绪论第一章基础知识

1电子设备结构工艺前言

本教材是CEAC（国家信息化计算机教育认证—院校IT职业认证证书）的电子与信息技术专业的认证课程教材。

本教材教学目的：通过学习：1、掌握电子产品的生产流程和工艺。

2、了解电子产品的先进制造技术。

3、掌握电子电路的工艺设计方法。职业资格证书：电子仪器仪表装配工；印制电路装接工；印制电路制作工。就业岗位：

电子产品制造及相关企业的生产技术员、工艺员、质检员、电子电器产品使用、维护和管理人员；电子企业强制认证的工作人员；电子电器产品设计开发辅助人员等。4

目录基础知识电子设备的防护设计电子设备的元器件布局与装配印制电路板的结构设计与制造工艺电子设备的整机装配与调试电子产品技术文件和计算机辅助设备调试工艺电子产品的微型化结构电子设备的整机机械结构51.主要内容：

一共八章，以二、三、四、五章为重点。介绍电子设备的防护设计、电子设备的元器件布局，印制电路板的结构设计与制造工艺，电子设备的整机装配与调试。2.基础知识：

机械基础、元件材料、电子线路等有关知识。本课程的内容与任务63.目的任务：为从事电子设备的设计与制造打下基础，同时，对于今后从事电子设备的维修工作帮助很大线路设计与结构设计关系十分密切，有时电路与结构就是一个完美的统一体。

教学时间分配：总课时：42学时，考试复习2学时，参观学习12学时，理论学习30学时。第一章4学时，第二章4学时，第三章6学时第四章4学时，第五章6学时，第六章4学时第七章2学时，第八章2学时。8学习方法与计划

前五周课堂学习，后两周下厂参观学习课堂学习包括做习题、考试。下厂包括参观和写学习体会。课堂作业每周交一次本课程总成绩由：平时作业、期末考试、参观学习体会、等综合评定。第一章基础知识本章主要内容:

探讨了工作环境、使用条件及生产方面对电子设备在结构工艺方面的要求，在分析产品可靠性特点的基础上提出了设计制造电子设备可靠的方法。

学习要求：1、了解工作环境对电子设备在工艺结构上的要求；2、了解使用条件和生产条件对电子设备在结构工艺上的要求；3、了解电子设备的可靠性概念和主要指标；4、了解电子元器件可靠性的表征方法。101.1电子设备结构工艺1.1.1.现代电子设备的特点

设备组成复杂，组装密度大设备使用范围所处的工作环境条件复杂设备可靠性要求高设备要求精度高121.1.2电子设备的生产工艺和结构工艺生产工艺:是生产技术的中心环节，组织生产指导生产的一种重要手段。着眼点是促进每项工作操作简单、流畅、高效力、低强度。结构工艺：电路性能指标的实现，要通具体的结构体现出来，它是以结构设计为手段，保证所设计的电子设备的可靠性。141.2对电子设备的要求1.2.1工作环境对电子设备的要求

气候条件、机械条件、电磁干扰。1.气候条件对电子设备的要求

温度、潮湿、盐雾、气压、风沙、太阳辐射。2.机械条件对电子设备的要求电子设备在贮存、运输和使用过程中所承受的机械振动、冲击、离心加速度等机械作用。3．电磁环境对电子设备的要求造成电磁干扰的主要原因有：周围空间的电磁场，地球磁场，宇宙射线等；放电过程产生的电磁波；电源干扰，信号线路上的电气噪声干扰，内部相互干扰有：高频、高电位元件(器件)对其他内部元器件形成的干扰。161．体积重量要求电子设备正在向小型化发展，体积和重量日益减小，这是电子设备得到广泛应用的原因之一。描述电子设备体积重量的指标主要有两个：平均比重(重量体积比)和体积填充系数。1.2.2使用方面对电子设备的要求平均比重是指：设备的总重量与总体积之比，用D表示设。备的平均比重对结构设计有直接影响。体积填充系数是指：设备内全部零部件、元器件的总体积与机箱(柜)内部容积的比值，它表示了电设备的紧凑性，用K表示设备的平均比重增大，体积填充系数也。会提高。182.操纵维修要求（1）设备的操作（2）设备的安全（3）设备的填充系数（4）便于维修（5）过载保护（6）监测装置191.2.3.生产方面对电子设备的要求

1.生产条件电子设备的要求（1）设备中的电子元器件（2）设备中的机械元器件（3）设备中使用的原材料

(4)设备的加工精度202．经济性对电子设备的要求经济性对电子设备的要求包括：使用经济性和生产经济性两方面内容使用经济性：设备在使用、贮存和运输过程中所消耗的费用。生产经济性：指生产成本，它包括生产准备费用，原材料的辅助费用，工资和附加费用、管理费用等。在设计阶段应考虑以下几个问题：（1）研究产品的技术条件，分析产品设计参数、性能和使用条件，正确制定设计方案和确定产品的复杂程度，这是产品经济性的首要条件。（2）由产量确定产品结构形式和生产类型产量的大小决。定着生产批量的规模，进而影响生产方式类型。（3）在保证产品性能的条件下，按最经济的生产方式设计零部件，在满足产品技术要求的条件下，选用最经济合理的原材料和元器件，以降低产品的成本。（4）周密设计产品的结构，使产品具有较好的操作维修性能和使用性能，降低设备的维修和使用费用。1.3.1可靠性慨述

