电子产品开发设计及实践教程课件

第8章设计中的工程问题本章导读

本章针对实际设计中的工程问题进行了全面介绍，对电子产品的使用要求、生产要求、气候防护、抗干扰设计、可靠性设计等均作了深入探讨。通过本章的学习，了解产品设计中各项因素的影响，学会综合考虑问题，掌握解决实际问题的原则和方法。第8章设计中的工程问题本章导读

本章针对实1在完成了一件电子产品的方案设计与电路设计后，接下来的工作是产品试制和生产。一件电子产品，除需要达到预期的各项功能、指标外，还涉及到其他若干工程技术问题，如电磁兼容、可靠性等问题。实际上，这也是系统其他方面的性能指标。涉及到的主要内容有：连接电路、测试功能与指标，部件与整体的结构设计，以及在所需工作条件下作运行试验等。这期间会遇到与计算机仿真模拟结果不一致的许多问题，往往要对原方案及电路设计不断作出修改，还要更多考虑到电子产品在以后付诸生产制造时所面临的各种工艺技术问题，乃至日后的使用维护、市场营销等诸多问题。因此可以说，电子产品的工程实现阶段，是处在承前启后的中间地位，是一个理论与实践相结合的实践环节。工程实现的过程涉及较广的知识面，其最终质量，相当大的程度上依赖于研制者的经验、技巧，必须在工程实践中不断学习、总结与积累。

制造电子产品的出发点是基于用户的需要。显然，电子产品除了在满足技术性能指标的要求下能正常而可靠地工作外，在设计和制造电子产品时还应满足以下基本要求。在完成了一件电子产品的方案设计与电路设计后，接下来的工作是产28.1电子产品的使用要求8.1.1体积和重量

在众多的工业产品中，电子产品之所以迅猛发展，并得到广泛的使用，其重要原因之一，便是体积小、重量轻。因此减小电子产品的体积和重量，具有非常重要的意义。在某些情况下，产品的体积和重量起着决定性的作用。例如军用电子设备，减小其体积和重量就直接影响着部队的战斗力和装备使用的灵活性，同时对减少战士体力消耗，提高战斗力有着重要的战术意义。从生产角度考虑也有着不可忽视的经济意义。具体来说有以下几点：

1.产品的用途对体积重量的要求

产品的不同用途提出了不同的要求。如普通电子设备要求相对较低，而精工检测设备则要求较严；对固定不动的产品不成问题，对便携移动的产品则非考虑不可。例如人造卫星上用的电子设备，其体积重量有极严格的要求，任何一部分体积增大，就意味着减少其它设备的体积。卫星的重量每增加1㎏，火箭的燃料就多耗费数吨。8.1电子产品的使用要求8.1.1体积和重量

在众多的32.运载工具对产品体积重量的要求

由于安装各种设备的空间有限和操纵控制的需要，各种运载工具如汽车、坦克、飞机、火箭、舰船等，对电子产品的体积重量有较严格的要求。一般说来，航空设备要求最高，其次是各种车辆，再次是各种舰船。飞行器机舱容积有限，所用的各种电子设备，往往都将分机或部件的体积重量尽可能做得很小，仅把设备的控制和指示部分安装在飞行员的座舱内，其它部分则安装在飞机的各个部位，各部分之间用电缆连接。汽车、坦克用的电子设备的体积要求和空用相似，重量要求则可放宽。舰船则要求更宽。

3.机械负荷对体积重量的要求

电子产品工作时，可能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。因为当重量减少时其质量也将减小，如果施加的加速度一定，则对产品的破坏力就会减小。

4.经济因素对体积重量的要求

减少电子产品的体积和重量，对节省原材料消耗和降低生产费用意义重大，其中的道理是非常明显的。对于生产批量很大的产品，即使产品的体积重量减少很少的一点，其在生产中所降低的费用，也是相当可观的。2.运载工具对产品体积重量的要求

由于安装各种设备的空间有4各种因素对电子产品体积重量的要求，已如前述。为使电子产品能够满足这些要求，则对表征产品体积重量的指标进行深入地探讨是很有必要的。有关指标如下：（1）平均比重产品的总重量与体积之比，称为产品的平均比重。

（2）体积填充系数它表示电子产品结构的紧凑度。定义为：产品内全部零部件、元器件的体积总和与机箱（壳）内部容积的比值。

电子产品的平均比重对结构设计有直接的影响。当平均比重为0．5㎏/dm3时，结构设计不会遇到很大困难；当平均比重为1.5～1.7㎏/dm3时，结构设计需要精心安排;当平均比重为2～2.2㎏/dm3时，结构设计需要应用特殊材料(如高强度轻金属合金)、高稳定元器件和采用新工艺、新结构（如多层印制电路板、集成电路和微型元器件等）；当平均比重达到2．5㎏/dm3时，结构设计将很困难。

随着电子产品的平均比重增大，产品的体积填充系数也会提高。目前，一般的电子产品的体积填充系数为0．1～0．25；结构比较紧凑的电子产品（如采用多层印制电路板和超小型化元器件的产品），其体积填充系数为0．25～0．4；采用灌封电路的产品，其体积填充系数可达0．6。各种因素对电子产品体积重量的要求，已如前述。为使电子产品能够5电子产品的紧凑的程度通过平均比重和体积的填充系数来体现。平均比重越高，体积填充系数越大，则产品的紧凑性越高。现代电子产品都希望有较高的紧凑性。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）电子产品温升限制。绝大多数产品（尤其是大功率设备）提高紧凑性时遇到的最大困难是温升问题。如果产品的平均比重增大，则单位体积发热量增加。为了保证产品能正常工作，就需要采用一套冷却系统，而冷却系统本身也具有一定的体积和重量，这样反而提高了产品的总体积和总重量。

（2）产品性能稳定程度。随着紧凑性提高，元器件间距变小，将会导致性能不稳，尤其是超高频和高压设备，由于分布电容增大，容易产生自激和脉冲波形变坏。由于元器件之间距离小，还容易产生短路和击穿。

（3）组装维修不便。随着平均比重和体积填充系数增大，给生产时的装配和使用时的维护修理带来一定的困难，降低了设备的可靠性。

（4）成本上升。紧凑性高的产品，在整机结构方面要求有较高的零件加工精度和装配精度，因而提高了产品成本。电子产品的紧凑的程度通过平均比重和体积的填充系数来体现。平均68.1.2操作与控制电子产品在进行结构设计时必须全面考虑操作性能如何，控制是否方便，这将直接影响到产品的可靠性和用户的满意度。

对电子产品的操作与控制方面的要求，随具体产品的不同和使用场所的不同而变化。原则上有如下几点值得注意：

1）为使用者创造良好的工作条件。例如，产品不会产生令人厌恶噪声，而且色彩调和给人以好感，其安装位置适当，令使用者精神安宁、注意力集中，从而提高工作质量。

2）设备操作简单，能很快进入工作状态，不需要很熟练的操作技术。

3）产品安全可靠，保险装置齐备。当使用者发生误操作时，不会损坏设备，更不能危及人身安全。

4）控制机构轻便，尽可能减少使用者的体力消耗。读数识别与指示系统清晰，便于观察，且长时间观察也不易疲劳，不会损伤视力。8.1.2操作与控制电子产品在进行结构设计时必须全面考虑操78.1.3产品维护电子产品一般属于耐用消费品，使用过程中维护修理是否方便，也是衡量产品性能的一个重要方面。尤其是军用产品更是如此。所以在产品设计时，必须充分考虑维护修理要求。从维护方便的角度出发，对结构设计提出了以下要求：

（1）在发生故障时，便于打开维修或能迅速更换备用件。如采用插入式和折叠式结构，快速装拆结构，以及可换部件式结构等。

（2）可调元件、测试点应布置在设备的同一面；经常更换的元器件应布置在易于装拆的部位；对于电路单元应尽可能采用印制板并用接插件与系统联接。

（3）元器件的组装密度不宜过大，即体积填充系统在可能的条件下应取低一些（一般最好不超过0．3），以保证元器件间有足够的空间，便于装拆和维修。

（4）设备应具有过负荷保护装置（如过流、过压保护），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，以确保维修者安全。

（5）设备最好具备监测装置和故障预警装置，能使使用者尽早地发现故障或预测失效元器件，及时更换维修，以缩短维修时间，并防止大故障出现。8.1.3产品维护电子产品一般属于耐用消费品，使用过程中维88.2电子产品的生产要求8.2.1电子产品的生产条件

电子产品的生产过程是指产品从研制、开发到推出的全过程。该过程包括设计、试制和批量生产等三个主要阶段。企业的设备情况，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。产品如要顺利地投产，必须满足生产条件对它的要求，否则，就不可能生产出优质的产品，甚至根本无法投产。

