电子设备的可靠性设计优秀PPT.ppt

电子设备的可靠性设计电子设备的可靠性设计你现在浏览的是第一页，共155页2.1 影響電子設備可靠性的主要因素影響電子設備可靠性的主要因素 2.1.1 工作環境 電子設備所處的工作環境多種多樣。氣候條件、機械作用力和電磁干擾是影響電子設備的主要因素。必須採取適當的防護措施，將各種不良影響降低到最低限度，以保證電子設備穩定、可靠地工作。你现在浏览的是第二页，共155页 1.氣候條件對電子設備的要求 氣候條件主要包括溫度、濕度、氣壓、鹽霧、大氣污染、灰沙及日照等因素，對設備的影響主要表現在使電氣性能下降、溫升過高、運動部位不靈活、結構損壞，甚至不能正常工作。為了減少和防止這些不良影響，對電子設備提出以下要求：你现在浏览的是第三页，共155页 (1)採取散熱措施，限制設備工作時的溫升，保證在最高工作溫度條件下，設備內的元器件所承受的溫度不超過其最高極限溫度，並要求電子設備能夠耐受高低溫迴圈時的冷熱衝擊。(2)採取各種防護措施，防止潮濕、鹽霧、大氣污染等氣候因素對電子設備內元器件及零部件的侵蝕和危害，延長其工作期。你现在浏览的是第四页，共155页 2.機械條件對電子設備的要求 機械條件是指電子設備在不同的運載工具中使用時所受到的振動、衝擊、離心加速度等機械作用。它對設備的影響主要是：元器件損壞失效或電參數改變；結構件斷裂或變形過大；金屬件的疲勞破壞等。為了防止機械作用對設備產生的不良影響，對設備提出以下要求：你现在浏览的是第五页，共155页 (1)採取減振緩衝措施，確保設備內的電子元器件和機械零部件在受到外界強烈振動和衝擊的條件下，不致變形和損壞。(2)提高電子設備的耐衝擊、耐振動能力，保證電子設備的可靠性。你现在浏览的是第六页，共155页 3.電磁干擾對電子設備的要求 電子設備工作的周圍空間充滿了由於各種原因所產生的電磁波，造成外部及內部干擾。電磁干擾的存在，使設備輸出雜訊增大，工作不穩定，甚至不能安全工作。你现在浏览的是第七页，共155页 2.1.2 使用方面 使用和維護人員對產品可靠性的影響，包括使用和維護的程式及設備，操作方法的正確性以及其他人為的因素。使用可靠性很大程度上依賴於使用設備的人。熟練而正確的操作，及時的維護和保養，都能顯著地提高使用可靠性。電子設備的操縱性能如何以及是否便於維護修理，直接影響到設備的可靠性，因此在結構設計時必須全面考慮。你现在浏览的是第八页，共155页 對電子設備的操縱要求，原則上可歸納為以下幾點：(1)為操縱者創造良好的工作條件。例如：設備不會產生令人厭惡的雜訊，且色彩調和給人以好感，安裝位置適當，能令操作者精神安寧、注意力集中，從而提高工作品質。(2)設備操作簡單，能很快地進入工作狀態，不需要很熟練的操作技術。你现在浏览的是第九页，共155页 (3)設備安全可靠，有保險裝置。當操縱者發生誤操作時，應不會損壞設備，更不能危及人身安全。(4)控制機構輕便，盡可能減少操縱者的體力消耗。指示系統清晰，便於觀察，且長時間觀察不易疲勞，也不損傷視力。你现在浏览的是第十页，共155页 從維護方便的角度出發，對結構設計提出以下要求：(1)在發生故障時，便於打開維修或能迅速更換備用件。如採用插入式和折疊式結構、快速裝拆結構以及可換部件式結構等。(2)可調元件、測試點應佈置在設備的同一面；經常更換的元器件應佈置在易於裝拆的部位；對於電路單元應盡可能採用印製板並用插座與系統連接。你现在浏览的是第十一页，共155页 (3)元器件的組裝密度不宜過大，即體積填充係數在可能的條件下應取得低一些(一般最好不超過0.3)，以保證元器件間有足夠的空間，便於裝拆和維修。(4)設備應具有過負荷保護裝置(如過電流、過電壓保護)，危險和高壓處應有警告標誌和自動安全保護裝置(如高壓自動斷路門開關)等，以確保維修安全。(5)設備最好具備監測裝置和故障預報裝置，能使操縱者儘早地發現故障或測試失效元器件，及時更換維修，以縮短維修時間，防止大故障出現。你现在浏览的是第十二页，共155页 2.1.3 生產方面 1.生產條件對電子設備的要求 任何電子設備在它的研製之後都要投入生產。生產廠的設備情況、技術和工藝水準、生產能力和生產週期以及生產管理水準等因素都屬於生產條件。設備若要順利地投產，必須滿足生產條件對它的要求，否則就不可能生產優質的產品，甚至根本無法投產。你现在浏览的是第十三页，共155页 生產條件對產品的要求一般有以下幾個方面：(1)設備中的零部件、元器件，其品種和規格應盡可能少，儘量使用由專業廠家生產的通用零部件或產品。