电子产品结构可靠性与防护设计.

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1、电子产品 结构可靠性与防护设计,一、 电子产品结构设计,普通电子产品的结构设计，是相对比较简单的一种机械设计，主要任务是为电路提供一个保护外壳或安装支撑平台，一般没有运动机构部分，不必考虑磨损和应力，材料的选择和工艺处理也比较简单。 电子产品有自身的特殊要求：电磁屏蔽、便于操作、容易安装与拆卸、使外形具有商品的时代感等。 但对于不同的应用环境，还有不同的要求：抗振动、冲击，热设计，防水设计，防爆设计（本安），防腐蚀 设计，低气压。,电子产品结构系统,在电子产品中，安装了电子元器件及机械零、部件，使产品成为一个整体称为电子产品的结构系统。这种结构系统包括：机箱、机架、机柜结构；分机插箱、底座、积

2、木盒结构；导向定位装置；面板、指示、操纵装置。,机柜插箱,电子产品的组织结构,电子系统,整机,整机,整机,部件,零件,部件,部件,零件,零件,电子产品的整机在结构上通常由组装好的印制电路板、接插件、底板和机箱外壳等构成。,电子产品的结构设计，是把构成产品的各个部份科学有机的结合起来的过程，是实现电路功能指标、完成工作原理、组成完整电子装置的过程。 包括元材料的选用、模块及印制电路板的尺寸设计、模块间连接安装、产品的外形设计、抗干扰措施及可维修等等方面,结构设计要求：,保证产品技术指标的实现（工作可靠、性能稳定） 良好的结构工艺性（适合批量生产或自动化生产） 贯彻执行标准化（零件、部件、模块、插

3、箱、机柜等） 体积小、重量轻、造型美观大方 便于设备的操纵、安装与维修,电子产品结构工艺性要求 结构装配工艺应具有相对的独立性。（模块化） 机械结构装配应有可调节环节，以保证装配精度。（可装配性） 机械结构装配中所采用的连接结构，应保证安装方便和连接可靠。（结构牢固性） 机械结构装配应便于产品的调整与维修。（维修可到达） 线束的固定和安装要有利于组织生产，并使整机装配整齐美观。（生产便利） 要合理使用紧固零件。 提高产品耐冲击，振动的措施。 应保证线路连接的可靠性。 操用调谐机构应能精确、灵活和匀滑地工作，人工操作手感要好。,总体规划（如：外形、材料、工艺）、确定方案（多种方案比较） 理论计算

4、（散热、重量、重心、尺寸等） 模拟与试验 （需要的话） 二维与三维CAD （用三维可实现装配的模拟） 注意优化、可靠性、性价比，尽量采用标准化、通用化零部件,结构设计方法（流程）,结构设计的一般方法,1、熟悉设备的技术指标和使用条件 2、确定结构方案 3、确定机壳的尺寸和所用的材料 4、进行总体布局,随着电子产品范围的不断扩大，其功能日趋复杂，结果是产品的组件数目、体积、重量、耗电量和成本增加了，而可靠性却在下降。解决这个问题的主要方法就是在产品中大量采用集成电路、功能集成件和系统功能集成件，这就导致电子设备结构的变革，使产品组装电路的结构微型化，产品结构进一步组合化。 （典型代表：从“大哥大

5、”到智能手机）,微型化结构的特点,电阻器、电容器、导线大都是在介质衬底表面上制成薄膜结构形式；二、三极管则是在半导体衬底的表面层上制成扩散结构形式。 把很多组件结合（集成）到一块衬底上，结果便得到结构上完整的功能部件，但难以满足电磁兼容性和热兼容性的要求，也难以使产品有高的成品率。 使用小型分立组件、接头、滤波组件、匹配组件、指示元件、转接元件等。 采用新的特殊方法来保证对热作用和机械作用及潮湿作用进行防护。 产品的尺寸在很大程度上取决于指示元件和控制元件的尺寸。 材料用量少。 在大批量生产时成本有可能很低,电子产品的组装结构形式,1.插件结构形式 2.单元盒结构形式 3.底板结构形式 4.插

