第三章-电子设备的元器件布局与装配

第三章电子设备的元器件布局与装配

主要内容元器件的布局原则典型单元的组装与布局组装结构工艺电子设备连接方法及工艺本章学习要求：1、掌握元器件的布局原则、布局时的排列方法和要求。2、了解组装、布局整流稳压电源时应该注意的事项。3、了解组装、布局低频放大器时应该注意的事项。4、了解组装、布局高频电路时应该注意的事项。5、了解电子设备总体布局时应遵循的原则。6、了解各种紧固件、连接器的使用场合。7、了解表面组装技术的工艺流程。

电子设备是由元器件、组件、连线及零部件等组装而成。在电子设备电路单元中，元器件的位置安排称为元器件布局；电子设备内组件位置的安排及元器件、机械零部件的位置安排，统称为布局。各组件、元器件之间的各种导线的连接与走向安排，称为布线。3.1元器件的布局原则3．1．1元器件的布局原则应遵循以下原则：(1)元器件布局应保证电性能指标的实现。(2)元器件的安装，考虑布线，相互照顾。(3)元器件的布局，安装结构紧凑，重量分布均衡，排列有序。(4)元器件布局应有利于散热和耐冲击振动。1．2布局时的排列方法和要求1．元器件布局时排列方法和要求按电路图顺序成直线排列是较好的排列方式。注意各级电路、元器件、导线之间的相互影响。排列元器件时，应注意其接地方法和接地点。在元器件布局时，应满足电路元器件的特殊要求。3.2典型单元的组装与布局本节学习要求：1、了解组装整流稳压电源时，应注意的事项；2、了解组装、布局放大器时，应注意哪些问题。3、组装高频电路时就满足哪些要求？3.2.1整流稳压电源的组装与布局1、整流稳压电源的要求1）能输送给负载规定的直流电压和电流，并能在最大负荷下保持输出稳定。3．2典型单元的组装与布局3．2．1整流稳压电源的组装与布局1．整流稳压电源的要求。

2．整流稳压电源组装、布局时应考虑的问题重要指标，具有经济意义。

3．整流稳压电源元器件布局举例3．2．2放大器的组装与布局1．对放大器的要求(1)低频放大器由于多用于音频放大，故要求有较好的频率特性，(2)中频和高频放大器应具有适当的增益。(3)放大器失真程度要小，(4)放大器应工作稳定，不产生自激振荡。2．放大器组装、布局时应考虑的问题(1)放大器的元器件布局必须按电路顺序直线布置。为了减少铁心器件的漏磁场影响，各种变压器(输入、输出、级间)、扼流圈之间以及它们和其他元器件之间应相互垂直布置。

对多级放大器，为了抑制因寄生耦合而形成的反馈，应做到：输入导线和输出导线远离。(4)要抑制电源对放大器的影响。(5)布置元器件时应注意接地点的选择。3．放大器元器件布局举例3．2．3高频系统的组装与布局1．高频系统的布局、布线和装配(1)要减小由于布线和装配时所引起的电感耦合和电容耦合。①减小导线长度和直径。②增大平行导线之间的距离。③尽可能不引入介电常数、介质损耗大的绝缘材料。

(2)高频系统要求具有较高的绝缘性能，可用以下措施：

①采用介质损耗小、绝缘电阻高的材料。

②保持足够的空气间隙，即可用空气间隙代替固体介质做绝缘层。

③提高导线刚性。2．高频系统中元器件和零部件的布局(1)管子的布局同一级的管子和它的元器件应尽量靠近，

要注意管脚和线路元件间以及相邻管之间的相对位置和排列方向。

由于功率晶体管工作时会产生大量热量，因此，这些管子不能和高频装置中与热敏元器件靠得太近。④高频系统中的管子对电磁干扰很敏感，一般都应作电磁屏蔽。

(2)线路元器件布局

高频装置中其他一些耦合、去耦、限流等作用的元器件(如电阻、扼流圈、电容器)的布置主要决定于线路及主要组件的布置。(3)结构零件布局采用机械性的支撑、固定和保护性的结构零件，也会在不同程度上影响高频装置的工作。

3．高频系统屏蔽的特点常用屏蔽方法对高频系统也同样适用。蔽时，还应注意以下问题：

(1)振荡回路的屏蔽特点由于高频系统有它独有的特点，对高频系统进行屏屏蔽罩会引起振荡回路下列参数变化(与不屏蔽时相比较)：①减小回路线圈的电感量和品质因数。②增大线圈的固有电容量。③增大与接地片电容器的电容量。④增大与地之间的分布电容。