因為這樣便於生產管理，有利於提高產品品質，降低成本。(2)設備中的機械零部件必須具有較好的結構工藝性，能夠採用先進的工藝方法和流程。你现在浏览的是第十四页，共155页 (3)設備中的零部件、元器件及其各種技術參數、形狀、尺寸等，應最大限度地標準化和規格化；還應盡可能採用生產廠家以前曾經生產過的零部件，充分利用生產廠家的先進經驗，使產品具有繼承性。(4)設備所使用的原材料的品種規格越少越好，應盡可能少用或不用貴重材料，立足於使用國產材料和來源多、價格低的材料。你现在浏览的是第十五页，共155页 (5)設備(含零部件)的加工精度要與技術條件要求相適應，不允許無根據地追求高精度。在滿足產品性能指標的前提下，其精度等級應盡可能低，裝配也應簡易化，儘量不搞選配和修配，力求減少裝配工人的體力消耗，便於自動流水生產。你现在浏览的是第十六页，共155页 2.經濟性對電子設備的要求 電子設備的經濟性有兩方面的內容：使用經濟性和生產經濟性。使用經濟性包括設備在使用、貯存和運輸過程中所消耗的費用。你现在浏览的是第十七页，共155页 為了提高產品的經濟性，在設計階段就應充分考慮以下幾個方面：(1)研究產品與零部件技術條件，分析產品設計參數，研討和保證產品性能和使用條件，正確制定設計方案，這是產品經濟性的首要環節。(2)根據產量確定產品結構形式和產品類型。產量的大小決定著生產批量的規模，生產批量不同，其生產方式類型也不同，因而其生產經濟性也不同。你现在浏览的是第十八页，共155页 (3)運用價值工程觀念，在保證產品性能的條件下，按最經濟的生產方法設計零部件。在滿足產品技術要求的條件下，選用最經濟合理的原材料和元器件，以求降低產品的生產成本。(4)全面構思，周密設計產品的結構，使產品具有良好的操縱維修性能和使用性能，以降低設備的維修費用和使用費用。你现在浏览的是第十九页，共155页2.2 電子元器件的選用電子元器件的選用 2.2.1 電子元器件的選用準則 電子元器件選用時應遵循下列原則：(1)根據電路性能的要求和工作環境的條件選用合適的元器件，元器件的技術條件、技術性能、品質等級等均應滿足設備工作和環境的要求，並留有足夠的裕量。你现在浏览的是第二十页，共155页 (2)優先選用經實踐證明品質穩定、可靠性高、有發展前途的標準元器件，不選用淘汰和禁用的元器件。(3)應最大限度地壓縮元器件的品種規格，減少生產廠家，提高它們的複用率。(4)除特殊情況外，所有電子元器件應按不同的要求經過必要的可靠性篩選後，才能用到產品中。你现在浏览的是第二十一页，共155页 (5)優先選用有良好的技術服務、供貨及時、價格合理的生產廠家的元器件。對關鍵元器件要進行用戶對生產方的品質認定。(6)仔細分析比較同類元器件在品種、規格、型號和製造廠商之間的差異，擇優選用。要注意統計在使用過程中元器件所表現出來的性能與可靠性方面的資料，作為以後選用的依據。你现在浏览的是第二十二页，共155页 2.2.2 電子元器件的主要技術參數 1.電阻器的主要技術參數 (1)標稱阻值和允許偏差。標稱阻值是指電阻器上所標示的名義阻值，所有標稱阻值都必須符合標稱阻值系列。常用的標稱阻值有E6、E12和E24系列，如表2.1所示。實際阻值與標稱阻值的相對誤差稱為允許偏差。普通電阻的允許偏差有級(5%)、級(10%)和級(20%)，精密電阻允許偏差要求更高，如2%、1%、0.5%0.001%等。你现在浏览的是第二十三页，共155页表2.1 電阻器標稱阻值系列你现在浏览的是第二十四页，共155页 (2)額定功率。電阻器的額定功率是指在正常大氣壓力及額定溫度條件下，在電阻器的使用過程中電阻器所能承受而不致將其燒毀的最大限度功率值。它是根據電阻器本身的阻值以及所通過的電流和其兩端所加的電壓來確定的，是選擇電阻器的主要參數之一。常用電阻器額定功率的系列值如表2.2所示。你现在浏览的是第二十五页，共155页表2.2 常用電阻器額定功率的系列值你现在浏览的是第二十六页，共155页 (3)溫度係數。溫度係數是指溫度每升高或降低1所引起的電阻值的相對變化。溫度係數越小，電阻器的穩定性就越好。你现在浏览的是第二十七页，共155页 2.電容器的主要技術參數 (1)標稱容量和允許偏差。電容器標稱容量及允許偏差的基本含義同電阻一樣，標稱容量越大，電容器貯存電荷的能力就越強。你现在浏览的是第二十八页，共155页 (2)耐壓值(額定工作電壓)。