1.设计时应考虑的因素：

1)企业的设备情况电子产品的生产企业应该具备与所生产的产品相配套的、完善的仪器设备，以便于产品的研制开发和批量生产。

2)技术和工艺水平生产企业需配备相关的技术研究人才，能够根据产品的不同特点、需方的不同要求，研制、开发产品，完善产品的性能；还应具有相当的工艺水平，能够根据设计要求，生产出合格的产品。8.2电子产品的生产要求8.2.1电子产品的生产条件

93)生产能力和生产周期产品定型后，要进入成批生产阶段。生产企业应具有配套的仪器设备、加工材料、熟练的技术工人和完备的生产程序，生产出符合设计要求的合格产品；同时合理安排各工序，以缩短生产周期，提高生产效率，降低生产成本。

4)生产管理水平在电子产品的制造过程中，科学的管理已成为第一要素。管理不善将出现生产混乱、浪费严重、工序时间拉长，导致生产效率降低，生产成本上升；管理落后，将使产品质量下降，劣质产品充斥市场，破坏企业形象，最终导致企业破产。2.对材料的基本要求

任何电子产品在它研制完成之后，都要投入生产。电子产品在生产过程中，对电子元器件等材料的基本要求如下：

（1）产品中的零部件、元器件，其品种和规格应尽可能地少，尽量使用由专业厂生产的通用零部件或产品。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）产品中的零部件、元器件及其各种技术参数、形状、尺寸等，应最大限度的标准化和规格化。还应尽可能采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。3)生产能力和生产周期产品定型后，要进入成批生产阶段。生10（3）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。

（4）产品中的机械零部件，必须有较好地结构工艺性，能够采用先进的工艺方法和流程。原材料消耗低，加工时间短，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，等等。

（5）产品（含零部件）的加工精度要与技术条件要求相适应，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的低，装配也应尽可能简易化，尽量不搞选配和修配，力求减少装配工人的体力消耗，同时也便于自动流水线生产。（3）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118.2.2电子产品的经济性电子产品的经济性主要包括两方面的内容：生产经济性和使用经济性。

生产经济性是指生产成本。它包括生产准备费用、原材料和辅助材料费用、工资和附加费用、管理费用等。

使用经济性包括产品在使用、贮存和运输过程中所消耗的费用。其中维修费所占的比例最大，电源费次之。

为了提高产品的经济性，在设计阶段就应充分考虑以下几个方面：

（1）正确制定设计方案，研究产品与部件的技术条件，分析产品设计参数，研讨和保证产品性能和使用条件，这是产品经济性的首要环节。

（2）根据产量确定产品结构形式和生产类型。产量的大小决定着生产批量的规模，生产批量不同，其生产方式类型也不同，因而其生产经济性也不同。

（3）运用价值工程观念，在保证产品性能的条件下，按最经济的生产方法设计零部件，在满足产品技术要求的条件下，选用最经济合理的原材料和元器件，以求降低产品的生产成本。

（4）全面构思，周密设计产品的结构，使产品具有良好的操作维修性能和使用性能，以降低产品的维修费用和使用费用。8.2.2电子产品的经济性电子产品的经济性主要包括两方面的128.3电子产品的散热电子产品工作时的输出功率往往只占设备输入功率的一部分，其功率损失一般都以热能形式散发出来。实际上电子产品内部任何具有实际电阻的载流元器件都是一个热源。尤其是一些耗散功率较大的元器件，如变压器、大功率晶体管、大功率电阻等。另外，电子产品的温度与周围的环境温度也有密切的联系。当环境温度较高时，电子产品工作时所产生的热能就难以散发出去，将使产品温升提高。由于产品内的元器件都有一定的工作温度范围，若超过其极限温度，就将到引起产品工作环境的改变，缩短使用寿命，甚至损坏。

电子产品的热设计，就是根据传热学的基本原理，采取各种散热手段，使产品的工作温度不超过其极限温度，从而保证电子产品在预定的环境条件下稳定可靠地工作。8.3电子产品的散热电子产品工作时的输出功率往往只占设备138.3.1工作温度的影响1.温度对变压器、扼流圈的影响

一般变压器、扼流圈的允许温度应低于95℃。温度过高对这两类元件的影响，除降低其使用寿命外，绝缘材料的性能也将下降。

2.温度对半导体器件的影响

温度对半导体器件影响最为显著，过高的温度会使器件的工作点发生漂移、增益不稳定、噪声增大、信号失真，严重时引起热击穿。因此，通常半导体器件的工作温度不能过高，如锗管不超过70～100℃；硅管不超过150～200℃。

3.温度对电阻器的影响

电阻器在温度升高后会出现使用功率下降，导致其寿命降低。如RTX型碳膜电阻，当环境温度为40℃时，允许的使用功率为标称值的100%；环境温度增至100℃时，允许使用功率仅为标称值的20%。

另外，温度过高能使热噪声增大。温度变化同样会使其阻值变化，温度每升高或降低10℃，其阻值大约变化1%。8.3.1工作温度的影响1.温度对变压器、扼流圈的影响

144.温度对电容器的影响

温度对电容器的影响主要是降低其使用寿命。通常认为，在超过规定允许温度下工作时，温度每升高10℃寿命降低一半。此外，温度的变化也会引起电容量、功率因素等参数的变化。

5.温度对电子管的影响

电子管的玻璃壳温度不得超过150～200℃。过高的温度使电子管内的吸气剂、各个电极和玻璃壳排放气体，使电子管的真空度下降，影响其工作性能。此外，高温会使玻璃壳产生热应力而损坏，使管内的气体电离，电离后的离子将轰击阴极，破坏其涂覆层，导致发射率下降，加速老化，降低寿命。

电子设备工作时的极限温度应以元器件的最低极限温度来要求。考虑到设备的环境温度一般为－40～+50℃，所以电子设备工作时，机内的温度一般不超过50～80℃。

表8-１列出了常用元器件表面的允许温度值。4.温度对电容器的影响

温度对电容器的影响主要是降低其使用15表8-１常用元器件的允许温度元件名称允许温度（℃）元件名称允许温度（℃）碳膜电阻120薄膜电容60-130碳质电阻150陶瓷电容80-85金属膜电阻100锗晶体管70-100涂釉线绕电阻225硅晶体管150-200印刷电阻85硒整流器75-85铝质电解电容60-85电子管150-200电介质电容60-85变压器95云母电容70-120扼流圈95表8-１常用元器件的允许温度元件名称允许温度（℃）元件168.3.2热的传导方式热能总是自发的从高温物体向低温物体传播，热能的传播有三种基本方式：传导、对流和辐射。这三种方式往往同时存在，在考虑电子设备的散热时，可根据具体情况只考虑其中一种或两种主要的，而忽略其次要的。

1.热传导

热传导是指热量由物体内部某一部分传递到另一部分，或是两物体相互接触时，由一个物体传给另一个物体。热量是度量热能大小的物理量。热量由热端（高温）向冷端（低温）传递。

导热系数λ是一个表示材料导热能力的物理量。不同材料有不同的导热系数。导热系数越大，说明物体导热性能越好。通常把λ值小于0．23kJ/(m·h·℃)的材料称为绝热材料。一些常用材料的导热系数列于表8-2中。8.3.2热的传导方式热能总是自发的从高温物体向低温物体传17利用热传导散热的主要措施有:

(1)选用导热系数大的材料制造导热零件,可降低热阻。如用铜或铝等材料作散热器。

(2)扩大热传导零件间的接触面积和压力,接触面应光滑平整。也可在两接触面间涂硅脂,或垫入软金属箔,如铟片、铜箔等措施以降低接触热阻。

（3）尽量缩短热传导路径。导热路径中不应有绝热或隔热元件。表8-2常用材料的导热系数λ材料名称试验温度（℃）导热系数kJ/(m·h·℃)材料名称试验温度（℃）导热系数kJ/(m·h·℃)银（99．9%）20407氧化铍20208-225铜20372陶瓷基片2012．5-29．2铝（纯）20203石英玻璃201．3铝合金20164云母200．5黄铜2099尼龙200．17-0．24碳素钢2053水200．6焊锡2033空气200．026利用热传导散热的主要措施有:

(1)选用导热系数大的材料制182.热对流

热对流是指在气体或液体中，由于存在温度差、密度差和压力差而流动进行的热量传递。对流有自然对流和强迫对流。热交换发生流体（气体或液体）与高温物体（固体）之间时，热传导与对流同时存在，这种情况称为对流换热。