(2)高频系统屏蔽时应注意的问题：①在选择屏蔽结构形式时，对电路单元最好单独屏蔽。如高频系统和低频系统共用一个或在一块印制电路板上，应采取措施将高频电路与低频电路隔开。③高频系统屏蔽罩的材料，在频率很高时应采用镀银铜材。黄铜作屏蔽材料，如果要求不高时，可采用镀银黄铜板。④为了减少介质损耗，高频系统导线较短时，最好采用镀银裸铜线。如果需要绝缘则必须采用介质损耗小的绝缘导线或采用高频屏蔽线。3．3布线与扎线工艺3．3．1选用导线要考虑的因素1．电气因素(1)工作电流实际选择导线时导线中最大电流应小于允许电流并取适当安全系数。根据产品级别和使用要求，安全系数可取0．5～0．8。

一般情况下按表3．1选用导线是安全的，但在散热条件较差或导线处于较热的环境中，其工作电流应小一些。作为粗略估算，可按5A／mm2的截流量选取导线截面，在通常情况下是安全的。(2)导线电压降当导线较长时就必须考虑。为了减小导线上压降，常选取较大截面积的导线。(3)额定电压导线绝缘层的绝缘电阻是随电压升高而下降的，如果超过一定电压则会发生击穿放电现象。(4)频率及阻抗特性射频电缆的阻抗必须与电路阻抗特性匹配，否则不能正常工作。信号线屏蔽传输低电平信号时，为了防止外界噪声干扰应选用屏蔽线。例如音响电路的功率放大器之前的信号线均用屏蔽线。

2．环境因素(1)机械强度选择导线时就要对抗拉强度、耐磨性、柔软性有所要求，特别是高电压、大电流工作的导线。(2)环境温度环境温度对导线的影响很大，会使导线变软或变硬甚至变形开裂，造成事故。(3)耐老化腐蚀各种绝缘材料都会老化腐蚀，例如长期日光照射会加速绝缘橡胶老化，接触化学溶剂可能腐蚀导线绝缘外皮等。

3．装配工艺因素选择导线时要尽可能考虑装配工艺的优化。(2)导线颜色，符合习惯、便于识别，可参考表3．2。4．扁平电缆3.4组装结构工艺3.4.1电子设备的组装结构形式（1）插件结构形式（2）单元盒结构形式（3）底板结构形式（4）插箱结构形式

采用哪种形式结构取决于：

A、电子设备的性能，技术要求；B、电子设备的复杂程度；

C、组装工艺性与生产批量；

D、防护要求与使用要求。（主要是插座）（通过插座或屏蔽线与外部接通）（每个底板就是一个单元电路）（将插件、机电元件等放在一个独立的箱体中，再通过插头、导轨插入机架）3.4.2总体布局原则（1）总体布局时应力求按照整机方框图的顺序排列各组成单元，使各组成单元之间相互干扰最少或没有干扰；使各组成单元之间的连线走向合理，并有利布线。（2）总体布局时要注意重量分布均衡，设备重心最低；设备总体尺寸合理，各组成单元的尺寸协调。（3）总体布局时要注意机电协调。（4）控制系统必须与其相连的电路布置在同一组装单元，力求简化并便于操作；显示指示部分与相应的机电部件就近布置，并与面板布置相协调。（5）总体布局有利抑制和减少干扰，应注意：敏感电路不得受干扰；接地点和接地方式的选择以及地线系统的布局等都应予以考虑。（6）总体布局有利于散热，应注意：处理好冷却介质的流动途径做到以最有利的形式把各单元产生的热量带走，并不影响热敏元件正常工作；对于组装密度较大，发热较集中且换热条件差的单元或器件，布局时应使热传导通路的热阻最小；散热系统的各组成部分，不能对电路形成干扰；散热系统布局应充分利用设备现有空间。3.4.3组装时有关工艺性问题（7）总体布局时应考虑减振缓冲方面的要求（8）总体布局应有利于维修、调整、测试和装配，在条件允许下布局密度不宜过大，要保证有足够的维修、调整、测试和装配空间。1、装配工艺性原则：（1）布局、布线要有利于装配，应避免因布局位置不当而造成无法装配或装配困难。（2）各整件和零件间的机械装配，在结构上应具有可调环节，以保证装配精度。（3）在结构上所采用的连接结构，要安装方便可靠，尽可能采用有效的新型连接结构。

2、合理使用紧固零件和锁紧结构应考虑以下问题：（1）紧固零件的材料和尺寸，应根据承受负荷而定（2）要合理的使用螺母和垫圈（3）在装配时使用的工具（单面倒角、双面倒角；弹簧垫圈止退垫圈）（4）整机中的易损坏元器件和需要经常更换的元器件，在装拆时要十分方便，并且在装拆时不需要先拆除其他元件、部件。在装配流水线上这些易损坏元器件要有可能最后装配。（5）装配结构合理，装配顺序合理，有利于组织生产。（4）锁紧结构。3、电装连接工艺作业：1、组装结构形式的哪些形式？2、总体布局应遵循哪些原则？

