电子产品振动冲击设计

前言任何产品都处于一定的环境之中，在一定的环境条件下使用、运输和贮存。因此都逃脱不了这些环境的影响。特别恶劣的条件下工作的产品更是如此。产品环境适应性水平高低的源头是环境适应性设计，因此要研制出一个环境适应性好的产品，首先抓的是环境适应性设计，设计奠定了产品的固有环境适应性。（一）电子产品振动冲击设计现有的标准两大标准体系：1、民（商用）标准体系-（国际电工委员会）标准体系当今国内外在环境适应性规范和标准上有许多标准和方法,但归纳起来为二大体系：一类是以IEC（国际电工委员会）为主体的国际通用的民用(商用)产品的环境适应性规范和标准体系,它是国际贸易中民用(商用)产品的环境适应性水平要求的共同语言、统一准则，它是以欧洲资本主义国家为主导制订的，可以说它是欧洲资本主义国家环境适应性现状和水平的反映。我国自80年代开始采用等效或等同的方法先后将TC50（环境试验）、TC75（环境条件）制订（转化）成环境适应性试验国标（GB/T2423系列标准）与环境适应性条件国标（GB/T4798系列标准）。国标与IEC标准的特点是：环境适应性条件系列化、模拟试验方法（程序）经典、试验再现性高、不确定度好。2、军标体系另一类是军用产品的环境适应性规范和标准体系，最有代表性为美国的MIL标准和英国国防部07-55标准。我国自80年代开始采用等效或等同的方法先后将相同专业的美国MIL标准转换为我国军标，美国军标的特点是工程应用性好，特别是标准中的环境条件要求来自同类产品的平台环境条件。（二）环境适应性的设计内容电子设备在运输、储存和使用过程中要经受到多种多样的、错综复杂的环境条件。按对影响产品的环境因素来分，有下面几种环境因素：①气候条件；②机械条件；③生物条件；④辐射条件；⑤化学活性物质；⑥机械活性物质。1、按对环境适应性设计专业可分为：①耐高低温设计；②防潮设计；③抗振与缓冲设计④防生物侵害设计；⑤防腐蚀设计；⑥防尘、⑦防雨(水)设计；⑧防太阳辐射设计。2、环境适应性设计步骤（1）确定产品寿命期的环境剖面（2）明确产品的平台环境条件（3）制订环境适应性设计准则（4）环境适应性设计输入验证（5）环境适应性设计评审（三）设计方法任何电子产品都是有众多的元器件、模块、组件、单元等组成，无论它们是大是小，都是要通过结构设计将其安装起来，才能形成所需的功能和性能。对此就需解决三个问题。其一：选用符合抗振缓冲要求的元器件、模块、组件、单元其二：进行抗振缓冲击结构设计其三：采用符合抗振缓冲击要求的安装工艺1、采用符合抗振缓冲要求的结构与工艺a、材料的选用对抗振缓冲而言,材料的选用除考虑静态应力外,更主要根据振动与冲击对结构及支撐所产的动态应力和动态变形来考虑，若所产生的动态应力和动态变形在材料允許的安全工作应力范围，则不需特别设计，若超过则要采取措施，例如：加強、減低慣性矩与弯曲矩效应、或者更进一步的加上支撐构件。假如这些方法还不能將应力減低至安全要求以下，更进一步的办法是減低应力的方法是采用減震裝置。b、紧固件的选用对要经受振动与冲击的紧固件，不能单考虑靜态安裝。更主要的是考虑动态强度。c、元器件的安装从国内外元器件失效分析资料表明，有近一半元器件失效并非由于元器件本身固有质量不高，而是由于使用者对元器件选择不当或缺乏抗振缓冲安装知识造成的1振动与冲击对元器件的影响振动与冲击对元器件的影响主要表现在三方面：（a）振动冲击的作用力超过了元器件的极限承受能力；（b）由于设计不当引起共振，造成元器件过高的响应而导损伤；（c）疲劳损坏，即虽然振动和冲击加速度未超过极限值，但在长时间的作用下，产品及其元器件，零部件因疲劳作用而降低了强度，最后导致损坏。不同的电子元器件对耐冲击振动性能是不一样，产品设计师应充分了解（k）对于插接式的元器件，其纵轴方向应与振动冲击方向一致，同时，应加设盖帽或管罩压紧防止振动与冲击过程中的松动。4印制电路板设计印制电路板较薄，易于弯曲，所以印制板应尽量采用小板结构，电路板最佳形状为矩形，长宽比为3∶2或4∶3。电路板面尺寸大于200x150mm时．应考虑电路板所受的机械强度，即尺寸较大的应有中间加强措施。印制板四周边应尽量无自由边，以提高印制组件的固有频率，避免低频谐振。（a）印制电路板上元器件的安装

位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊，受到振动与冲击后会产生接触不良。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。印制电路板上元器件的安装重量超过15g的元器件、或每一引头重量超过7克及直径超过1.3厘时应夹紧或用其它方法固定在印制电路板上，然后焊接，以防止振动而引起疲劳断裂。印制电路板上元器件的安装还可见上面有关元器件、集成电路、半导体器件的安装等的安装要求。印制电路板缓冲设计只要要考虑两个方面问题，一是印制电路板的尺寸，二是印制电路板安装固定方式。印制电路板尺寸印制电路板尺寸越大，其谐振频率就越低，防振特性也越差。如板面尺寸过大，必须对其进行加固设计，如增设肋条并将大而中的元器件尽可能安置在印制电路板的近固定端，以提高装配板固有频率，增加防振能力。但也并非尺寸越小越好，还要兼顾其它特性，进行权衡设计，如果印制电路板尺寸过小，不能安装下整个完整电路，对装调会带来困难，不便维修更换。同时，还会增加板数和接插件，从而减低印制电路板的抗振缓冲性能，因为板数和接插件必然增加受振动与冲击后松动地方。印制电路板抗振安装印制电路板在产品中应平行于振动与冲击方向安装，尽量避免垂直于振动与冲击