（1）自然对流与强迫对流

由于流体运动的原因不同，可分为自然对流和强迫对流两种热对流。

①自然对流：自然对流是由于冷热流体的密度不同而引起介质自然运动。如空气的对流是因空气受热后体积膨胀，故其密度和比重都要降低，形成了自然对流循环。

②强迫对流：强迫对流是受机械力的作用（如风力，鼓风机，水泵等）促使流体运动，使流体高速地掠过发热物体（或高温物体）表面。

（2）利用对流散热主要措施

①加大温差，即降低物体周围对流介质的温度。

②加大散热面积，采取有利于对流散热的散热器和安装位置。如将散热器制成肋片、直尾形和叉指形等。

③加大对流介质的流动速度，选择有利于对流换热的流体介质，以带走更多的热量。如强迫对流比自然对流的速度高，水比空气的对流散热能力强。2.热对流

热对流是指在气体或液体中，由于存在温度差、密度193.热辐射

热辐射是热能以电磁波（红外波段）的形式向外界辐射，传给另一个物体。任何物体都在不断地辐射能量，辐射能射向其它物体后，一般总是部分地被吸收，一部分被反射，另一部分穿透该物体。物体所吸收的那部分能量又辐射到另外物体上，也同样发生吸收、反射和穿透过程。这种能量之间互变现象（热能→辐射→热能），就是辐射换热的过程。一个物体在热辐射过程中是放热还是吸热，决定于该物体在同一时间内放射和吸收辐射能之差。辐射能量的大小与物体温度的四次方成正比。

利用热辐射来散热的主要措施有：

（1）在零部件或散热片上涂覆黑色或有色粗糙的漆，以增强辐射能力。对热敏感元件的表面应做成光亮的表面，以减小吸收辐射热。

（2）加大辐射体的表面积。

（3）加大辐射体与周围环境的温差。3.热辐射

热辐射是热能以电磁波（红外波段）的形式向外界辐208.3.3整机的散热与防热散热就是利用热的传导、对流和辐射，把电子产品内的热量散发到周围的环境中去。电子产品常用的散热方法有：自然散热，强制风冷，液体冷却，蒸发冷却，半导体制冷，热管传热等。绝大部分热功率密度不大的电子设备，一般都采用自然散热及强迫通风散热。自然散热是指不用外部冷却手段，而是利用发热元件、器件或整机与周围环境之间的热传导、对流及辐射进行散热。强制风冷是利用风机进行鼓风或抽风，以提高设备内空气流动的速度，达到散热目的。

一般情况下，电子产品的自然散热有两种热流途径：

（1）在封闭式机箱（如图8-１（a）所示）里，首先，电子产品内部的热量是通过对流、辐射和传导等传向机壳，然后再由机壳通过对流和辐射将热量散发到周围空气中去，从而使设备达到冷却的目的。8.3.3整机的散热与防热散热就是利用热的传导、对流和辐射21（2）对于敞开式机箱（如图8-１（b）所示）而言，电子产品内部的热量，一方面通过传导和辐射给机箱外壳；另一方面，由于机箱外壳开有通风孔，通过机箱内外空气对流和机箱外壳外表面的热辐射将热量传到周围空气中去。

通过上述分析可以看出，要改善电子产品的自然散热效果，必须从两方面来考虑：一方面是改善产品内部的电子元器件向机壳的传热能力；另一方面是提高机壳向外界的热传递能力。（2）对于敞开式机箱（如图8-１（b）所示）而言，电子产品内221.机箱（壳）的散热设计

电子产品的机箱在自然散热中起着重要作用。它接受设备内部热量，并将其散发到周围空间中去，散热设计应从以下几方面考虑：

（1）机壳的材料导热性能要好，以加强机箱内外表面的热传导。可选择导热性好的金属（如用铝合金）材料来做机壳，这是因为机壳内部的热量可以通过内部的金属结构件传导给机壳，再由机壳以热辐射和热对流的形式传给周围空间。

（2）合理设计机壳表面的形状，增强热辐射能力。为了提高机壳的热辐射能力，宜采用粗糙表面，并涂覆无光泽漆，其色彩可根据需要选择。例如黑色皱纹漆，其热辐射效果最好。

（3）开通风孔，加强对流散热能力。在机壳上合理地开通风孔，可以显著地加强气流的对流换热作用。通风孔的位置可开在机壳的顶部和底部及两侧面。两侧通风孔的位置应注意防止气流短路而影响散热效果。通风孔的位置一定要对准发热元件，使冷空气起到直接冷却元件的作用。通风口的进出口开在温差最大的两处，并且进风口要尽量低，出风口尽量高。1.机箱（壳）的散热设计

电子产品的机箱在自然散热中起着重23图8-2所示的是常见的几种通风孔的形式。冷空气经过机壳下部的通风孔进入机箱，经发热元件吸收热量，被加热后的空气通过机壳上部的通风孔流出，如此循环，达到散热的目的。图8-2（a）所示之孔为冲压而成，制造简单，但灰尘容易进入设备内部。在孔比较大时，可用金属丝纺织的网格盖住，而金属网用框子固定在外壳孔的边缘上，如图8-2（b）所示。冲制百叶窗是目前应用最广泛的一种，如图8-2（c）所示。因为百叶窗可以防止灰尘直接落入设备内，并且可以提高机壳的强度。图8-2所示的是常见的几种通风孔的形式。冷空气经过机壳下部的242.产品内部电子元器件的散热

电子产品内部的热源主要是一些发热电子元器件，如变压器、扼流圈、电阻、电子管、晶体管、可控硅以及集成电路等。（1）变压器变压器主要靠传导散热。如果变压器不加屏蔽罩，则铁芯与支架、支架与固定面应有良好的接触，使其热阻最小。对于加屏蔽罩的变压器，除要求外罩与固定面良好接触外，可将变压器在固定面上用支架垫高，并在底板上开通风孔，使气流形成对流，如图8-3所示。（2）电阻电阻的温度与其型式、尺寸、功率损耗、安装位置以及环境温度等因素有关。电阻一般是通过固定连接片或引线两端的传导以及本身的的辐射、对流进行散热的。电阻表面常涂覆无光泽的粗糙漆，放置的位置应便于对流散热，并加大与其他元件之间的距离。2.产品内部电子元器件的散热

电子产品内部的热源主要是一些25（3）晶体管对于功率小于100mW的晶体管，一般可不加散热器，靠其管壳及本身引线的对流、辐射和传导散热。至于大功率晶体管则应采用散热器。（4）电子管不带屏蔽罩的电子管，其传热的主要方式是对流和辐射，而导热是次要的。带屏蔽罩的电子管散热条件要差些，一般在罩的顶部开孔作为出风口，在罩的下部与玻璃壳间有气隙孔作为进风口，形成自然对流，使管子散热。（5）集成电路对于一般集成电路的散热，主要依靠其外壳及引出线的对流、辐射和传导散热。如图8-4所示。当集成电路的热流密度超过0．6W/cm2时，应装散热装置，以减小管壳与周围环境的热阻。（3）晶体管对于功率小于100mW的晶体管，一般可不加散263.防热措施

1）合理布置元器件

（1）在布置元器件时，元器件与元器件间、元器件和结构件之间应保持一定距离，以利空气的流动，增强对流传热。一般可参考下面几种关系：

①对邻近的两垂直发热表面，如图8-5（a），d/L=0．25；

②对邻近的垂直发热表面与冷表面，如图8-5（b），dmin=2．5mm；

③对邻近的水平发热圆柱体和冷的上表面之间；如图8-5(c)，d/D=0．85；3.防热措施

1）合理布置元器件

（1）在布置元器件时，元27④对邻近的水平发热圆柱体和冷的垂直表面之间，如图8-5(d)，d/D=0．7；

⑤对邻近的水平发热圆柱体和冷的水平平底面之间，如图8-5(e)，d/D=0．65。（2）在印制板上安装各种半导体器件时，应注意将功率大、发热量大的晶体管和集成电路放在气流的上游（入口处），将功率小、发热量小的晶体管和集成电路和在气流的下游（出口处），这样可使整个印制板上元件的温度较为均匀。

（3）在布置元器件时应将不耐热的元件（如电解电容器）放在气流的上游，而将本身发热又耐热的元件如电阻、变压器等放在气流的下游。

（4）对热敏感元件，在结构上可采用“热屏蔽”方法来解决，如图8-6所示，采用热屏蔽能使设备内部造成温差，形成热区和冷区。④对邻近的水平发热圆柱体和冷的垂直表面之间，如图8-5(d)282）合理安排印制板

对印制板的位置排列，如设备内只安排一块印制板，无论印制板水平放置还是垂直放置，其元器件温升区别不大。如设备内安排几块或几十块印制板，这时应垂直并列安装，每块印制板之间的配置间隔保持30mm以上，以利于自然对流散热。

