【文章內(nèi)容簡介】 貯 存的作用是通 過 高溫加 熱 來加速任何可能 發(fā) 生或存在的表面化學(xué)反 應(yīng) ，使 電 路 穩(wěn) 定，剔除潛在的失效 電 路。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 貯 存條件：溫度 為 150～ 175177。5℃ ， 貯 存 時間為 48小 時 或 96小 時 。 150 ℃ 適用于 環(huán) 氧扁平封裝的 電 路，175℃ 適用于其他材料封裝的 電 路。(2)溫度循 環(huán) 。溫度循 環(huán) 能 檢驗電 路內(nèi)不同 結(jié) 構(gòu)材料的 熱脹 冷 縮 是否匹配。循 環(huán) 條件：溫度范 圍為 － 55177。3～ 125177。3℃ 。先低溫后高溫，每種溫度下保持 30分 鐘 ，交替 時間 小于 1分鐘 ，交替次數(shù)不少于 5次。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3)離心加速度。離心加速度 試驗 可使 電 路內(nèi)部 焊點不牢，裝片或封裝不佳，管殼及硅片存在潛在裂 紋等缺陷易于暴露。試驗 條件： 質(zhì) 量小于 15g的 電 路可施加外力 20kg，質(zhì) 量大于 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。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (5)高溫功率老化。老化條件：溫度 為 125177。3?℃ ， 時間為 168小 時 或 96小 時 。亦可把溫度提高到 150177。3℃ ，進 行 24小 時 老化。(6)高溫測試。 測試 條件：溫度 為 － 40177。3℃ 和－55177。3℃ ，各保持 30分 鐘 ， 測試電 參數(shù)。(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(jié) 加反向 電壓 ， 觀 察其特性曲 線 有無 顯 示 擊 穿 現(xiàn) 象。 擊 穿 電壓應(yīng) 大于 7 V，漏 電 流 應(yīng) 小于 10μA。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 電子設(shè)備的可靠性防護措施電子設(shè)備的散熱防護溫度是影響電子設(shè)備可靠性最廣泛的一個因素。電子設(shè)備工作時，其功率損失一般都以熱能形式散發(fā)出來，尤其是一些耗散功率較大的元器件，如電子管、變壓器、大功率晶體管、大功率電阻等。另外，當環(huán)境溫度較高時，設(shè)備工作時產(chǎn)生的熱能難以散發(fā)出去，將使設(shè)備溫度升高。 第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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(dǎo)致其壽命降低。如 RTX型碳膜電阻，當環(huán)境溫度為 40℃ 時，允許的使用功率為標稱值的 100%；環(huán)境溫度增至 100℃ 時，允許使用功率僅為標稱值的 20%。另外，溫度過高能使噪聲增大。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%。 第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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(huán) 境溫度等因素有關(guān)。一般情況下， 電 阻是通 過引出 線 的 傳導(dǎo) 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(yīng) 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 端或印制板上。(3)功率 電 阻器盡可能安裝在水平位置。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (4)引 線長 度 應(yīng) 短些，使其和印制 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(yīng)力。(5)當 電 阻器成行或成排安裝 時 ，要考 慮 通 風(fēng) 的限制和相互散 熱 的影響，并將其適當 組 合。(6)在需要 補 充 絕緣時 ，需考 慮 散 熱問題 。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2.半導(dǎo)體分立器件的散熱措施1)溫度對半導(dǎo)體分立器件的影響半 導(dǎo) 體器件 對 溫度反 應(yīng) 很敏感， 過 高的溫度會使器件的工作點 發(fā) 生漂移、增益不 穩(wěn) 定、噪聲增大和信號失真， 嚴 重 時 會引起 熱擊 穿。因此，通常半 導(dǎo) 體器件的工作溫度不能 過 高，如 鍺 管不超 過 70～ 100℃ ；硅管不超 過 150～ 200℃ 。表 許溫度。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 表 常用元器件允許溫度第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2)半導(dǎo)體分立器件散熱的一般考慮(1)對 于功率小于 100mW的晶體管，一般不用散 熱器。(2)大功率半 導(dǎo) 體分立器件 應(yīng) 裝在散 熱 器上。(3)散 熱 器 應(yīng) 使肋片沿其 長 度方向垂直安裝，以便于自然 對 流。散 熱 器上有多個肋片 時 ， 應(yīng)選 用肋片 間距大的散 熱 器。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (4)半 導(dǎo) 體分立器件外殼與散 熱 器 間 的接觸 熱 阻 應(yīng)盡可能小， 應(yīng) 盡量增大接觸面 積 ，接觸面保持光 潔 ，必要 時 在接觸面上涂上 導(dǎo)熱 膏或加 熱絕緣 硅橡膠片，借助于合適的 緊 固措施保 證緊 密接觸。(5)散 熱 器要 進 行表面 處 理，使其粗糙度適當并使表面呈黑色，以增 強 輻 射 換熱 。(6)對 于 熱 敏感的半 導(dǎo) 體分立器件，安裝 時應(yīng)遠 離耗散功率大的元器件。(7)對 于工作于真空 環(huán) 境中的半 導(dǎo) 體分立器件，散熱 器 設(shè)計時應(yīng) 以只有 輻 射和 傳導(dǎo) 散 熱為 基 礎(chǔ) 。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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 (a)～ (d)所示。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖 散熱器形狀(a)平板形； (b)平行肋片形； (c)叉指形； (d)星形第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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(yīng) 低于 95℃ 。