中构成闭合回路，但有小部分磁通(漏磁通)穿过周围空间而呵斥干扰，这将影响其附近的电子设备的正常任务，如放大器的调制交流声，因此必需对变压器进展屏蔽。 变压器的常见

56、屏蔽方法有两种。一种是在铁心侧面包铁皮，如图2.13(a)所示；另一种是在线包外面包一圈铜皮作为短路环，如图2.13(b)。漏磁通在环内感应涡流，而涡流所产生的磁场与漏磁场反向，所以短路环减少了漏磁场对外界的干扰。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 铜皮短路环(a)(b)图2.13 变压器的屏蔽第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 4. 电路的屏蔽 电路单元屏蔽的普通原那么如下： (1) 在电子设备或系统具有不同频率的电路中，为防止相互之间的杂散电容耦合而呵斥干扰，对于振荡器、放大器、滤波器等都应分别加以屏蔽。 (2) 假设多级放大器的增益不大，那么级

57、与级之间可以不屏蔽；假设其增益大，输出级对输入级的反响大，那么级与级之间应加以屏蔽。 (3) 假设低电平级接近高电平级，那么需求屏蔽；假设干扰电平与低电平级的输入电平可以比较，那么应严厉屏蔽。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (4) 根据电路特性决议能否屏蔽。电路能否需求屏蔽决议于电路本身的特点。如低输入阻抗的放大器受寄生反响的影响比高输入阻抗放大器的影响要小。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.4 印制电路板布线的可靠性设计印制电路板布线的可靠性设计 2.4.1 电磁兼容性设计 电磁兼容性(EMC)是指电子系统及其元器件在各种电磁环境中仍

58、可以协调、有效地进展任务的才干。EMC设计的目的是既能抑制各种外来的干扰，使电路和设备在规定的电磁环境中能正常任务，又能减少其本身对其他设备的电磁干扰。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 印制电路板电磁兼容设计详细表达在布线时，此时要留意以下问题： (1) 公用零伏线、电源线的走线宽度大于等于1 mm。 (2) 电源线和地线尽能够接近，整块印制板上的电源与地要呈“井字形分布，以便使分布线电流到达平衡。 (3) 要为模拟电路专门提供一根零伏线，以减少线间串扰。必要时可添加印制线条的间距。留意安插一些零伏线作为线间隔离。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性

59、设计 (4) 印制电路板的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离；要特别留意电流流通中的导线环路尺寸；如有能够，在控制线(于印制板上)的入口处加接R-C去耦，以便消除传输中能够出现的干扰要素。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 (5) 印制电路板上印制弧线的宽度不要突变，导线不要忽然拐角(90)。传输线拐角要采用45角，以降低回损。 (6) 时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线经常载有大的瞬变电流，其印制导线要尽能够短；而对于电源线和地线这类难以缩短长度的布线，那么应在印制板面积和线条密度允许的条件下尽能够加大布线的宽度。第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠

60、性设计 (7) 采用平行走线可以减少导线电感，但会使导线之间的互感和分布电容添加。 (8) 为了抑制印制导线之间的串扰，在设计布线时应尽量防止长间隔的平行走线，尽能够拉开线与线之间的间隔，信号线与地线及电源线尽能够不交叉。 在运用普通电路时，印制导线间隔和长度设计可以参考表2.5所列规格。 第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 表2.5 印制电路板防串扰设计规那么第第2 2章章 电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计 2.4.2 高频数字电路PCB设计中的规划与布线 为了防止高频信号经过印制导线时产生的电磁辐射，在印制电路板布线时，应留意以下要点： (1) 高频数字信号线