为了提高印制电路板的散热能力，可在印制板和元器件之间设置导热条，以强化传导散热。图8-7是在集成电路的主体垫上铜或铝的带状导热条，以减小管壳与周围环境的热阻。也可在多层印制板的表面留出较宽的条形铜箔作为导热用。为了降低元件与导热条之间的热阻，可在其接触面间涂覆硅脂。2）合理安排印制板

对印制板的位置排列，如设备内只安排一293）合理安排机箱内的结构件

（1）应合理地布置机箱进出风口的位置，尽量增大进出风口之间的距离和它们的高度差，以增强自然对流。图8-8（a）表示进出风口位置不当，有一部分空间不能内外对流，使局部散热不好。

（2）对于大面积的元器件应特别注意其放置位置，如机箱底的底板、隔热板、屏蔽板等。若位置安排不合理，可能阻碍或阻断自然对流的气流。图8-8（b）所示为固定印制板电路板采用的“空格式”结构，用金属条支持印制板插座，具有流动阻力小，机械强度高等优点。而图8-8（c）为大面积底板挡住了机箱底部的通风孔，使空气不得不拐弯并流过较长的路径，这对自然对流很不利。3）合理安排机箱内的结构件

（1）应合理地布置机箱进出风口的304.强制风冷

强制风冷是利用风机进行抽风或鼓风，以提高设备内空气流动速度，达到散热的目的。强制风冷适用于中、大功率的电子设备，因其结构简单，费用低，维护方便等优点，所以它是目前应用最多的一种强迫冷却方法。强制风冷有抽风冷却和鼓风冷却两种基本形式。

（1）抽风冷却抽风冷却分有风管和无风管两种形式，如图8-9所示。

抽风冷却主要适用于热耗散比较分散和整机。热量经专门的风道或直接排到设备周围的大气中。抽风的特点是风量大，风压小，各部分风量分布比较均匀。抽风机常装在机柜顶部或机柜两侧，其出风口也在此处并面对大气。进风口在机柜的下部，进风口应装滤尘器。无风管的抽风系统多用于机柜内各元件冷却表面风阻较小的设备。当各单元有热敏感元件时，为防止上升气流流过热敏感元件，就需用专用的抽风管道。此时，上下各单元互不通气，气流方向如图8-9（b）所示，进风口开在机柜两侧，并装防尘器。4.强制风冷

强制风冷是利用风机进行抽风或鼓风，以提高设备31（2）鼓风冷却鼓风冷却可分为有鼓风管道和无鼓风管道两种，如图8-10所示。

鼓风的特点是风压大，风量比较集中。适用于各单元需要有专门风道冷却，风阻较大、元件较多的情况下。图8-10（a）为有风管形式，这样便于控制各单元的风量。图8-10（b）为无风管形式，适用于在底层内具有风阻较大的元件，中上层无热敏元件的情况。

除了强制风冷散热以外，对于一些特殊需要的电子设备还可以采用液体冷却、蒸发冷却、半导体致冷和热管装置散热，可根据需要加以选择，读者可参考其他资料。（2）鼓风冷却鼓风冷却可分为有鼓风管道和无鼓风管道两种，328.3.4安装散热器的注意事项在进行热设计时，对功率较大的半导体器件，如大功率三极管、硅整流二极管、单向晶闸管、双向晶闸管、稳压集成电路、各种大功率模块等，必须认真地考虑其散热问题。

半导体器件在工作时要靠散热的方法来降低其温度。对中、小功率晶体管来说，由于其功率消耗很小，一般靠它的外壳散热就可以了。而对于大功率晶体管而言，由于有大量的电流流过集电结，会产生较多的热量，因此必须采用散热措施，常用的方法是把晶体管安装在散热器上，以利于自然对流与辐射换热。

散热器一般用导热性能良好的铜、铝等金属制成，表面涂黑，晶体管装上散热器后，热阻大大降低，最大允许集电极功耗显著增加，一般可增大5倍以上，所以在输出功率大于1W时，晶体管总是要装上适当的散热器。8.3.4安装散热器的注意事项在进行热设计时，对功率较大的331.散热器的形式

散热器的形式很多，常见的有平板型散热器、铝型材散热器、叉指形散热器等。（1）平板型散热器平板型散热器（俗称散热片）是最简单的一种散热器，如图8-11（a）所示。它由1．5～3mm厚的金属薄板制成，一般多为正方形或长方形的铝板或铝合金板。对于一些中、小功率的晶体管，可以直接安装在金属板上进行散热。若要使所占的空间较小，则大多垂直安装，而且垂直安装的热阻比水平安装要小。

（2）铝型材（平行筋片）散热器铝型材散热器是铝合金挤压成型的具有平行筋片的铝型材做成的散热器，如图8-11（b）所示。这种散热器在较大的耗损功率PC下具有较小的热阻RTf又，因而其散热能力强，一般用于大、中功率晶体管的散热器。

（3）叉指型散热器叉指形散热器是用铝板冲制而成的，如图8-11（c）所示。这种散热器制作工艺简单，结构形式多样，可作为中、大功率晶体管的散热用。1.散热器的形式

散热器的形式很多，常见的有平板型散热器、34目前，平行筋片散热器和叉指形散热器已标准化（参见SJ1266-77），并被广泛使用。有关散热器的型号和结构尺寸，请参阅半导体器件用散热手册。2.散热器安装注意事项

（1）散热效果好坏与安装工艺有密切关系，安装时应尽量增大功率器件与散热器的接触面积，降低接触热阻，提高传热效果。

（2）在半导体功率器件工作时实际结温小于最大结温的情况下，应尽量选用体积小、重量轻的规格。

（3）如果要把接触热阻降得低一些，安装时可在功率器件与散热器之间加一层薄的导热硅脂，可以降低热阻25%～30%。

（4）安装时需要在半导体器件与散热片之间垫导电或绝缘垫片时，必须采用低热阻材料，如紫铜箔、铝箔，或薄云母片、聚酯薄膜等。

（5）安装一只半导体器件（如一只金属壳封装的7812三端集成稳压器）时，其安装孔（或一组孔）应该设置在散热器基面的中心，即L/2位置；当安装两只或两只以上半导体器件时，其安装孔（或组孔）的位置，应该认定在散热器基面中心线均等位置上。目前，平行筋片散热器和叉指形散热器已标准化（参见SJ126635（6）半导体功率器件与散热器安装好后，不宜再对半导体功率器件或散热器进行机械加工或整形，否则极易使它们变形，增加接触热阻。紧固散热器时应保证螺钉扭力一致。

（7）单面肋片式散热器适于在电子装备的外部（如安装在机箱外部）作自然风冷。这有利于半导体功率器件的通风散热，又可降低机内的温升。通常将它们安装在机箱后面。

（8）采用自然冷却时，应使散热器的断面垂直于水平面方向；采用强制风冷时，应使气流向平行于散热器的肋片方向。

（9）当半导体功率器件需要绝缘时，应尽可能不用在管壳下垫绝缘片的办法，而采取在散热器与机架（底座）间绝缘的方法。

（10）采用铝型材散热器时，应注意长度与宽度要配合得当，以便于电子装置的总体安排。（6）半导体功率器件与散热器安装好后，不宜再对半导体功率器件368.4电子产品的气侯防护在生产、储运和使用过程中，电子产品会受到各种环境和气候的影响。温度、湿度、气压及空气中的各种化学物质等因素将使设备的结构、材料遭受腐蚀、老化及霉烂等不同程度的破坏，从而引起设备内元器件、零部件的性能变化，绝缘程度下降，甚至发生漏电、短路、直至完全失效。8.4.1气侯防护的要素

由于电子设备的使用环境和工作条件极为复杂多样，为减少和避免环境气候对电子产品的影响，必须考虑以下三个方面：

（1）合理的选用防护材料

这是从根本上提高设备内元器件、零部件抗气候因素影响能力的办法。例如选用耐蚀性良好的金属和非金属（包括油漆漆膜）材料，耐湿性高的绝缘材料以及化学稳定性好的材料等。当然在选用材料时，还会受到一些其它条件的约束，如强度、电气、加工性能和经济性等。因此必须综合考虑各方面因素，选用较理想的材料来制造元器件及零部件。8.4电子产品的气侯防护在生产、储运和使用过程中，电子产37（2）采用恰当的防护方法

对电子设备的整机、元器件、零部件、机壳以及有机与无机绝缘材料等，采用相应的化学和电化学防护方法，可以提高它们抗各种气候因素影响能力。化学和电化学防护方法的选择，与设备、元器件、零部件所采用的材料和使用环境有关。通常的防护方法有：电镀、油漆、化学涂覆等。对于一些在湿热地区或其它特殊气候条件下使用的设备，必须采用一些特殊的防潮湿、防盐雾、防霉菌等化学防护方法。（3）采取相应的结构措施