耐壓值是指在允許的環境溫度範圍內，電容器在電路中長期可靠地工作所允許加的最大直流電壓或交流電壓的有效值。在選擇電容器時，電容器的耐壓值應該大於實際工作承受的電壓，否則電容器中的介質會被擊穿造成電容器的損壞。常用的耐壓系列值如下所示(單位：V)：你现在浏览的是第二十九页，共155页 (3)絕緣電阻。絕緣電阻是指電容器兩極之間的電阻，也稱漏電阻。一般電容器絕緣電阻在1081010之間，電容量越大絕緣電阻就越小，所以不能單憑所測絕緣電阻值的大小來衡量電容器的絕緣性能。你现在浏览的是第三十页，共155页 3.半導體二極體的主要技術參數 (1)最大正向電流IF。最大正向電流是指長期運行時晶體二極管允許通過的最大正向平均電流。(2)反向飽和電流Is。反向飽和電流是指二極體未擊穿時的反向電流值。反向飽和電流主要受溫度影響，該值越小，說明二極體的單向導電性越好。你现在浏览的是第三十一页，共155页 (3)最大反向工作電壓URM。最大反向工作電壓指正常工作時，二極體所能承受的反向電壓最大值。(4)最高工作頻率fM。最高工作頻率指晶體二極管能保持良好工作性能條件下的最高工作頻率。你现在浏览的是第三十二页，共155页 4.半導體三極管的主要技術參數 (1)交流電流放大係數。交流電流放大係數包括共發射極電流放大係數()和共基極電流放大係數()。它是表明電晶體放大能力的重要參數。(2)集電極最大允許電流ICM。集電極最大允許電流指放大器的下降到正常值的2/3時所對應的集電極電流值，或者說集電極電流所能達到的晶體三極管允許的極限值。你现在浏览的是第三十三页，共155页 (3)集電極最大允許耗散功率PCM。集電極最大允許耗散功率是指集電極因受熱而引起晶體三極管的參數變化不超過規定允許值時，集電極所能消耗的最大功率，或者說電晶體集電極溫度升高到不致將集電結燒毀所消耗的最大功率。(4)集-射間反向擊穿電壓(UCEO)。集-射間反向擊穿電壓指三極管基極開路時，集電極和發射極之間允許加的最高反向電壓。你现在浏览的是第三十四页，共155页 5.積體電路的主要技術參數 1)TTL“反及閘”積體電路的主要靜態參數 (1)輸出高電平UOH。輸出高電平UOH是指輸入端有一個(或幾個)為低電平時的輸出電平。UOH典型值約為3.6 V。(2)輸出低電平UOL。輸出低電平UOL是指在電路輸出端接有額定負載(通常規定為帶八個同類型的反及閘負載)時，電路處於飽和導通狀態時的輸出電壓。UOL一般應小於或等於0.35 V。你现在浏览的是第三十五页，共155页 (3)輸入短路電流IIS。輸入短路電流IIS是指當任何一個輸入端接地而其餘輸入端懸空時，流過該輸入端的電流值。IIS應小於1.5 mA，且越小越好。(4)輸入漏電流IIH。輸入漏電流IIH是指在電路中，當任一輸入端接高電平，其餘輸入端接地時，流過接高電平輸入端的電流。IIH應小於70 A，且越小越好。(5)開門電壓UON。開門電壓UON是指在電路輸出端接有負載(通常規定為帶八個同類型的反及閘負載)時，使輸出電壓為低電平時的最小輸入電壓。一般UON應小於或等於1.8 V，典型值為1.4 V。你现在浏览的是第三十六页，共155页 (6)關門電壓UOFF。關門電壓UOFF是指輸出電壓值下降到規定值(即UON)的90%時的輸入電壓。一般UOFF應小於或等於0.8 V，典型值為1 V。你现在浏览的是第三十七页，共155页 2)數位積體電路的主要動態參數 (1)平均傳輸延遲時間tpd。平均傳輸延遲時間是數位積體電路的一個重要動態參數。當門電路工作時，若輸入一個脈衝信號，則輸出脈衝會有一定的時間延遲，如圖2.1所示。(2)導通延遲時間trd。導通延遲時間是從輸入脈衝上升沿的50%起，到輸出脈衝下降沿的50%為止這段時間間隔。(3)截止延遲時間tfd。截止延遲時間是從輸出脈衝下降沿的50%起，到輸出脈衝上升沿的50%為止這段時間間隔。你现在浏览的是第三十八页，共155页圖2.1 數位積體電路的動態參數你现在浏览的是第三十九页，共155页 3)運算放大器的主要參數 (1)開環電壓增益Aud。開環電壓增益Aud是指運算放大器處於開環狀態並且沒有外部回饋時，其輸出(直流)電 壓 增 量 與 輸 入(直 流)差 模 電 壓 增 量 之 比，即Aud=Uo/Ui=Uo/Ui。(2)共模抑制比CMRR。差模輸入是指把輸入信號電壓加在運算放大器的兩個輸入端之間。你现在浏览的是第四十页，共155页 (3)輸入偏置電流IB。