第1章 电子产品结构工艺基础

1.1 电子产品基础知识

电子产品是利用电子技术和电子工艺将电子元器件等组装而成的产品。例如，通信设备、电视机、计算机、电子测量仪器等。由于电子技术的飞速发展，工艺手段的不断进步，新材料的不断涌现，特别是电子产品的广泛使用，使电子产品在电路上和结构上都产生了巨大的飞跃。

1.1.1 电子产品的特点

1）集成度高

电子产品具有“轻、薄、短、小”的特点，它在知识、技术、信息的密集程度上高于其它产品。知识和技术的密集，导致物化劳动的密集。

2）使用广泛

目前电子产品已广泛应用于国防、科技、国民经济各个部门以及人民生活的各个领域。

3）可靠性要求高

电子产品的可靠性要求高。例如航天电子设备，在十分复杂的组成中，若某一个元器件或连接点发生故障，就会影响正常工作，甚至会导致导弹、运载火箭和卫星的飞行失控。

4）精度要求高

例如卫星通信地面站要求直径 30m 的抛物面天线自动跟踪数万千米高空的人造卫星不发生偏差。

5）结构复杂

电子产品不但具有“轻、薄、短、小”的特点，而且，功能多、用途广。比如，现在的手机，不但外形美观、图像清晰、声音悦耳，同时还有拍摄、播放音乐、可视等多种功能。因此，其内部结构和电路也非常复杂。

1.1.2 电子产品的工作环境

电子产品所处的环境多种多样，大体上可分为自然环境、工业环境和特殊使用环境。除自然环境之外，工业环境和特殊使用环境一般是可人为制造和改变的，故这类环境也称为诱发环境。

环境因素是造成电子产品发生故障的主要因素，国外通过进行故障剖析，结果发现， 50%以上的故障是由环境因素所致；而温度、湿度、振动三项环境造成的故障率则高达44%。

下面对电子产品所处的主要环境，即气候环境、机械环境和电磁环境进行介绍。

1. 气候环境

气候环境主要包括温度、气压、盐雾、大气污染、灰尘砂粒及日照等因素。它们对产品的影响主要表现在使电气性能下降，温度升得过高，运动部位不灵活，结构损坏，甚至不能正常工作。为了减少和防止这些不良影响，必须采取散热措施，限制电子产品工作时的温升，保证在最高工作温度条件下，电子产品内部的元器件承受的温度不超过其最高极限温度，并要求电子产品耐受高、低温交变循环时的冷热冲击。同时采取各种防护措施，防止潮湿、盐雾、大气污染等气候因素对电子产品内元器件及零部件的侵蚀和危害，延长其工作寿命。

2. 机械环境

机械环境是指电子产品在使用和运输过程中，所受到的振动、冲击、离心加速度等机械作用。它对电子产品的影响主要是：元器件损坏失效或电参数改变；结构件断裂或变形过大等。为了防止机械作用对电子产品产生不良影响，必须采取减振缓冲措施，确保产品内的电子元器件和机械零部件在受到外界强烈振动和冲击下不致变形和损坏。提高电子产品的耐冲击、耐振动能力，保证电子产品的可靠性。

3. 电磁环境

电子产品工作的周围空间充满了由于各种原因所产生的电磁波，造成对电子产品工作时的外部及内部干扰。电磁波干扰的存在，使产品输出噪声增大，工作不稳定，甚至完全不能工作。

为了保证产品在电磁干扰的环境中能正常工作，要求采取各种屏蔽措施，提高产品的抗电磁干扰能力。

1.1.3 电子产品的生产要求

任何电子产品在它的研制成功之后都要投入生产。生产厂家的设备情况，技术和工艺水平，生产能力和生产周期，以及生产管理水平等因素都属于生产条件。

生产条件对产品的要求，一般有以下几个方面：

① 生产产品时使用的零件、部件、元器件的品种和规格的量应尽可能地减少，尽量使用由专业厂生产的通用零件、部件或产品。因为这样便于生产管理，有利于提高产品质量并降低成本。

② 生产产品时所用的机械零部件，必须具有较好的结构工艺性，能够采用先进的工艺方法和流程。使得原材料消耗低，加工工时短。例如零件的结构、尺寸和形状便于实现工序自动化；以无屑加工代替切削加工，提高冲制件、压塑件的数量和比例等。

