电子设备的可靠性设计.doc

第2章 電子設備的可靠性設計 2.1 影響電子設備可靠性的主要因素 2.2 電子元器件的選用 2.3 電子設備的可靠性防護措施 2.4 印製電路板佈線的可靠性設計 2.5 PCB電磁相容設計中的地線設計 思考題與練習題 2.1 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.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:(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.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:(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. 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. 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.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.(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.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) 可調組件,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.(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.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.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. (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