輸入偏置電流IB是指運算放大器在沒有輸入信號時，流入雙極型電晶體的基極電流或場效應電晶體的柵極漏電流。一般規定IB值是流入兩個輸入端的輸入偏置電流之和的一半。(4)輸入失調電流IOS。輸入失調電流IOS是指當輸入信號為零時，運算放大器的兩個輸入端的偏置電流的差值，即IOS=IBIB+。由於信號源內阻的存在，IOS會引起一輸入電壓變化，從而破壞運算放大器的平衡，使其輸出電壓值不為零，因此，要求IOS愈小愈好。你现在浏览的是第四十一页，共155页 (5)輸入失調電壓UOS。在運算放大器的兩個輸入端上外加一直流補償電壓，以使其輸出端為零電位，則外加的補償電壓就是輸入失調電壓UOS。UOS愈小，運算放大器的電路對稱程度愈好。你现在浏览的是第四十二页，共155页 2.2.3 電子元器件的降額使用 元器件失效的一個重要原因是由於它工作在允許的應力水準之上。因此為了提高元器件可靠性，延長其使用壽命，必須有意識地降低施加在元器件上的工作應力，以使實際使用應力低於其規定的額定應力。對元器件有影響的應力有：時間、溫度、濕度、腐蝕、機械應力(直接負荷、衝擊、振動等)和電應力(電壓、電流、頻率等)等。你现在浏览的是第四十三页，共155页 1.電阻器的降額使用 電阻器按其功能可分為固定電阻器、電位器、熱敏電阻器等。對於固定電阻器和電位器而言，影響其可靠性的最重要應力為電壓、功率和環境溫度；對於熱敏電阻而言，影響其可靠性的應力則主要是功率和環境溫度。你现在浏览的是第四十四页，共155页 2.電容器的降額使用 影響電容器可靠性的最重要應力是電壓和環境溫度。對於固定紙/塑膠薄膜電容器而言，在應用時，交流峰值電壓與直流電壓之和不得超過其額定值。你现在浏览的是第四十五页，共155页 3.半導體器件降額使用 可按GJB/Z35電子元器件降額準則對半導體器件合理地降額使用。需要降額的主要參數是結溫、電壓和電流。半導體器件的降額係數S取0.5以下，溫度低於50。鍺管還要低一點。不同的半導體器件，S的定義不一樣。你现在浏览的是第四十六页，共155页 晶體二極管的S為平均正向工作電流與25時的最大額定正向電流之比。晶體三極管的S為實際功率與25時的最大額定功率之比。穩壓管的S為實際耗散功率與25時最大額定功率之比。光電器件的S為實際耗散功率與25時最大額定功率乘以與最大允許結溫有關的修正係數之比。表2.3列出了常用元器件的推薦降額範圍。你现在浏览的是第四十七页，共155页表2.3 常用元器件的推薦降額範圍你现在浏览的是第四十八页，共155页 2.2.4 電子元器件的檢驗與篩選 電子元器件的品質是電子產品可靠性的重要保證，因此，在電子設備整機裝配前，應按照整機技術要求對元器件進行品質核對總和篩選，不符合要求的元器件不得裝入整機。你现在浏览的是第四十九页，共155页 1.元器件的外觀檢查 外觀檢查時，首先要查對元器件的型號、規格和出廠日期是否符合整機技術條件要求，沒有合格證明的元器件不得使用。外觀檢查的主要內容如下：(1)元器件外觀是否完整無損，標記是否清晰，引線和接線端子是否無銹蝕和明顯氧化。(2)電位器、可變電容器和可調電感器等元件調節時是否旋轉平穩，無跳變和卡死現象。你现在浏览的是第五十页，共155页 (3)接外掛程式是否插拔自如，插針、插孔鍍層是否光亮，無明顯氧化和沾汙。(4)膠木件表面是否無裂紋、起泡和分層。瓷質件表面是否光潔平整，無缺損。(5)帶有密封結構的元器件，密封部件是否損壞和開裂。(6)鍍銀件表面是否光亮，無變色發黑現象。你现在浏览的是第五十一页，共155页 2.元器件的篩選和老化 篩選和老化的目的是剔除因某種缺陷而導致早期失效的元器件，從而提高元器件的使用壽命和可靠性。因此，凡有篩選和老化要求的元器件，在整機裝配前必須按照整機產品技術要求和有關技術規定進行嚴格的篩選和老化。你现在浏览的是第五十二页，共155页 下面對半導體二極體、三極管和積體電路的篩選和老化的技術要求作簡單介紹。1)半導體二極體、三極管的篩選 (1)篩選程式如下：二極體(此處列舉的是整流二極體)：高溫貯存溫度衝擊敲擊功率老化高溫測反向漏電流常溫測試檢漏外觀檢查。三極管：高溫貯存溫度衝擊跌落(大功率管不做)高溫反偏(矽PNP管做)功率老化高低溫測試(必要時做)常溫測試檢漏外觀檢查。你现在浏览的是第五十三页，共155页 (2)篩選條件及要求如下：高溫貯存的要求為：貯存溫度：矽二極體為1503；矽三極管為1753；鍺二極體、三極管為1002。貯存時間：A級為48小時，B級為96小時。