③ 产品中的零件、部件、元器件及其各种技术参数、形状、尺寸等都应最大限度地标准化。还应尽可能用生产厂以前曾经生产过的零部件，充分利用生产厂的先进经验，使产品具有继承性和兼容性。

④ 产品所使用的原材料，其品种、规格越少越好，应尽可能少用或不用贵重材料，立足于使用国产材料和来源多、价格低的材料。

⑤ 产品（含零部件）的加工精度和技术条件要求要相适应，不允许无根据地追求高精度。在满足产品性能指标的前提下，其精度等级应尽可能低。装配也应简易化，尽量不搞选配和修配，力求减少人工装配，便于生产自动化和流水生产。

1.1.4 电子产品的使用要求

1. 对产品体积与重量的要求

（1）对产品的体积与重量的要求主要有四方面的因素：

① 用途因素。由于电子产品的用途非常广泛，各种不同用途对体积、重量提出了不同的要求。如军用电子产品，减小其体积、重量就直接影响着部队的战斗力和装备使用的灵活性。

② 运载因素。各种运载工具如汽车、坦克、飞机、舰船等，由于安装各种产品的空间有限和操作控制的需要，对电子产品的体积重量也有严格的要求。

③ 机械负荷因素。电子产品工作时，会受到各种机械因素的影响。为了减少冲击、碰撞、振动和加速度的破坏作用，减少其体积、重量会收到良好的效果。根据牛顿定律 F= ma，当重量 mg 减少时其质量 m 也将减小，如果施加的加速度 a 一定，则对产品的破坏力 F 就会减小。

④ 经济因素。为了节省原材料消耗的生产成本，应力求降低电子产品的体积和重量，这个道理是显而易见的。对于生产批量很大的产品，即使产品的体积、重量降低很小一点，但批量生产中所降低的成本则是可观的。

（2）缩小体积产生的矛盾。

现代电子产品都希望缩小体积，提高紧凑性，但追求紧凑性会产生一系列矛盾，这主要表现在以下几个方面。

① 产品升温限制。缩小电子产品体积，提高紧凑性，将使电子产品的单位体积的发热量增加，散热能力变差，这是绝大多数产品（尤其是大功率产品）缩小体积时遇到的最大困难。

② 分布参数限制。随着紧凑性提高，元器件间距减小，会导致电子产品电磁兼容性能下降，尤其是超高频和高压电子产品，由于分布电容增大，容易产生自激和脉冲波形变形。由于元器件间距减小，还容易产生短路和击穿现象。

③ 装配和维修困难。电子产品体积缩小，紧凑性提高，给生产时的装配和使用时的维护、维修带来一定困难。

④ 产品成本增加。紧凑性提高，要求整机结构有较高的零件加工精度和装配精度，因而提高了产品成本。

2.操纵与维护人员对电子产品的要求

（1）操纵人员对电子产品的要求。

① 为操纵人员创造良好的工作条件。例如要求产品使用中不产生令人厌恶的噪音，且色彩调和，给人以好感。安装位置要适当，令操纵人员舒适、精神安宁、注意力集中，从而提高工作质量。

② 产品操纵简单，让操纵人员能尽快熟练掌握操纵技术。

③ 产品安全可靠，有保险装置。当操纵人员发生误操作时，不会损坏产品，更不能危及人身安全。

④ 控制机构轻便，尽可能减少操纵人员的体力消耗。读数指示系统清晰，便于观察且长时间观察不易疲劳，也不损伤视力。

（2）维护人员对电子产品的要求。

① 在发生故障时，便于打开且能迅速更换故障件。如采用插入式和折叠式结构、快速装拆结构等。

② 可调元件、测试点应布置在产品的同一面；需经常更换的元器件以及易损元件应布置在易于拆装的部位；对于电路板应尽可能采用插座与系统连接。

③ 元器件的组装密度不宜过大，保证元器件间有足够的空间，便于拆装和维修。

④ 产品应具有过载保护装置（如过电流、过电压保护），危险和高压处应有警告标志和自动安全保护装置（如高压自动断路门开关）等，以确保维修安全。

⑤ 产品最好具备监测装置和故障预报装置，能使操纵人员尽早地发现故障或预测失效元器件并及时更换维修，以缩短维修时间并防止大故障的出现。