6、箱结构形式,台式计算机系统造构,插件结构形式,程控交换机,单元盒结构形式,底板结构形式,DVD机,采用哪一种形式的组装结构取决于,1.电子设备的性能、技术要求； 2.电子设备的复杂程度 3.组装工艺性与生产批量； 4. 防护要求与使用要求。,电子产品的电气 连接方式,电气连接方法,电子产品组装部件间的电气连接，主要采用印制导线连接、导线、电缆以及其它电导体等方式进行连接。,导线是能够导电的金属线，是电能和电磁信号的传输载体。,（1）导线材料,导线分类,可分成裸线、电磁线、绝缘电线电缆和射频电缆四类 。,导线,裸线：指没有绝缘层的单股或多股导线，大部分作为电线电缆的线芯，少部分直接用在电子产品中

7、连接电路。,电磁线：有绝缘层的导线，绝缘方式有表面涂漆或外缠纱、丝、薄膜等，一般用来绕制电感类产品的绕组，所以也叫做绕组线、漆包线。,绝缘电线电缆：包括固定敷设电线、绝缘软电线和屏蔽线，用做电子产品的电气连接。,射频电缆：包括用在电信系统中的电信电缆和高频电缆。有软性、半钢性、钢性。, 导线的构成材料,导线一般由导体芯线和绝缘体外皮组成。,a. 导体材料,主要有导电性能较好的铜线和铝线。,纯铜线的表面很容易氧化，一般导线是在铜线表面镀耐氧化金属。 如：,普通导线镀锡能提高可焊性； 高频用导线镀银能提高电性能； 耐热导线镀镍能提高耐热性能；,线规 ：指导线的粗细标准 ，有线号和线径两种 表示方法

8、 。,线号制 ：按导线的粗细排列成一定号码 ，线号 越大，其线径越小，英、美等国家采 用线号制 。,线径制：用导线直径的毫米（mm）数表示线规， 中国采用线径制。,b. 绝缘外皮材料,绝缘外皮除了电气绝缘外，还有增强导线机械强度、保护导线不受外界环境腐蚀的作用。,导线绝缘外皮的材料主要有：塑料类（聚氯乙烯、聚四氟乙烯等）、橡胶类、纤维类（棉、化纤等）、涂料类（聚脂、聚乙烯漆）。,常见的塑料导线、橡皮导线、纱包线、漆包线等。,（2） 安装导线、屏蔽线,结构与外形,常用安装导线,表1,表2,表3,选择使用安装导线，要注意以下几点：,a. 安全载流量,铜芯导线的安全载流量（25）,一般情况下载流量可

9、按5A/mm2估算,b. 最高耐压和绝缘性能,导线标志的试验电压，是表示导线加电1分钟不发生放电现象的耐压特性。 实际使用中，工作电压应该大约为试验电压的1/31/5。,c. 导线颜色,选择安装导线颜色的一般习惯,d. 工作环境条件, 室温和电子产品机壳内部空间的温度不能超过导线绝缘层的耐热温度；（电源线和地线要特别加以注意） 当导线（特别是电源线）受到机械力作用的时候，要考虑它的机械强度。,e. 要便于连线操作,（3） 电磁线,具有绝缘层的导电金属线，用来绕制电工电子产品的线圈或绕组,作用是实现电能和磁能转换。,常用电磁线的型号、特点及用途,表1,表2,常用电磁线的型号、特点及用途,（4）

10、带状电缆（电脑排线）,导线根数有8、12、16、20、24、28、32、37、40线等规格。,选用时一定要注意它的外形尺寸,（5） 电源软导线, 选择电源线的载流量，要比机壳内导线的安 全系数大。 (2)要考虑气候的变化，应该能经受弯曲和移动。 要有足够的机械强度。,RVB、RVS、YHR适合用作电源软导线,（6） 同轴电缆与高频馈线,阻抗与频率无关、具有一定特性阻抗的导线。 但要注意频率衰减和通过功率。,还有如：SFF、半钢性、钢性等等,（7） 高压电缆,高压电缆一般采用绝缘耐压性能好的聚乙烯或阻燃性聚乙烯作为绝缘层，而且耐压越高，绝缘层要求就越厚。,耐压与绝缘层厚度的关系,（8） 网络连接

11、馈线双绞线,计算机网络通讯中，由于工作频率较高，信号电平较低，通常采用抗电磁干扰能力较强的双绞线作为各种设备之间的连接馈线。,双绞线的标准接法能保证线缆接头布局的对称性，使接头内线缆之间的干扰相互抵消。,RJ-45 连接器,双绞线有两种接法： EIA/TIA 568B标准和EIA/TIA 568A标准,T568A线序 1 2 3 4 5 6 7 8 绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕 T568B线序 1 2 3 4 5 6 7 8 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕,（9）FFC扁平排线（耐高温105度）,主要特点： 制造微型化、小巧、高密集成； 节省空间； 简化配线程序，连线简单；