溫度衝擊的要求為：鍺器件：553852 矽器件：5531253你现在浏览的是第五十四页，共155页 敲擊。在專用夾具上用小錘敲擊器件，並用圖示儀監視最大工作電流正向曲線。功率老化。在常溫下，按技術要求(例如：整流二極體最大電流不大於1 A時，按額定電流的1.5倍老化；最大電流大於1 A時，可按額定電流老化)通電老化。高溫測試。其試驗溫度的要求為：鍺二極體為702，鍺中小功率三極管為552，鍺大功率管為752，矽二極體、三極管為1253，恒溫時間為30分鐘。你现在浏览的是第五十五页，共155页 低溫測試。其試驗溫度為553，恒溫時間為30分鐘。常溫測試。常溫測試按技術檔規定進行。檢漏。檢漏按技術檔規定進行。你现在浏览的是第五十六页，共155页 2)半導體積體電路的篩選 對於半導體積體電路等元件，也要按照技術要求，凡有篩選要求的都要進行篩選。(1)高溫貯存。高溫貯存的作用是通過高溫加熱來加速任何可能發生或存在的表面化學反應，使電路穩定，剔除潛在的失效電路。你现在浏览的是第五十七页，共155页 貯存條件：溫度為1501755，貯存時間為48小時或96小時。150 適用于環氧扁平封裝的電路，175 適用于其他材料封裝的電路。(2)溫度迴圈。溫度迴圈能檢驗電路內不同結構材料的熱脹冷縮是否匹配。迴圈條件：溫度範圍為5531253。先低溫後高溫，每種溫度下保持30分鐘，交替時間小於1分鐘，交替次數不少於5次。你现在浏览的是第五十八页，共155页 (3)離心加速度。離心加速度試驗可使電路內部焊點不牢，裝片或封裝不佳，管殼及矽片存在潛在裂紋等缺陷易於暴露。試驗條件：品質小於15 g的電路可施加外力20 kg，品質大於15 g的電路施加外力5 kg。沿電路三個軸向，各試驗1分鐘。(4)跌落。有時可以用跌落的方法代替離心加速度的篩選方法。你现在浏览的是第五十九页，共155页 (5)高溫功率老化。老化條件：溫度為1253，時間為168小時或96小時。亦可把溫度提高到1503，進行24小時老化。(6)高溫測試。測試條件：溫度為403和553，各保持30分鐘，測試電參數。(8)電路輸入、輸出特性檢查。在室溫下分別對電路每一個輸入、輸出端的PN結加反向電壓，觀察其特性曲線有無顯示擊穿現象。擊穿電壓應大於7 V，漏電流應小於10 A。你现在浏览的是第六十页，共155页2.3 電子設備的可靠性防護措施電子設備的可靠性防護措施 2.3.1 電子設備的散熱防護 溫度是影響電子設備可靠性最廣泛的一個因素。電子設備工作時，其功率損失一般都以熱能形式散發出來，尤其是一些耗散功率較大的元器件，如電子管、變壓器、大功率電晶體、大功率電阻等。另外，當環境溫度較高時，設備工作時產生的熱能難以散發出去，將使設備溫度升高。你现在浏览的是第六十一页，共155页 1.電阻器的散熱措施 1)溫度對電阻器的影響 溫度升高會使電阻使用率下降，導致其壽命降低。如RTX型碳膜電阻，當環境溫度為40時，允許的使用功率為標稱值的100%；環境溫度增至100時，允許使用功率僅為標稱值的20%。另外，溫度過高能使雜訊增大。溫度變化同樣會使阻值變化，溫度每升高或降低10，其阻值大約變化1%。你现在浏览的是第六十二页，共155页 2)電阻器散熱的一般方法 電阻的溫度與其形式、尺寸、功率損耗、安裝位置以及環境溫度等因素有關。一般情況下，電阻是通過引出線的傳導和本身的對流、輻射來散熱的。電阻器散熱的一般考慮有：(1)大功率電阻器應安裝在金屬底座上，以便散熱。(2)不許在沒有散熱的情況下，將功率電阻器直接裝在接線端或印製板上。(3)功率電阻器盡可能安裝在水準位置。你现在浏览的是第六十三页，共155页 (4)引線長度應短些，使其和印製電路板的接點能起散熱作用；但又不能太短，且最好稍彎曲，以允許熱脹冷縮。如用安裝架，則要考慮其熱脹冷縮的應力。(5)當電阻器成行或成排安裝時，要考慮通風的限制和相互散熱的影響，並將其適當組合。(6)在需要補充絕緣時，需考慮散熱問題。你现在浏览的是第六十四页，共155页 2.半導體分立器件的散熱措施 1)溫度對半導體分立器件的影響 半導體器件對溫度反應很敏感，過高的溫度會使器件的工作點發生漂移、增益不穩定、雜訊增大和信號失真，嚴重時會引起熱擊穿。因此，通常半導體器件的工作溫度不能過高，如鍺管不超過70100；矽管不超過150200。表2.4列出了常用元器件的允許溫度。