密封是防止潮湿及其他腐蚀性介质长期影响的的效办法。对于长期工作在恶劣气候条件下和气压很低条件下的电子设备可采用各种密封结构。例如全自动洗衣机的程控电路板在完成焊接组装之后，用透明树脂胶密封，可以较好的起到防潮作用；有的设备机壳采用密封结构，把设备或分机、部件，密闭在外壳内部，使之与外界空气永久地或在一定时间内隔绝，因而防护较为彻底。（2）采用恰当的防护方法

对电子设备的整机、元器件、零部件、38对电子产品影响较大的不利因素有潮湿、盐雾、霉菌以及气压、污染气体等，其中潮湿的影响是最主要的。特别是在低温高湿条件下，使空气湿度达到饱和而使机内元器件、印制电路板上产生结露现象，使电性能下降，故障率上升。对库存设备、闲置设备或周期性停机（例如一班制工作方式）设备的开机通电更容易发生不良现象。潮湿能加速金属材料的锈蚀，在有盐雾和酸碱等腐蚀性物质的空气作用下，金属的腐蚀更加严重。在一定温度下，潮湿能促使霉菌的生长，并引起非金属材料霉烂。因此，防潮湿、防盐雾、防霉菌三者紧密相关，在工艺上应同时进行考虑，习惯上我们称之为防护“三要素”。对电子产品影响较大的不利因素有潮湿、盐雾、霉菌以及气压、污染398.4.2潮湿的防护电子设备防潮的主要目的，就是在生产、储存、运输及使用（存放）过程中，确保各个元器件、零部件和整个产品的工作能力。

受到潮湿空气侵蚀的电子产品，在其元器件或材料表面会凝聚一层水膜，并逐渐渗透到材料内部，从而造成绝缘材料表面电导率增加，体积电阻率降低，介质损耗增加，导致零部件电气短路、漏电或击穿等。潮气还能引起覆盖层起泡甚至脱落，使其失去保护作用。

潮气的侵入会引起电子器件发生下列故障：

电阻器——额定值逐渐增大或减小，直到电阻器断路或短路。

电容器——增大电极回路内的电阻或造成短路，增大电容量、损耗和漏电，出现极板短路，降低击穿电压。

半导体器件——会引起双极型器件反向电流和增益的漂移；引起场效应管的开启电压、沟道电流和跨导的漂移。8.4.2潮湿的防护电子设备防潮的主要目的，就是在生产、储40上述种种变化的结果，必然会降低参数的可靠性或增大偶然失效的几率。参数可靠性的降低，将导致信号失真到使电子设备不能完成其正常功能。偶然失效几率的增大会缩短设备的平均故障间隔时间，增加设备的维护成本。严重时会导致电子设备失效甚至报废。

潮湿对结构材料（金属和介质）的作用也会降低可靠性。使有机材料的介电常数和损耗增大，降低了体电阻、绝缘强度和机械强度。使无机材料表面上所凝结或吸附的潮湿相互作用，出现与腐蚀相联系的现象。

潮气对结构材料作用的结果，可能改变部件的参数；由于介质固有电容和损耗的增大而降低电感的品质因素；增大交叉干扰电平；降低电气安装的接触电阻等。

防潮湿的措施很多，常用的方法有浸渍、灌封、密封、涂覆、干燥剂等。上述种种变化的结果，必然会降低参数的可靠性或增大偶然失效的几411.浸渍

将需处理的元件或材料浸入不吸湿的绝缘漆中，经过一定时间使绝缘液体进入元件或材料的小孔、缝隙和结构件的空隙，这种方法就是浸渍。通过浸渍，可以提高元件或材料的防潮湿性能和其它性能。

浸渍主要用于线绕产品（变压器、电感线圈等）。浸渍时，空隙和气孔被填满，同时在绕组表面形成绝缘层。由于浸渍的结果，提高了电强度和机械强度，以及因排挤出热导率低的空气而改善了线绕部件的导热性。

浸渍有一般浸渍和真空浸渍两种方法。一般浸渍就是在大气压下进行浸渍处理，真空浸渍则是在具有一定真空度的密闭容器中进行浸渍处理。真空浸渍的效果好于一般浸渍，常用于一些关键元器件的防潮湿处理。

常用的绝缘材料有以下几种。

（1）酚醛绝缘漆常用的如1031丁基酚醛醇酸漆，它的流动性和干透性良好，漆膜的耐热耐潮和介电性能较高，可供线圈浸用，但机械强度较差。若用它作防霉覆盖层时，应加0．5%的酸性硫柳汞防霉剂。1.浸渍

将需处理的元件或材料浸入不吸湿的绝缘漆中，经过一42一般零部件用高频酚醛清漆浸渍。高频酚醛浸渍又称胶木化。胶木化就是将零件预热到100℃清除潮气，然后趁热浸渍，最后在120℃烘干。零件胶木化后，强度提高，耐热性好，但变得硬而脆。若要求较高时，胶木化可进行真空浸渍。由于胶木化的固化温度较高，故丝纱包线的线圈不宜作胶木化处理。（2）环氧脂无溶剂绝缘烘漆如H30-1环氧脂无溶剂绝缘烘漆，具有良好的附着力、耐油性和柔韧性也较好，可作为高强度漆包线、玻璃丝包线绕制的线圈和变压器真空浸渍材料。（3）三聚氰胺醇酸绝缘漆如1032三聚氰胺醇酸漆，其热固化性好，漆膜的附着力强，并具有较高的耐热耐潮和介电性能。可作为工作于湿热地带的线圈、玻璃布层压制品和塑料表面的浸渍漆。（4）有机硅聚脂浸渍漆如1050有机硅浸渍漆，具有良好的热固性和浸渍能力，漆膜具有高的耐热、耐寒和介电性能，供长期工作温度为180℃下和短期工作温度为250～300℃的电器线圈作浸渍用。

浸渍剂的选用取决于对元件或材料提出的要求，通常浸渍剂应具有良好的渗透能力、化学中性、表面硬化能力强、良好的附着能力，优良的导热性和耐热、耐冷性。一般零部件用高频酚醛清漆浸渍。高频酚醛浸渍又称胶木化。胶木化432.灌封

灌封在元器件本身或元器件与外壳间的空间或引线孔中，注入热溶状态的树脂、橡胶等有机绝缘材料，冷却后自行固化封闭，形成一个与外界完全隔绝的独立的整体。灌封除可保护电子元件避免潮湿、腐蚀外，尚能避免强烈震动、冲击及剧烈温度变化等对电子元件的不良影响，以提高抗张强度。但此法多适用于小型的单元，部件及元器件，如小型变压器、密封插头、固体电路，微膜组件及集成电路等。

常用的灌封材料有环氧树脂、石蜡、沥青、不饱和聚酯、有机硅橡胶及有机硅凝胶；对于小型变压器及高压插头等元件宜用环氧树脂，以提高防潮性能。

环氧树脂有高温固化和室温固化两种。高温固化的灌封防湿性能好，且强度较高，但其收缩率较大，对线圈的电感L和Q值影响大；室温固化的灌封收缩率较小，对线圈的电感L和Q值影响小，但防潮性能和灌封温度稍差。线圈（如中周、微调电感、滤波器等）常用聚乙烯醇缩丁醛胶来防潮和固定。目前采用有机硅橡胶、有机硅凝胶等灌封材料，亦能起到防护电子设备免受潮湿、霉菌、盐雾、臭氧、灰尘的侵蚀，并能起防震、防冲击的作用。2.灌封

灌封在元器件本身或元器件与外壳间的空间或引线孔中443.密封

防止潮湿最为有效的办法是密封。密封不仅可以防潮，还可以防水、防低气压、防盐雾、防灰尘。密封就是将元器件、零部件或一些复杂的装置，甚至整机安装在不透气的密封盒内，这种防潮手段属于机械防潮。

在密封结构的外表面，可以用高强度的化学涂料进行涂覆或灌注，还可以将密封结构内部抽成真空或填充氮气、氦气等惰性气体，这样不仅在普通大气条件下能达到极为满意的防护效果，即使在湿热带、寒带、地下、水中、高空等恶劣气候条件下，也有良好的防潮效果。

但是，密封防护要比其他防护（如化学涂覆、浸渍、灌封）造价高得多，而且结构工艺也较复杂，不易实现小型化。这是因为金属外壳密封，其内部散热较为困难，元器件排列不能过于紧凑的缘故。3.密封

防止潮湿最为有效的办法是密封。密封不仅可以防潮，454.其它防潮湿手段

除以上介绍的防潮措施外，还可以用蘸渍、涂覆的办法。蘸渍是把待处理的元器件，短时间（几秒钟）浸在绝缘漆中，使元件、零件表面形成一层薄绝缘漆膜，或采用涂覆的办法，在元件表面上涂上一层绝缘漆膜。