12、节省人力成本； 柔性优良、应用灵活、可折叠；,现在在小型产品中常用一种薄膜印刷条,FFC应用范围： 打印机、扫描仪、音响、MP3、影碟机、数码相机、摄影机、传真机、复印机、LCD-TV、移动电话、写真机等领域的信号传输及内部配线。,FFC订做服务 排线间距：0.5mm、 1.0mm、 1.25mm 、1.27mm、2.0mm、 2.54mm; 排线长度：25MMANY 排线屏数: 4P-60P EMI对策：铜箔、铝箔、铜箔麦拉、铝箔麦拉、导电布、吸波材、折线等 排线型号：A、B、C、D、E、F、G、H、I、J等,电子产品组装用的绝缘材料,（1） 绝缘材料的主要性能及选择, 抗电强度 每毫米厚度

13、的材料所能承受的电压,机械强度 每平方厘米所能承受的拉力, 耐热等级 绝缘材料允许工作的最高工作温度,绝缘材料,绝缘材料的耐热等级,(2) 常用绝缘材料,薄型绝缘材料：主要应用于包扎、衬垫、护套等。,包括：绝缘布；有机薄膜；粘带；塑料套管, 绝缘漆, 热塑性绝缘材料。,热固性层压材料,云母制品,橡胶制品,1.配线 使用不同颜色的导线便于区分电路的性质和功能以及减少接线的错误。,整机布线及扎线工艺,布线处理。 布线的顺序。,2.布线原则,应减小电路分布参数。 避免相互干扰和寄生耦合。 尽量消除地线的影响。 应满足装配工艺的要求,3.布线方法,整机的防腐蚀设计,1、防潮设计的原则： 采用吸湿性小的

14、元器件和材料； 采用喷涂、浸渍、灌封、憎水等处理； 局部采用密封结构； 改善整机使用环境，如采用空调、安装加热去湿装置。,“三防”设计,洗衣机控制板采用塑胶灌封,2、防霉设计的原则： 采用抗霉材料，例如无机矿物质材料； 采用防霉剂进行处理； 控制环境条件来抑制霉菌生长，例如采用防潮、通风、降温等措施。,3、防盐雾设计的原则： 采用防潮和防腐能力强的材料； 采用密封结构； 岸上设备应当远离海岸,三防设计,自喷三防漆,三防工艺,整机的防震设计,印制板上各元器件引脚线长应当尽量短，以增加抗振动能力； 印制板应当竖放并进行加固； 较重的器件应当进行加固； 悬空的引线不宜拉的过紧，以防振动时断裂； 运输

15、机电产品时，应当加强防震措施； 振动场合应用的机电产品，应有防震措施。,防震内容,笔记本电脑硬盘的防震堪称典范,整机的电磁兼容性（EMC）设计,所谓电磁兼容就是设备在预期的电磁环境中能正常工作的能力。 随着科学技术的迅速发展，现代各种电子、电气、信息设备及家用电器的数量和种类越来越多，性能越来越先进，其使用场合和数量密度也越来越高。这就使得电气电子系统内、设备内的相互干扰愈加严重。在这种情况下，要保证设备在各种复杂的电磁环境中正常地工作，则在结构设计阶段就必须认真考虑电磁兼容性设计,电子设备结构设计中常见的电磁干扰方式： 1、传导干扰 传导干扰一般是指通过电源，电缆，布线系统，接地系统引起的串

16、扰。 2、辐射干扰 在高频情况下，电磁能量比较容易产生辐射。通常，在MHz 以上，辐射就较明显，当导线长度超过四分之一波长时，辐射功率将很大。 3、感应及耦合引起的干扰,电磁兼容设计的主要方法有屏蔽、滤波、接地等。 1、屏蔽 电磁屏蔽是利用金属板、网、盖、罩、盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量传播所采取的一种结构措施。常用的方法有静电屏蔽，磁屏蔽和电磁屏蔽。电子设备结构设计人员在着手电磁兼容性设计时，必须根据产品所提出的抗干扰要求进行有针对性的电磁屏蔽设计。,（1）静电屏蔽 静电屏蔽主要是为了抑制寄生电容的耦合，使电路由于分布电容泄漏出来的电磁能量经屏蔽接地而不致于串入其它电路，从而使干扰得到抑制。 静电