你现在浏览的是第六十五页，共155页表2.4 常用元器件允許溫度你现在浏览的是第六十六页，共155页 2)半導體分立器件散熱的一般考慮 (1)對於功率小於100 mW的電晶體，一般不用散熱器。(2)大功率半導體分立器件應裝在散熱器上。(3)散熱器應使肋片沿其長度方向垂直安裝，以便於自然對流。散熱器上有多個肋片時，應選用肋片間距大的散熱器。你现在浏览的是第六十七页，共155页 (4)半導體分立器件外殼與散熱器間的接觸熱阻應盡可能小，應儘量增大接觸面積，接觸面保持光潔，必要時在接觸面上塗上導熱膏或加熱絕緣矽橡膠片，借助於合適的緊固措施保證緊密接觸。(5)散熱器要進行表面處理，使其粗糙度適當並使表面呈黑色，以增強輻射換熱。(6)對於熱敏感的半導體分立器件，安裝時應遠離耗散功率大的元器件。(7)對於工作於真空環境中的半導體分立器件，散熱器設計時應以只有輻射和傳導散熱為基礎。你现在浏览的是第六十八页，共155页 3)散熱器 常用的散熱器大致有：平板形、平行肋片形、叉指形、星形等，如圖2.2(a)(d)所示。你现在浏览的是第六十九页，共155页圖2.2 散熱器形狀(a)平板形；(b)平行肋片形；(c)叉指形；(d)星形你现在浏览的是第七十页，共155页 3.變壓器的散熱措施 1)溫度對變壓器的影響 溫度對變壓器的影響除降低其使用壽命外，絕緣材料的性能也將下降。一般情況下，變壓器的允許溫度應低於95。你现在浏览的是第七十一页，共155页 2)變壓器散熱的一般考慮 (1)不帶外罩的變壓器，要求鐵心與支架、支架與固定面都要良好接觸，使其熱阻最小。(2)對有外罩的變壓器，除要求外罩與固定面良好接觸外，可將其墊高並在固定面上開孔，形成對流，如圖2.3所示。(3)變壓器外表面應塗無光澤黑漆，以加強輻射散熱。你现在浏览的是第七十二页，共155页圖2.3 變壓器的散熱你现在浏览的是第七十三页，共155页 4.積體電路的散熱措施 積體電路的散熱，主要依靠管殼及引線的對流、輻射和傳導散熱，如圖2.4所示。當積體電路的熱流密度超過0.6 W/cm2時，應裝散熱裝置，以減少外殼與周圍環境的熱阻。你现在浏览的是第七十四页，共155页圖2.4 積體電路的散熱你现在浏览的是第七十五页，共155页 5.電子設備整機的散熱措施 1)機殼自然散熱 機殼是接受設備內部熱量並將其散到周圍環境中去的機械結構。機殼散熱措施一般考慮如下：(1)選擇導熱性能好的材料做機殼，加強主機殼內外表面的熱傳導。(2)在機殼內、外表面塗粗糙的黑漆，以提高機殼熱輻射能力。(3)在機殼上合理地開通風孔，以加強氣流的對流換熱能力。你现在浏览的是第七十六页，共155页 圖2.5為常見的通風口形式。圖(a)為最簡單的衝壓而成的通風孔；圖(b)為通風孔較大時用金屬網遮住洞口的形式；圖(c)為百葉窗式通風孔。圖2.5 散熱器通風口形式 你现在浏览的是第七十七页，共155页 2)印製板的熱設計 從有利於散熱的角度出發，印製板最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不要小於2 cm，而且元器件在印製板上的排列方式應遵循如下規則：(1)對於採用對流空氣冷卻方式的設備，最好是將積體電路(或其他元器件)按縱長方式排列，如圖2.6(a)所示；對於採用強制空氣冷卻(風扇冷卻)的設備，則應按橫長方式排列，如圖2.6(b)所示。你现在浏览的是第七十八页，共155页 (2)在同一塊印製板上安裝半導體器件時，應將發熱量小或不耐熱的元器件(如小信號電晶體、小規模積體電路、電解電容等)放在氣流的入口處，將發熱量大或耐熱好的元器件放在氣流的出口處。你现在浏览的是第七十九页，共155页圖2.6 積體電路在印製板上的排列(a)縱長排列；(b)橫長排列你现在浏览的是第八十页，共155页 (3)在水準方向上，大功率器件應儘量靠近印製板邊沿佈置，以便縮短傳熱途徑；在垂直方向上，大功率器件應儘量靠近印製板上方佈置，以便減小這些器件工作時對其他元器件溫度的影響。(4)溫度敏感器件最好安置在溫度最低的區域(如設備底部)，不要將它放在發熱元器件的正上方，多個器件最好是水準交錯佈局。也可採用“熱遮罩”方法達到熱保護作用。你现在浏览的是第八十一页，共155页 3)內部結構的合理佈局 由於設備內印製板的散熱主要依靠空氣對流，因此在設計時要研究空氣流動途徑，合理配置元器件或印製電路板。具體措施有：(1)要合理地佈置主機殼進出風口的位置，儘量增大進出風口之間的距離和高度差，以增強自然對流。你现在浏览的是第八十二页，共155页 (2)對大面積的元器件應特別注意其放置位置，如機箱底的底板、隔熱板、遮罩板等。