3.5电子设备连接方法及工艺本节学习要求：了解电子设备的连接方法和工艺要求。3.5.1紧固件连接1、螺接（1）螺接的选用A、十字槽螺钉紧固强度高，外形美观，有利于采用自动化装配；B、面板应尽量少用螺钉紧固，必要时可采用半沉头或沉头螺钉，以保持平面整齐；C、当要求结构紧紧凑、连接强度高、外形平滑时，应供尽量休用内六角螺钉或螺栓；D、安装部位是瓷件、胶木件等易碎零件或是铝件、塑料件等较软材料时应使用大平面垫圈；

E、连接件中被拧入件是铝件、塑料件等较软材料或金属薄板时，可采用自攻螺钉。（2）拧紧方法（3）螺纹连接时应注意的事项：A、要根据不同情况合理使用螺母、平垫圈和弹簧垫圈。B、装配时，螺钉旋具的规格要选择适当。C、拧紧或拧松螺钉、螺帽或螺栓时，方兴未艾尽量用扳手或套筒使螺母旋转，不要用尖嘴钳松紧螺母。D、最后用力审批权紧螺钉时，切勿用力过猛，以防止滑帽。E、对已锈死的螺栓、螺钉在拆卸前应用煤油或汽油除锈并用木锤等进行击打振动，然后才能进行拆卸。（4）螺纹连接的防松动措施：A、双螺母B、弹簧垫圈2、铆接3、蘸漆4、点漆5、开口销（1）对铆接的要求A、当铆接成半圆头的铆钉头时，铆钉头应完全平贴于被铆零件上，并应与铆窝形状一致，不允许有凹陷、缺口和明显的开裂；B、铆接后不应出现铆钉杆歪斜和被铆件松动的现象；C、用多个铆钉，连接时，应按对称交叉顺序进行；D、沉头铆钉铆接后应与被铆平面保持平整，允许略有凹下，但不能超过0.2mm。E、空心铆钉铆紧后扩边应均匀、无裂纹、管径不应歪扭。（2）铆钉连接：要求所用的铆钉长度适当。太长易偏斜，太短接头不圆满，强度不够；铆钉大小应与铆孔配合适当。（3）铆接工艺3.5.2连接器连接即接插件的连接。1、连接器的种类（1）按外形分A、圆形连接器，主要用于系统内各设备之间的连接，端接导线、电缆等，外形为圆筒形。B、矩形连接器：主要用于：同一机壳内各功能单元之间的连接，外形为矩形或梯形。C、条形连接器：主要用于：印制板与印制板之间的连接，外形为长条形的。E、印制板连接器

F、导电橡胶连接器，用于液晶显示器件与印制板连接。（2）按用途分：A、电缆连接器，边接多股导线，屏蔽线及电缆，由固定配对器组成；B、机柜连接器，一般由配对的固定连接器组成；C、音视频设备连接器；D、电源连接器；E、射频同轴连接器用于射频、视频及脉冲电路；F、光纤电缆连接器；G、其他专用连接器。常用连接器：（1）圆形连接器（2）矩形连接器（3）印制板连接器（4）D型连接器（5）带状连接器（6）AV连接器：也称音、视频连接器或视听设备连接器，用于各种音响、录放影像设备、CD、VCD、DVD等，以及多媒体计算机声卡、图像卡等部件的连接。各类电子系统中，电连接器在器件与器件、组件与组件、系统与系统之间进行电气连接和信号传递，是构成一个完整系统所必须的基础元件。

电连接器除了要满足一般的性能要求外，特别重要的要求是电连接器必须达到接触良好，工作可靠，维护方便，其工作可靠与否直接影响电路的正常工作，涉及整个主机的安危。

一、电连接器分类、结构

1．连接器常用的分类方法是：

1)按外形分：圆形电连接器、矩形电连接器。

圆形电连接器由于自身结构的特点在军事装备上（航空、航天）用量最大。矩形电连接器由于其结构简单更多的是用于电子设备的印制线路板上。

2)按结构分：

按连接方式：螺纹连接、卡口（快速）连接、卡锁连接、推拉式连接、直插式连接等；

按接触体端接形式：压接，焊接，绕接；螺钉（帽）固定；

按环境保护分：耐环境电连接器和普通电连接器

印制线路板用电连接器：电连接器结构电连接器由固定端电连接器（以下称插座），自由端电连接器（以下称插头）组成。插座通过其方（圆）盘固定在用电部件上（个别还采用焊接方式），插头一般接电缆，通过连接螺帽实现插头、插座连接。