20世纪以来,特别是30年代以后，科学技术高度发展，电子设备、自动控制设备等越来越复杂，所包含的元器件也越来越多，要保证这些设备正常使用越来越困难这就促使人们去研究如。何保持产品功能而不致失效的种种问题，并逐步形成了可靠性研究的学科体系。20世纪60年代后，可靠性普及到质量统计和质量管理中，现在可靠性更上升到质量保证体系，其地位日趋重要。1.3产品的可靠性231．可靠性的概念

可靠性是指产品在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力。它含三层涵义：※产品的可靠性是以“规定的条件”为前提的。※产品的可靠性与“规定的时间”密切相关。※产品的可靠性是用完成“规定的功能”来衡量的。24

可靠性是产品质量的一个重要方面，通常所说的产品质量好，包含两层意思：※达到预期的技术指标。※要在使用中很可靠。产品的可靠性是用概率来表示的。25

2．可靠性的主要指标可靠性的最基本的几个指标。

(1)可靠度(不失效率)

可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。通常用R(t)表示。

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可靠度的物理意义是：到某个试验期时，仍然完好的产品数与试验产品总数的比例，即完好产品(不失效)的概率。(2)故障率故障率是指产品在规定的条件和规定的时间内，失去规定功能的概率。通常用F(t)表示。27

(3)失效率(瞬时失效率)

失效率是指产品工作到t时刻后的一单位时间内的失效数与在t时刻尚能正常工作的产品数之比。用且(t)表示，即：当为常数时，失效率且与可靠度R(t)满足：

28当为常数时，失效率且与可靠度R(t)满足：（4）平均寿命（平均正常工作时间）平均寿命是指正常工作的平均时间。29

可靠性的分类

(1)固有可靠性

(2)使用可靠性

(3)环境适应性304．可靠性设计的基本原则(1)设计方案的简化(2)注意可靠性与经济性的关系(3)可靠性与可维修性(4)加工工艺的可靠性(5)可靠性与备份设计31

1．3．2元器件可靠性与产品可靠性

1．元器件的可靠性元器件的可靠性通常用失效率来表征。实践发现，普通元器件和半导体元器件的失效规律不尽相同。(1)元器件的失效规律①普通电子元器件的失效规律如图1.1所示，这就是常说的船形曲线或浴盆曲线，它分为三个阶段。33②半导体器件的失效规律如图1.2所示，半导体器件早期失效和一般元器件相同，在偶然失效期近似为一常数，是半导体器件的最好工作期。半导体器件没有损耗失效期，这是其特点所在。35

一般元器件的可靠性通常用失效率表示元器件工作在偶然失效期，其失效率为常数久，由(1.5)式，其可靠度为：即元器件的正常工作概率。规律如图1.3所示39

2．系统可靠性一个复杂的系统可以由多个子系统或部件组成。而每一个子系统或部件又由多个元器件组成。我们可以根据元器件的可靠性求得系统可靠性，也可以根据系统可靠性分配各子系统的可靠性。有：

(1)串联系统（2）并联系统421.4提高电子产品可靠性的方法电子产品是由电子元器件、组件、部件按照一定的工艺要求组合起来的，电子产品的可靠性的基础是电子元器件的可靠性，电子产品的硬件故障大多数以元器件的损坏或故障的方式表现出来。本节主要介绍对电子元器件的筛选和降额使用问题，431．4．1正确选用电子元器件1．选用电子元器件的原则：(1)根据电性能指标和使用条件选用合适的元器件，使用条件不得超过元器件参数和环境条件，并留有富余量。尽可能地压缩元器件的品种和规格数量，提高它们的复用率。

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除特殊情况外，所有电子元器件都要按不同要求进行可靠性筛选，然后才能用到电子产品中去。仔细分析比较同类元器件的差异，择优选用，并注意积累元器件在使用中的性能与可靠性方面的依据，作为以后选用的重要依据。45

2．选用电子元器件的方法对电子元器件进行筛选，就是要从一批元器件中选出可靠性较高的元器件，淘汰那些有潜在缺陷而导致早期失效的元器件，这对提高电子产品的可靠性有重要意义。46

(1)按复杂程度可分为①分布截尾筛选法②应力强度筛选法。③老炼筛选法。④线性鉴别筛选法。⑤精密筛选法。

47(2)按照施加应力手段不同，筛选可分为：寿命筛选环境应力筛选、密封性筛选、检查性筛选等481．4．2电子元器件的降额使用

降额使用就是元器件在低于其额定值的应力条件下工作，是提高电子产品可靠性的最有效措施之一。对元器件有影响的应力包括：时间、温度、湿度、腐蚀、机械应力和电应力，合理的降额使用可以大幅度地减少元器件的失效。49

1．电阻器的降额使用要点元器件实际使用时的参数与额定值的比值为降额系数，用S表示。电阻器的降额系数S一般取0.1～0.6，环境温度一般低于60℃，低于45℃最好。当S<0.1时，发热量过小，潮气不易驱除，失效率反而提高。可变电阻器失效率比固定电阻器高1～2个数量级，一般少用。50

2．电容器的降额使用要点电容器的使用温度一般应低于50℃，尤其是电解电容器更不宜在高温下工作，电解电容器在低于－45℃使用时应采用耐寒型。电容器的电