若位置安排不合理，則可能阻礙或阻斷自然對流的氣流。(3)在印製板上進行元器件佈局時，要避免在某個區域留有較大的空域。如圖2.7(a)所示，冷卻空氣大多從此空域中流走，造成散熱效果大大降低。如圖2.7(b)所示，冷卻空氣的通路阻抗均勻，散熱效果得到了改善。整機設備內有多塊印製電路板的情況也應注意同樣的問題。你现在浏览的是第八十三页，共155页 圖2.7 元器件的佈局(a)較差佈局；(b)較好佈局你现在浏览的是第八十四页，共155页 4)強制風冷 強制風冷是利用風機進行鼓風或抽風，提高設備內空氣流動的速度，增大散熱面的溫差，達到散熱的目的。強制風冷的散熱形式主要是對流散熱，其冷卻介質是空氣。強制風冷是目前應用最多的一種強制冷卻方法。你现在浏览的是第八十五页，共155页 【實例】積體電路在印製板上的排列方式對其溫升的影響。圖2.8給出了大型積體電路(LSI)和小規模積體電路(SSI)混合安裝情況下的兩種排列方式。LSI的功耗為1.5 W，SSI的功耗為0.3 W。實測結果表明，圖2.8(a)所示排列方式使LSI的溫升達50，而圖2.8(b)所示排列方式使LSI的溫升為40，顯然採納後一種排列方式對降低LSI的溫升更為有效。你现在浏览的是第八十六页，共155页圖2.8 積體電路的排列方式對其溫升的影響你现在浏览的是第八十七页，共155页 2.3.2 電子設備的氣候防護 潮濕、鹽霧、黴菌以及氣壓、污染氣體對電子設備影響很大，其中潮濕的影響是最主要的。特別是在低溫高濕條件下，空氣濕度達到飽和時會使機內元器件、印製電路板上產生凝露現象，使電性能下降，故障上升 你现在浏览的是第八十八页，共155页 1.潮濕的防護 電子設備受到潮濕空氣的侵蝕，會在元器件或材料表面凝聚一層水膜，並滲透到材料內部，從而造成絕緣材料的表面電導率增加，體積電阻率降低，介質損耗增加，零部件電氣短路、漏電或擊穿等。潮氣還能引起覆蓋層起泡甚至脫落，使其失去保護作用。防潮濕的措施很多，常用的方法有浸漬、灌封、密封等。你现在浏览的是第八十九页，共155页 1)浸漬 浸漬是將被處理的元件或材料浸入不吸濕的絕緣漆中，經過一定時間使絕緣液體進入元件或材料的小孔、縫隙和結構件的空隙，從而提高元件或材料的防潮濕性能和其他性能。2)灌封 灌封是用於熱溶狀態的樹脂、橡膠等將電器元件澆注封閉，形成一個與外界完全隔絕的獨立的整體。你现在浏览的是第九十页，共155页 3)密封 密封是防止潮濕長期影響的最有效的方法。密封是將零件、元器件、部件或一些複雜的裝置甚至整機安裝在不透氣的密封盒內，這種防潮手段屬於機械防潮。你现在浏览的是第九十一页，共155页 2.鹽霧和黴菌的防護 1)鹽霧的防護 鹽霧主要發生在海上和近海地區，因鹽鹼被風刮起或鹽水蒸發而形成的一種帶有鹽分的霧狀氣體。鹽霧的防護方法主要是：在一般電鍍的基礎上進行加工，即嚴格電鍍工藝，保證鍍層厚度，選擇適當的鍍層種類；採用密封機殼或機罩，使設備與鹽霧環境隔開；對關鍵元件進行灌封或加其他密封措施。你现在浏览的是第九十二页，共155页 2)黴菌的防護 黴菌是指生長在營養基質上而形成絨毛狀、蜘網狀或絮狀菌絲體的真菌。黴菌種類繁多。你现在浏览的是第九十三页，共155页電子設備的黴菌防護方法有以下幾種：(1)控制環境條件。(2)密封防黴。(3)使用防黴劑。(4)使用防黴材料。你现在浏览的是第九十四页，共155页 3.金屬的防腐 電子設備中大量應用到金屬材料，金屬材料會和周圍腐蝕介質發生化學或電化學作用，從而導致金屬的腐蝕。金屬防腐蝕措施如下：(1)選擇合適的材料。金屬材料的耐蝕性能與所接觸的介質有密切的關係。選材時，首先要知道腐蝕介質的種類、腐蝕強度、PH值以及影響腐蝕性的諸如環境溫度、濕度變化情況等各種因素。你现在浏览的是第九十五页，共155页 (2)採用表面塗覆方法。表面塗覆是電子設備最常用的金屬防腐蝕方法。表面塗覆就是在零件表面塗覆一層金屬或非金屬覆蓋層。根據構成覆蓋層的物質不同，可將覆蓋層分為三類：金屬覆蓋層(電鍍)、化學覆蓋層(金屬氧化物)和塗料覆蓋層。你现在浏览的是第九十六页，共155页 2.3.3 電子設備的電磁防護 遮罩就是用導電或導磁材料製成的以盒、殼、板和柵等形式，將電磁場限制在一定空間範圍內，使電磁場從遮罩體的一面傳到另一面時受到很大的衰減，從而抑制電磁場的擴散。根據遮罩抑制功能的不同，可分為電遮罩、磁遮罩和電磁遮罩。