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 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 高并在固定面上開孔，形成 對 流，如 圖。(3)變壓 器外表面 應(yīng) 涂無光 澤 黑漆，以加 強 輻 射散熱 。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖 變壓器的散熱第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 4.集成電路的散熱措施集成 電 路的散 熱 ，主要依靠管殼及引 線 的 對 流、 輻射和 傳導(dǎo) 散 熱 ，如 圖 。當集成 電 路的 熱 流密度超 過 W/cm2時 ， 應(yīng) 裝散 熱 裝置，以減少外殼與周圍環(huán) 境的 熱 阻。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖 集成電路的散熱第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 5.電子設(shè)備整機的散熱措施1)機殼自然散熱機殼是接受 設(shè)備 內(nèi)部 熱 量并將其散到周 圍環(huán) 境中去的機械 結(jié) 構(gòu)。機殼散 熱 措施一般考 慮 如下：(1)選擇導(dǎo)熱 性能好的材料做機殼，加 強 機箱內(nèi)外表面的 熱傳導(dǎo) 。(2)在機殼內(nèi)、外表面涂粗糙的黑漆，以提高機殼 熱輻 射能力。(3)在機殼上合理地開通 風(fēng) 孔，以加 強 氣流的 對 流換熱 能力。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖 常 見 的通 風(fēng) 口形式。 圖 (a)為 最 簡單 的沖 壓而成的通 風(fēng) 孔； 圖 (b)為 通 風(fēng) 孔 較 大 時 用金屬網(wǎng)遮住洞口的形式； 圖 (c)為 百葉窗式通 風(fēng) 孔。圖 散熱器通風(fēng)口形式 第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 2)印制板的熱設(shè)計從有利于散 熱 的角度出 發(fā) ，印制板最好是直立安裝，板與板之 間 的距離一般不要小于 2 cm，而且元器件在印制板上的排列方式 應(yīng) 遵循如下 規(guī)則 ：(1)對 于采用 對 流空氣冷卻方式的 設(shè)備 ，最好是將集成 電 路 (或其他元器件 )按 縱長 方式排列，如 圖 (a)所示； 對 于采用 強 制空氣冷卻 (風(fēng) 扇冷卻 )的 設(shè)備 ， 則應(yīng) 按橫 長 方式排列，如 圖 (b)所示。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2)在同一 塊 印制板上安裝半 導(dǎo) 體器件 時 ， 應(yīng) 將 發(fā)熱 量小或不耐 熱 的元器件 (如小信號晶體管、小 規(guī) 模集成 電 路、 電 解 電 容等 )放在氣流的入口 處 ，將 發(fā)熱 量大或耐 熱 好的元器件放在氣流的出口 處 。 第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖 集成電路在印制板上的排列(a)縱長排列； (b)橫長排列第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (3)在水平方向上，大功率器件 應(yīng) 盡量靠近印制板 邊沿布置，以便 縮 短 傳熱 途徑；在垂直方向上，大功率器件 應(yīng) 盡量靠近印制板上方布置，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(qū)域 (如 設(shè)備 底部 )，不要將它放在 發(fā)熱 元器件的正上方，多個器件最好是水平交 錯 布局。也可采用 “熱 屏蔽 ”方法達到熱 保 護 作用。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理布局由于 設(shè)備 內(nèi)印制板的散 熱 主要依靠空氣 對 流，因此在 設(shè)計時 要研究空氣流 動 途徑，合理配置元器件或印制 電 路板。具體措施有：(1)要合理地布置機箱 進 出 風(fēng) 口的位置，盡量增大進 出 風(fēng) 口之 間 的距離和高度差，以增 強 自然 對 流。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 (2)對 大面 積 的元器件 應(yīng) 特 別 注意其放置位置，如機箱底的底板、隔 熱 板、屏蔽板等。若位置安排不合理， 則 可能阻礙或阻斷自然 對 流的氣流。(3)在印制板上 進 行元器件布局 時 ，要避免在某個區(qū)域留有 較 大的空域。如 圖 (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 (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(shè)備 內(nèi)有多 塊 印制 電 路板的情況也 應(yīng) 注意同樣 的 問題 。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖 元器件的布局(a)較差布局； (b)較好布局第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 4)強制風(fēng)冷強 制 風(fēng) 冷是利用 風(fēng) 機 進 行鼓 風(fēng) 或抽 風(fēng) ，提高 設(shè)備內(nèi)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(fēng) 冷的散 熱 形式主要是 對 流散 熱 ，其冷卻介 質(zhì) 是空氣。 強 制 風(fēng) 冷是目前 應(yīng) 用最多的一種 強 制冷卻方法。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 【 實 例】 集成 電 路在印制板上的排列方式 對 其溫升的影響。圖 出了大 規(guī) 模集成 電 路 (LSI)和小 規(guī) 模集成 電路 (SSI)混合安裝情況下的兩種排列方式。 LSI的功耗 為W， SSI的功耗 為 W。 實測結(jié) 果表明， 圖 (a)所示排列方式使 LSI的溫升達 50℃ ，而 圖 (b)所示排列方式使 LSI的溫升 為 40℃ ， 顯 然采 納 后一種排列方式 對 降低 LSI的溫升更 為 有效。第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 圖 集成電路的排列方式對其溫升的影響第 2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計 電子設(shè)備的氣候防護潮濕、鹽霧、霉菌以及氣壓、污染氣體對電子設(shè)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(nèi)元器件、印制電路板上產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，使電性能下降，故障上升 第