作为防潮湿的辅助手段，有时可对某些设备用定期通电加热的方法来驱除潮气，也可以用吸潮剂吸掉潮气。常用硅胶作吸潮剂，它具有很大的吸水性，可吸收它本身重量的30%的水分，硅胶吸水达到饱和时呈蓝紫色，可在120～150℃的烘箱中烘干后继续使用。4.其它防潮湿手段

除以上介绍的防潮措施外，还可以用蘸渍、468.4.3盐雾的防护盐雾是海水被海风吹卷，及海浪对海岸的冲击后，使海水微滴被卷入空中，与潮湿大气结合所形成的一种带有盐分的雾状气体，它主要发生在海上和近海地区。在陆上可因盐碱被风刮起或盐水蒸发而引起。

盐雾对电子产品的危害主要表现为对元器件、材料和线路的腐蚀或改变其电性能（如对高电阻形成旁路等）。如使电子装置内部的零件和电子元器件表面上蒸发析出固体结晶盐粒，引起绝缘强度下降，造成短路、漏电。很细的结晶盐粒若侵入电位器、可变电容器的运动部分会加速磨损。对各种金属和电镀层的进行腐蚀。

盐雾的防护方法主要是在普通电镀的基础上进行改进。或采用密封机壳、机罩，使设备与盐雾环境隔开。对关键元件进行灌封或加其他密封措施。

电镀时应从严格电镀工艺着手，保证镀层厚度，选择适当的镀层种类。8.4.3盐雾的防护盐雾是海水被海风吹卷，及海浪对海岸的冲47（1）严格电镀工艺

镀前进行严格清洗工作。因为工件上存在的锈蚀、油污、脏物等，如不彻底清洗干净，将严重影响镀层与金属基体的结合力，电镀后便会出现镀层变暗、起泡、脱落和针孔等现象。特别是现在广泛采用无氰电镀，使用弱性电解液，如电镀前处理不彻底，会使镀件表面留有少量的油污与杂质，也易造成镀层起泡、变暗和出现针孔。（2）保证电镀层的厚度

镀层厚度与防盐雾能力关系很大。例如，在钢铁上镀镉，防盐雾能力一般比镀锌要强许多。但镀镉层如果少于10μm，在盐雾中的防护能力就很差。而锌镀层只要达到24μm以上的厚度，并使镀层钝化好，在盐雾中也能获得较好的防护能力。由于镀锌比镀镉在价格上要便宜得多，所以常用提高锌镀层的厚度，并结合钝化处理与表面油漆涂覆来代替镀镉，作为防盐雾处理。（1）严格电镀工艺

镀前进行严格清洗工作。因为工件上存在的锈48（3）选择镀层的种类

镀层所用材料不同，抵抗盐雾腐蚀的能力也是不一样的。在普通电镀层中，如果严格控制工艺条件，使镀层厚度与钝化膜都符合热带产品要求，例如，在钢铁表面镀锌、镀镉，在铜和铜合金表面镀镍与镀银，这些镀层经过钝化处理，都会有较好的防盐雾与抗腐蚀能力。若在镀层表面，再增加一层化学涂料（如油漆）的保护膜，则防盐雾与抗腐蚀能力更加提高。

近年来，人们发现在钢铁上镀铅锡合金、镍钴合金等，具有十分满意的抵抗盐雾和海水侵蚀的能力。尤其是铅锡合金价格便宜，所以在电子工业中广泛用作防腐蚀的电镀材料。另外，对一些有特殊要求的电子元器件，也有采用镀铂、镀钯、镀铑等措施的。铂、钯、铑化学性质极为稳定，但这些材料稀少，价格昂贵。（3）选择镀层的种类

镀层所用材料不同，抵抗盐雾腐蚀的能力也498.4.4霉菌的防护霉菌是一种生长在营养基质上而形成的真菌。它不仅生长在土壤中，而且可以在很多非金属材料、有机物、无机物的表面上生长。

霉菌种类繁多。对湿热特别敏感，繁殖力强。最适宜繁衍环境是温度15～35℃、相对湿度高于70%。霉菌的传播途径很多，它的孢子体型极小，大多数直径在1～10μm之间，易于随空气流动而传播。凡是空气能潜入的地方，它都可能进入。元器件上的灰尘、人手留下的汗迹、油脂都能为它提供营养。

霉菌在繁殖的过程中，直接破坏了作为它的培养基的材料，如皮革、橡胶，某些涂料和部分塑料，使材料性能劣化，会造成表面绝缘电阻下降，漏电增加；霉菌侵蚀过的灵敏电子线路，其频率、阻抗特性会发生恶劣变化；霉菌还会破坏元器件和电子装置的外观，使本来漂亮的产品变得暗淡无光。霉菌的代谢物也会对金属材料引起间接的腐蚀。8.4.4霉菌的防护霉菌是一种生长在营养基质上而形成的真菌50霉菌的防护方法有以下几种：

（1）密封防霉通过将设备严格密封，并加入干燥剂，使其内部空气干燥、清洁，这是防止霉菌生长的最有效措施。密封干燥，不仅可以防止霉菌侵入，而且可以阻止霉菌生长。

（2）控制环境条件霉菌的生长需要一定的温度和湿度条件，可以在生产车间、库房等采用空调或其他措施以消除霉菌生长条件。此外，用足够的紫外线辐射、日光照射，以及定期对电子设备通电增温，也能有效地阻止霉菌生长。（3）使用防霉材料一般含有天燃有机物的材料，如皮革、木材、纸制品等极易受霉菌侵蚀；而象石英粉、云母等无机材料，则不易长霉。因此电子设备应采用以玻璃纤维、石棉、云母、石英等为填料的压塑材料和层压材料；橡胶宜采用氟橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶等合成橡胶；粘结剂及密封胶宜采用以环氧、有机硅环氧等合成树脂（或合成橡胶）为基本成分的粘结剂；绝缘浸渍则宜用改性环氧树脂漆和以有机硅为基本成分的油漆。霉菌的防护方法有以下几种：

（1）密封防霉通过将设备严51（4）防霉处理用防霉剂处理零件和整机，其防霉效果显著，已为国内外普遍使用。表8-3列出了常用防霉剂品种及主要用途。

表8-3常用防霉剂及其主要用途名称化学分子式主要用途醋酸苯汞C3H8O2Hg供纸、纺织材料及防霉漆作防霉处理剂油酸苯汞C24H38O2Hg供清漆和磁漆作防霉剂酸性硫柳汞C9H10O2Hg供浸渍漆和电缆用蜡克漆作防霉处理剂对硝基酚C6H5O3N供油漆、涂料及皮革作防霉处理剂8-羟基奎林铜(C9H6ON)2Cu供电缆塑料、油漆、涂料及纺织品作防霉处理剂2、4-二硝基氟苯C6H3O4N2F供涂料作防霉处理剂环烷酸铜供电线、电缆等保护层中的纱、麻作防霉处理剂（4）防霉处理用防霉剂处理零件和整机，其防霉效果显著，已52防霉剂的使用方法有喷涂法、浸渍法和混合法三种形式：

①喷涂法：把防霉剂和渍漆混合，喷涂于整机、零件和材料表面。

②浸渍法：制成和霉剂稀溶液，对材料进行浸渍处理。

③混合法：把防霉剂与材料的原料混合在一起，制成具有防霉能力的材料。

各种防霉剂都具有不同程度的毒性或难闻气味，使用时应注意劳动保护。防霉剂的使用方法有喷涂法、浸渍法和混合法三种形式：

①喷涂法538.4.5金属构件的防腐蚀电子产品中的很多零部件和元器件都是由金属材料构成的。金属材料和周围腐蚀介质发生化学或电化学作用，从而导致金属的腐蚀。腐蚀从金属表面开始逐步深入内部，使金属零件的机械性能变坏甚至失效；用于导电的金属零件也将剧烈降低导电性能，增加损耗或产生接触不良；机械传动系统的精度降低；电磁元器件的参数改变等不良后果。金属部件防腐蚀措施如下：1.选择合适的材料