你现在浏览的是第九十七页，共155页 電遮罩即靜電或電場的遮罩，用於防止或抑制寄生電容耦合，隔離靜電或電場干擾。電遮罩最簡單的方法是在感應源和受感器之間加一塊接地良好的金屬板，把感應源的寄生電容短接到地，達到遮罩的目的。磁遮罩用於防止磁感應，抑制寄生電感耦合，隔離磁場干擾。電磁遮罩用於防止或抑制高頻電磁場的干擾。你现在浏览的是第九十八页，共155页 1.元器件防靜電措施 半導體器件在製造、存貯、運輸及裝配過程中均可能因摩擦而產生靜電電壓，當器件與這些帶電體接觸時，帶電體就會通過器件引腳放電，引起器件失效。如MOS器件、雙極器件和混合積體電路等器件對靜電放電損傷敏感。你现在浏览的是第九十九页，共155页 以對靜電敏感的CMOS積體電路為例，在電路設計及印製板設計時，應注意以下幾點：(1)不使用的輸入端應根據要求接電源或接地，不得懸空。(2)作為線路板輸入介面的電路，其輸入端除加瞬變電壓抑制二極體外，還應對地接電阻器(阻值一般取0.21 M)。(3)當電路與電阻電容組成振盪器時，電容器存貯電荷產生的電壓可使有關輸入端的電壓暫態高於電源電壓。你现在浏览的是第一百页，共155页 (4)作為線路板輸入介面的傳輸門，每個輸入端都應串接電阻器(阻值取50100)。(5)作為線路板輸入介面的邏輯門，每個輸入端都應串接電阻器(阻值取100200)。(6)作為線路板輸入介面的應用部位，應防止其輸入電位高於電源電位(先加信號源，後加線路板電源，就可導致這一現象發生)。你现在浏览的是第一百零一页，共155页 2.導線的遮罩 1)印製導線遮罩 單面印製板在信號線之間設置接地的印製導線可以起遮罩作用，如圖2.9(a)所示。雙面印製板，除在信號線之間設置接地線以外，其背面銅箔也接地，增強了遮罩作用，如圖2.9(b)所示。你现在浏览的是第一百零二页，共155页圖2.9 印製板的遮罩線你现在浏览的是第一百零三页，共155页 2)高頻導線(同軸射頻電纜)的遮罩 高頻導線的遮罩主要是在其外面套上一層金屬絲的編織網，中心是芯線，金屬網是遮罩層，芯線和遮罩層之間襯有絕緣材料，遮罩層外還有一層絕緣套管。(1)高頻高電平導線的遮罩。對於高頻高電平導線，遮罩的作用主要是防止其干擾外界。導線接入電路時，只要將遮罩層在一端接地，則中心導線信號電流在遮罩層上感應出的電荷就被釋放到地，在遮罩層外部沒有電場。一端接地的方法具有有效的電場遮罩作用，如圖2.10所示。你现在浏览的是第一百零四页，共155页圖2.10 遮罩體一端接地的電場遮罩作用你现在浏览的是第一百零五页，共155页 如果遮罩層兩端接地，則使遮罩層通過地能夠得到一個與中心線電流方向相反的電流。兩電流產生的磁場互相抵消，使在遮罩層的外面沒有磁場輻射，從而起到磁遮罩作用，如圖2.11(a)、(b)所示。你现在浏览的是第一百零六页，共155页圖2.11 遮罩體上有電流時的遮罩作用你现在浏览的是第一百零七页，共155页 遮罩層與遮罩盒的連接正確與否也很重要。正確的接法是：遮罩層在芯線進入遮罩盒的入口時就應與遮罩盒連接，如圖2.12(a)所示；否則，遮罩層所耦合的外界干擾信號在遮罩盒內會產生磁場，形成干擾，如圖2.12(b)所示。(2)高頻低電平導線的遮罩。對於高頻低電平導線，遮罩的作用主要是防止外界對其的干擾。你现在浏览的是第一百零八页，共155页圖2.12 隔離電纜外皮與遮罩盒的連接你现在浏览的是第一百零九页，共155页 3.低頻變壓器的遮罩 變壓器的鐵心由鐵磁材料製成，磁通絕大部分在鐵心中形成閉合回路，但有小部分磁通(漏磁通)穿過周圍空間而造成干擾，這將影響其附近的電子設備的正常工作，如放大器的調製交流聲，因此必須對變壓器進行遮罩。變壓器的常見遮罩方法有兩種。一種是在鐵心側面包鐵皮，如圖2.13(a)所示；另一種是線上包外麵包一圈銅皮作為短路環，如圖2.13(b)。漏磁通在環內感應渦流，而渦流所產生的磁場與漏磁場反向，所以短路環減少了漏磁場對外界的干擾。你现在浏览的是第一百一十页，共155页圖2.13 變壓器的遮罩你现在浏览的是第一百一十一页，共155页 4.電路的遮罩 電路單元遮罩的一般原則如下：(1)在電子設備或系統具有不同頻率的電路中，為防止相互之間的雜散電容耦合而造成干擾，對於振盪器、放大器、濾波器等都應分別加以遮罩。(2)如果多級放大器的增益不大，則級與級之間可以不遮罩；如果其增益大，輸出級對輸入級的回饋大，則級與級之間應加以遮罩。(3)如果低電平級靠近高電平級，則需要遮罩；如果干擾電平與低電平級的輸入電平可以比擬，則應嚴格遮罩