电连接器由壳体、绝缘体、接触体三大基本单元组成。壳体——电连接器壳体是指插头插座的外壳、连接螺帽、尾部附件。绝缘体——由装插针绝缘体、装插孔绝缘体。界面封严体、封线体等组成。接触体——插针插孔是接触体总称，分为焊接式、压接式和绕接式等，用来实现电路连接。

圆形连接器扁平针形连接器DCA、RCA、USB、耳机等扁平电缆

射频同轴连接器扁平带状连接器印制板连接器电脑类电子类条形连接器其他连接方式：压接、绕接、胶接和卡接等。压接工具螺钉压接端子排课堂作业:

1、电子设备常用的连接方法除焊接外还有哪些？

2、请总结螺接、铆接工艺要求。螺接防松措施有哪些？3、常用的连接器有哪些？3.6表面安装技术3.6.1安装技术的发展:P92表3.63.6.2表面安装技术

表面安装技术:表面贴装技术、表面组装技术，是将电子元器件直接贴在印制电路板或其他基板导电表面的装接技术。

SMT：包括表面安装元件（SMC），表面安装器件（SMD），表面安装印制电路板（SMB），普通混装印制电路板（PCB），点粘合剂，涂焊锡膏，元器件贴装设备，焊接以及测试等技术在内的一套的工艺技术的统称。

SMT主要优点：高密集、高可靠、高性能、高效率、低成本。1、表面安装印制电路板（SMB）特点：A、高密度布线；

B、小孔径、高板厚孔径比；

C、多层板；

D、高电气性能；

E、高平整光洁度和高稳定性；

F、高质量基板。

2、表面安装材料（1）粘合剂A、常用粘合刘的三种分类：a.按材料分：环氧树脂、丙烯树脂或其他聚合物。b.按固化方式分：热固化、光固化、光热双固化及超声波固化。c.按使用方法分：丝网漏印、压力注射、、针式转移。

B、特性要求；a.快速固化；b.触变特性好；c.耐高温；d.化学稳定和绝缘性好。（2）焊锡膏

选用方法：A、焊膏的活性是根据SMB的表面清洁度及SMC/SMD保鲜度确定，一般可选用中等活性，必要时选用高活性或无活性级，超活性级；B、焊膏的粘度根据涂覆法选择，一般液料分配器用100~200Pa，丝印用100~300Pa,漏模板印刷用200~600Pa；C、焊料粒度选择，图形越精细，焊料粒度越高；D、双面焊时，两面所用焊膏熔点应相差30。C~40。C。E、含有热敏感元件时用低熔点焊膏。3.6.3表面安装工艺（3）助焊剂和清洁剂1、表面安装基本形式P94表3.7

2、表面安装基本工艺：SMT有两基本方式（1）采用波峰焊：点胶贴片固化焊接清洗、检测（2）采用再流焊：涂焊膏贴片再流焊清洗、检测。

回流焊通常用于下面的情况：(1)只有表面安装元器件，或者(2)表面安装元器件与通孔元器件同时存在，而通孔元器件用另外(波峰焊)的方法焊接。在采用回流焊时，电路板的上面和下面都可以安放表面安装元器件。

波峰焊可适用于安装在电路板底部的表面安装元器件，也适用于安装在电路板顶部的通孔元器件。

回流焊要求在待连接的表面施以可控量的焊膏和溶济。通用技术是印刷电路板上的焊膏图形，然后把元器件放在他们的位置上。这些元器件由于焊膏的粘结很容易粘着在应有的位置。也可选择：用芯片一粘接环氧树脂来固定元器件。

波峰焊

该方法是在预加热程序之后，将熔融的焊料施加于电路板的底面，并随焊接的冷却而冷却。这种方法有多种变化，主要以焊料波的形态来区分

波峰焊接最常用的焊料是共晶锡铅合金：锡63％；铅37％

掌握好焊料纯度(按标准)、波峰温度(230～250℃)、接触波峰的总时间(3～5秒钟)、印制板浸入波峰中的深度(50～80％)

峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。其數值通常控制在PCB板厚度的1/2~2/3,過大會導致熔融的焊料流到PCB的表面﹐形成“橋連”3.6.4表面安装设备1、涂布设备：涂布粘合剂和焊膏。方法有三：A、针印法；B、注射法；C、丝印法。2、贴片设备：由材料储运装置、工作台、巾片头和控制系统组成。常见的SMT生产线设备有：丝印机、贴片机、回流炉、工装设备等

丝印机的作用是：将焊锡膏象印刷机印刷一样印在印制板上。贴片机的作用是将电子元嚣件粘贴在印制板上。回流焊机的作用是将粘贴在印制板上的电子元器件与印制板焊接在一起。

3、焊接设备

3.6.5表面安装焊接：波峰焊和再流焊两种。课堂作业：试述SMT印制波峰焊、再流焊工艺流程？SMT有关的技术基础知识集◆

SMT的特点

组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。

可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。

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