与金属材料接触的介质对材料的耐蚀性能有着十分突出的影响。选材时，首先要弄清腐蚀介质的种类、腐蚀强度、pH值以及影响腐蚀性的诸如环境温度、湿度变化情况等各种因素。例如，大气中含有氨时，会使铜和铜合金的腐蚀加剧，而对镍却不产生影响。大气中含有大量硝酸盐时，Cu-Ni-Zn合金易产生腐蚀疲劳，而不锈钢则无此弊病。又如，在海水腐蚀条件下，高合金钢、钛和钛合金、白铜等均为优越耐蚀材料。8.4.5金属构件的防腐蚀电子产品中的很多零部件和元器件都54为求得更好的防蚀效果，在某些条件下，可以考虑选用非金属材料代替金属材料。如塑料、玻璃钢、橡胶、陶瓷等，只要使用得当，都可作为电子设备的防蚀材料。目前，在电子设备中，广泛利用工程塑料制造机箱、面板、旋钮、支架、手柄等一般构件和齿轮、链轮、蜗轮、蜗杆等耐耐磨传动机件。2.采用表面涂覆方法

表面涂覆是电子产品中最常用的金属防腐蚀方法。表面涂覆就是在零件表面涂覆一层金属或非金属覆盖层。表面涂覆既可起到保护金属不受腐蚀作用，又可对零件进行装饰，还能满足零件的一些特殊要求，如有些表面涂覆可以提高元器件及设备的电气性能。根据构成覆盖层的物质不同，可将覆盖层分为三类：

（1）金属覆盖层

用电镀、化学镀、喷镀和热浸等方法在金属表面覆盖一层金属。常用作覆盖层的金属有：锌、镉、铜、铬、镍、银、锡、金、铅、铝等及其合金。为求得更好的防蚀效果，在某些条件下，可以考虑选用非金属材料代55（2）化学覆盖层

用化学或电化学方法在金属表面覆盖一层化合物（绝大部分是金属氧化物）的保护膜。常用的有：发蓝、磷化、氧化、钝化等。

（3）涂料覆盖层

涂料涂于零件表面后，能自行起物理化学变化，并干结成一层坚韧的薄膜，使被涂表面与大气隔绝而起保护和装饰作用。常用的涂料有油漆和塑料等。

油漆的作用除了装饰而外，就是对基体（特别是金属）的保护作用。此外，油漆还有一些特殊用途，它可以作为绝缘涂层、导电涂层、三防（防潮湿、防盐雾、防霉菌）涂层，也可用它来印制面板的字符。（2）化学覆盖层

用化学或电化学方法在金属表面覆盖一层568.4.6压力防护和密封大气压力的高低也会对电子产品产生一定程度的影响，尤其是低压时候更是如此。

1.低气压和水下设备的防护

气压的影响主要是指低气压对航空和高海拔地区工作的电子设备的影响。随着高度的增加，气压降低，空气也变得稀薄，空气绝缘强度下降，灭弧困难。

另外，水下和某些海用设备，在深入水下或经常受到海水冲击时，设备就可能进水，由于水中存在着各种离子，会引起短路和击穿。因此，对于使用在这些特殊环境下的电子设备必须采取相应的防护措施。

（1）低气压防护措施

①采用密封结构把设备完全密封起来，可以从根本上解决低气压对设备的影响。

②灌封高耐压的绝缘材料，把空气完全排走而不受气压变化的影响。常用的材料如硅橡胶，其击穿电压可达18kV/mm。8.4.6压力防护和密封大气压力的高低也会对电子产品产生一57（2）水下和某些海用设备的防护措施

①对于潜入深水的设备，将设备装入耐高压的容器内，并采用可靠性高的密封结构。

②对密封设备的外表面，涂覆耐水性好的防锈漆和防污漆，使之不受海生动物和植物的侵蚀。2.密封装置

所谓密封，就是将电子设备的整机或分机、部件装入密封盒内，使之和外界隔绝。它不仅是防潮湿、防盐雾、防霉菌的有效措施，而且可以防止低气压和高水压的影响。在密封盒内根据需要可以充入液体、气体和高压气体，也可以充入氢气、氦气、氮气或绝缘油。充入高压气体或绝缘油可提高抗电强度，充入氢气、氦气、氮气可提高散热能力。

密封装置分为一次性密封和可拆卸密封两种。（2）水下和某些海用设备的防护措施

①对于潜入深水的设备，将58（1）一次性密封一次性密封属于不可拆密封，采用金属板材料经冲压成型的盒形结构。将电子设备或分机、部件装作为盒内后，用焊接的方法与盒盖焊封。不可拆卸密封结构，一般只适用于一次性使用设备。如导弹和卫星上使用的设备，深海电缆的接力站等。对于需要经常修理维护的设备，应采用可拆卸密封结构。

（2）可拆卸密封可拆卸密封的密封盒多用铝铸件，也有的盒体为薄板冲压件，盒盖为铝铸件。它的密封是把橡皮填充在盒体和盒盖之间，当联接螺钉拧紧后，使橡皮变形紧贴在金属表面上从而形成密封。（1）一次性密封一次性密封属于不可拆密封，采用金属板材料598.5电子系统的抗干扰设计8.5.1电磁干扰与电磁兼容问题

在电子产品的内部和周围，存在着由于各种原因所产生的电磁波。如果这些电磁波不是正常工作所需要的，就会对电路产生干扰。

电子产品的内部和外部充满着各种电磁干扰信号，而电子设备本身对于其他的设备而言又是一个干扰信号源。所谓内部电磁干扰，是指设备内部电路单元之间、元器件之间及导线之间的电磁方面的干扰。所谓外部电磁干扰，是指设备除要接收的电磁波以外的电磁波，这些电磁波是通过外壳、天线及各种输入馈线等途径输入设备内部的的。提高设备的抗干扰能力同时降低电子设备本身对周围电磁环境的污染，这是近几十年来备受重视的电磁兼容（EMC）问题。为此已经制订了相应的国际、国家及行业标准和规范。这些标准包括对电磁干扰的控制要求、安全限制、测量方法等，在设计电子系统时应参照执行。8.5电子系统的抗干扰设计8.5.1电磁干扰与电磁兼60电子产品的抗干扰问题也是电磁兼容问题之一。电磁兼容性是指：在不损失有用信号所包含的信息条件下，信号和干扰共存的能力。电磁兼容性是评价一台电子设备对环境造成的电磁污染的危害程度和抵御电磁污染的能力。

电子产品在设计、制造、使用过程中，必须注意干扰对电路的工作及性能的影响。干扰对电子设备可形成不同程度的危害，轻则可使设备的性能指标下降，重则可使设备不能正常工作，甚至可使机内较为脆弱的半导体器件击穿或烧毁。所以，电子产品在设计、制造时需要解决的一个主要问题就是抑制干扰。要使一件电子产品有抑制干扰的良好性能，就需要在电路设计、结构设计以及元件选择、制造、装配工艺等方面采取抗干扰措施。

此外值得注意的是静电干扰，在干燥的气候条件下，人体可带有上万伏的感应静电。此时，如果触摸甚至靠近MOS类高阻抗器件，很可能导致器件损坏。因此，在生产、储运和使用时都要充分考虑这一点。电子产品的抗干扰问题也是电磁兼容问题之一。电磁兼容性是指：在618.5.2干扰的类型1.按干扰途径分类

电子产品工作时受到的干扰，可分为两种情况：一是场的干扰，电场干扰、磁场干扰、电磁场干扰都属于场的干扰；二是电路的干扰，公共阻抗的耦合、地电流干扰、馈线传导干扰、漏电流干扰等属于电路引入的干扰。

2.按传输方式分类

干扰源有辐射式和传导式两种。辐射式干扰是指任何不希望有的射频信号，如未加屏蔽的点火系统，从转换器、继电器、无线电发射机泄漏出来的射频能量。传导式干扰，是指通过天线引入电缆、电源线、信号线或控制电缆，以直接或电感电容耦合方式传输的任何不希望有的信号。

3.频谱分类

有窄带式干扰和宽带式干扰。窄带式干扰为杂散响应，在个别等幅波频率上的寄生振荡、谐波或其他振荡；宽带干扰为周期的或非周期的射频脉冲。8.5.2干扰的类型1.按干扰途径分类

电子产品工作时624.按干扰源的部位分类

1）内部干扰

它包括内部线路布局工艺不当，通过导线、元器件的分布电容、分布电感、漏电阻等产生寄生耦合而形成的内部组件相互干扰；电子产品内部的电路与电路之间通过公共电源的内阻，接地回路公共阻抗等的耦合，造成级间反馈和干扰；元器件质量不好、虚焊、接插件的接触不良、金属件装置松动、屏蔽体接地不良、元器件的噪声等；电路动作时产生的脉冲干扰等。

2）外部干扰

外部干扰有自然干扰源和人为干扰源两种。

自然干扰是自然现象引起的，如宇宙射线、太阳黑子、耀斑、流星雨、雷电等伴随的电磁活动。这些干扰信号常常造成通信、广播的中断，造成设备的损坏。

人为干扰是指各种工业干扰，即各类电气设备所引起的电火花，如继电器、接触器、断路器、开关等接点电火花、直流电机整流子碳刷电火花、车辆的点火电火花污染等。此外如高频加热设备、脉冲电腐蚀、晶闸管类电子装置以及电台发射的无线电波等所产生的电磁场干扰。这些干扰，都有可能使得设备不能按预期设计的性能工作。4.按干扰源的部位分类

1）内部干扰

它包括内部线路布局638.5.3干扰传播的途径干扰信号可通过传导和辐射两种途径作用于电子设备。电子设备中的导线、元器件、结构体等都能形成传导和辐射耦合的通道。它们有时有起着天线的作用，发射和接收干扰电磁波。

凡是能辐射电磁能量并影响其它电路工作性能的都称之为感应源（干扰源）。另外，导线经过有干扰的环境时，即拾取干扰信号并经导线传导到电路而造成对电路的干扰。干扰线路（载流导线）对其附近的周围线路产生电磁耦合而形成干扰。在图8-12中对各种耦合方式进行了归纳与划分。8.5.3干扰传播的途径干扰信号可通过传导和辐射两种途径648.5.4抗干扰设计方法为避免干扰带来的影响，应根据不同的干扰源采取不同的对策。大体上可以从三个方面着手：一是消除干扰源，主要针对人为干扰而言。二是阻断干扰途径，采取屏蔽措施。三是分离有用信号和干扰信号，干扰信号本身占据一定频带及空间方位，有的出现于一定的时间段，它们有不同的传播通道。可设法在时域、频域及方位上使干扰信号与电子设备本身的工作信号分开，常用的载波技术可以有效地从频率上将两者分开；还有一种办法是“给出路”，采用退耦、滤波、旁路等方法来消除干扰信号。这往往可获得很好的效果。

电子产品中常用的抗干扰措施如下：

1.屏蔽

屏蔽就是用导线或导磁材料制成罩（盒、壳、板和栅等），通过它将电磁场限制在一定的空间范围内，使电磁场不易从屏蔽物的一面传递到另一面，从而避免了电磁场干扰的扩散。根据其功能的不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。8.5.4抗干扰设计方法为避免干扰带来的影响，应根据不同65电导性直接传导耦合电容性电感性传导耦合公共阻抗耦合公共阻抗共电源耦合转移阻抗耦合天线对天线辐射耦合导线对导线场对电缆

图8-12耦合的分类

66（1）电场屏蔽

电场屏蔽是指静电或电场的屏蔽，用于防止或抑制寄生电容耦合，隔离静电或电场干扰。最简单的方法是在感应源与受感电路之间加一块接地良好的金属板，就可以把感应源的寄生电容短接到地，达到屏蔽的目的。如果感应源与受感电路同处于一个屏蔽盒中，即使不在两者之间加一块金属隔板，而在其上面加一块金属盖板，所得到的屏蔽效果也是一样的。

为提高屏蔽效果，屏蔽盒的盖与盒体之间接触电阻应尽可能小，可盒体之间安装梳形簧片。另外，还可以采用双层屏蔽盖结构进一步提高屏蔽效能。如图8-13所示。（1）电场屏蔽

电场屏蔽是指静电或电场的屏蔽，用于防止或抑制67（2）磁场屏蔽

磁场屏蔽是指恒磁场屏蔽或低频磁场的屏蔽，用于防止磁感应，抑制寄生电感耦合，隔离磁场干扰。随着频率的不同，磁场屏蔽采用的材料也不一样。

当工作频率低于100kHz时，磁场屏蔽常用高频磁导率的铁氧体材料（如铁、硅钢片、坡莫合金等），并要使屏蔽体有足够的厚度，其原理是利用铁磁材料的高导磁率对干扰磁场进行分路。有时为取得良好的屏蔽效果，往往需要采用多层屏蔽。对于高频磁场来说，必须采用低电阻率的良好导体材料，如铜、铝等。它是利用电磁感应现象在屏蔽壳体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽目的，或者说是利用了涡流反磁场对于原干扰磁场的排斥作用。由于电流的集肤效应，所以高频屏蔽罩不必做得很厚，且没有接地也不影响屏蔽效果。如果将金属导电材料做的屏蔽罩接地，则它就同时具有电场屏蔽和高频磁场屏蔽的作用。（2）磁场屏蔽

磁场屏蔽是指恒磁场屏蔽或低频磁场的屏蔽，用于68（3）电磁场屏蔽

电磁场屏蔽，是指对电场和磁场同时加以屏蔽。用于防止或抑制高频电磁场的干扰。

方法是用一块金属板放在感应源和受感电路之间。感应源辐射出来的电磁波（干扰磁场）通过金属板时，金属板产生感应涡流。涡流的反磁场将抵消一部分入射波的干扰磁场，可认为是被金属板吸收了一部分电磁能量（吸收损耗），使干扰场通过金属板时受到衰减，从而产生屏蔽效果。此外，由于电磁波从理想介质（空气）进入金属板时要产生反射（包括内表面反射和外表面反射）。由于反射，又抵消了一部分电磁能量（反射损耗），使干扰磁场受到衰减，从而又产生部分屏蔽效果。同时，干扰磁场通过金属板时，在金属板内部还会产生多次反射。因此，金属板总的电磁屏蔽效果为各部分之和。

电磁屏蔽罩必须采用优良导体材料制成，其性能与材料种类及厚度等有关。通常用高导磁材料，如坡莫合金等制成罩。屏蔽罩的散热孔大小应经过计算。在进行结构设计时，常利用设备外壳作屏蔽，应注意与电路地良好的搭接。若采用塑料机壳，则应将塑料表面金属化，可在塑料制件的内层喷涂金属作为屏蔽层。（3）电磁场屏蔽

电磁场屏蔽，是指对电场和磁场同时加以屏蔽。69在信号传输途中，可以采用双绞线、同轴电缆来屏蔽电场、磁场式的电磁干扰。屏蔽导线接入电路时，只要将屏蔽层在一端接地，则中心导线信号电流在屏蔽层上感应出的电荷就被泄放入地。2.退耦

在电源电路上给形成干扰的信号以一定出路，使其不对后面的各级放大电路产生影响，这种做法就叫做退耦。

由于电源内部存在一定内阻RS，电源连接具有分布电感L和分布电容C，当负载电流突然改变，或放大电路工作于一定的频率时，电源的输出电压会随之变化，因而产生干扰信号。若该干扰信号进入放大电路，满足某一频率的相位条件，就会引起低频自激振荡。为此可在电源端对地并接一个电容，形成低阻抗回路，等于给干扰信号提供了出路。这样干扰信号就不会影响后面的放大电路了。如图8-14所示。在信号传输途中，可以采用双绞线、同轴电缆来屏蔽电场、磁场式的70为强化退耦作用，还可以采用RC退耦和晶体管退耦电路。如图8-15所示。

通常电路中退耦电容的容量较大，一般在5～50μF，如图（a）中C1，为了使低频和高频时都具有良好的退耦效果，有时退耦电容器用一个大容量的电容器和一个小容量的电容器（0．01～0．047μF）并联使用。其中小容量的电容器因漏阻小而提高了高频时的退耦效果。退耦电阻Ｒ越大效果越好，但压降也相应增大。因此可采用图（b）所示的晶体管退耦电路，其特点是动态电阻大，静态电阻小，不仅退耦效果好，而且压降也很小。为强化退耦作用，还可以采用RC退耦和晶体管退耦电路。如图8-713.滤波

由电源电路引入的干扰，可能采用滤波的方法予以削弱和消除。通过滤波器使信号与干扰在频谱上分离，达到排除干扰的目的。为了减少宽带噪声干扰，在可能的条件下，使电路的各个环节做成窄带，以限制噪声。对来自电网中的干扰通过进线处的LC低通滤波来抑制。特定频带干扰信号通常采用陷波滤波器滤除。

能够让某些频率的电流通过，而不让另一些频率的电流通过的四端网络统称为滤波电路（滤波器）。根据所通过的频带不同，又分为低通，高通、带通和带阻滤波器。

（1）电源滤波

滤波器是抑制干扰最有效的手段之一。特别是用RC和LC滤波网络，可把电路和电源隔离，避免干扰进入电路。图8-16（a）是RC低通滤波器，图8-16（b）是LC低通滤波器。对LC滤波器中的电感线圈应加屏蔽措施，以防止其向外发射。3.滤波

由电源电路引入的干扰，可能采用滤波的方法予以削弱72图8-16电源滤波器图8-16电源滤波器73（2）高频滤波

在高频电路中，为了防止干扰侵入及电路的高频辐射，常采用屏蔽和滤波相结合的方式。所有引进或引出屏蔽盒的引线，都要进行滤波，所有滤波器、电容器和屏蔽接地的引线愈短愈好。高频电路的滤波方法如图8-17所示。图中C2