淺析提高電子設(shè)備整機(jī)可靠性措施

奚 慧

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

淺析提高電子設(shè)備整機(jī)可靠性措施

奚 慧

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

電子設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，其可靠性越來(lái)越受到重視。影響電子設(shè)備整機(jī)可靠性的因素很多，其中設(shè)計(jì)、工藝及現(xiàn)場(chǎng)裝配是不可忽視的幾個(gè)重要因素，三者相輔相成，任一環(huán)節(jié)的疏忽都會(huì)影響產(chǎn)品的可靠性。文中從上述3個(gè)方面及電子裝聯(lián)工藝的角度介紹了提高電子設(shè)備整機(jī)可靠性的一些措施并提出了一些建議。

設(shè)計(jì)；可靠性；可生產(chǎn)性；操作

引 言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，組成電子設(shè)備整機(jī)的元器件集成度越來(lái)越高，功能越來(lái)越復(fù)雜，體積越來(lái)越小，使電子設(shè)備整機(jī)中功能組件的工作環(huán)境越來(lái)越苛刻，需要解決的問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜[1]。如散熱、絕緣、電磁兼容環(huán)境適應(yīng)性等，因此對(duì)結(jié)構(gòu)、電訊、工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)裝配提出了更高要求。影響電子設(shè)備整機(jī)質(zhì)量和可靠性的因素很多，其中設(shè)計(jì)、工藝及現(xiàn)場(chǎng)裝配是不可忽視的幾個(gè)重要因素。合理的設(shè)計(jì)、優(yōu)良的工藝及精湛的裝配技能是電子設(shè)備高質(zhì)量的可靠保證，三者相輔相成，相互制約，任一環(huán)節(jié)的疏失都會(huì)影響產(chǎn)品的可靠性。本文從電子裝聯(lián)工藝的視角，對(duì)設(shè)計(jì)、工藝及現(xiàn)場(chǎng)操作3個(gè)方面影響電子設(shè)備整機(jī)可靠性的因素進(jìn)行了分析討論，提出了解決措施及建議。

1 整機(jī)設(shè)計(jì)

電路、結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)是構(gòu)成電子設(shè)備整機(jī)設(shè)計(jì)的3大技術(shù)要素。軍用電子設(shè)備整機(jī)設(shè)計(jì)(結(jié)構(gòu)與電路)必須符合國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]，在滿足電路性能各項(xiàng)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，還必須考慮裝配的可生產(chǎn)性。如果疏忽了對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的控制或缺乏有效的控制手段，脫離了本企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐，就會(huì)造成電子設(shè)備整機(jī)可靠性的下降。設(shè)計(jì)決定了電子設(shè)備整機(jī)的固有可靠性，如果設(shè)計(jì)不具備可生產(chǎn)性或設(shè)計(jì)不合理，就不能保證整機(jī)裝配順利進(jìn)行，或雖然勉強(qiáng)完成整機(jī)裝配卻使整機(jī)可靠性受到影響。

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)和使用環(huán)境。在

滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，首先考慮對(duì)原材料、元器件的正確選擇。其次對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以具有較強(qiáng)的可生產(chǎn)性，如內(nèi)部散熱器件的布置或散熱系統(tǒng)布局；整機(jī)產(chǎn)品在運(yùn)輸、工作以及可能遇到的意外狀態(tài)下的抗震能力的設(shè)計(jì)；產(chǎn)品的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，各組件盡量均勻布置，并將重量較大的組件布置在底層中心，以降低整機(jī)重心增加設(shè)備穩(wěn)定性等。此外還要充分考慮調(diào)試及后續(xù)維修、維保的便利性和可操作性，在有限的空間內(nèi)，最大限度地保證裝配、調(diào)試、維修工作的操作空間，如易損壞或更換頻率較高的組件應(yīng)布置在方便拆卸的位置，且拆卸時(shí)不會(huì)對(duì)其他組件產(chǎn)生影響。

整機(jī)布局設(shè)計(jì)時(shí)，還須根據(jù)電路的功能性要求及裝配工藝要求進(jìn)行合理的線纜布線路徑設(shè)計(jì)，確保設(shè)備中各類高頻電纜、光纖光纜、電源線纜與信號(hào)線纜等各自有充分的布線路徑及空間，防止線纜間電磁干擾。在電子設(shè)備整機(jī)的線纜布線設(shè)計(jì)中還應(yīng)特別重視線纜固定措施的設(shè)計(jì)，確保線纜得到充分固定，以避免線纜本身及連接處因受力帶來(lái)的可靠性隱患。

整機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能避免裝配中的配加工設(shè)計(jì)，如零部件等配打孔、尺寸配做等，以免金屬屑等多余物殘留，影響產(chǎn)品的可靠性。若現(xiàn)場(chǎng)配裝不可避免，則必須做好防護(hù)措施和處理措施，防止和消除多余物。

1.2 電訊設(shè)計(jì)

電訊設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備技戰(zhàn)術(shù)功能的主要途徑，起著尤為重要的作用。從提高整機(jī)可靠性需求出發(fā)，對(duì)電訊設(shè)計(jì)有與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相似的共性要求[2]，如電路設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、具有良好的可生產(chǎn)性、充分適應(yīng)使用環(huán)境等。電訊設(shè)計(jì)也有其特殊要求，特別是隨著電子元器件的小型化、高密度化和功能的多樣化、集成化，應(yīng)不斷采用新的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。如得益于模塊化、集成化進(jìn)步的重要部件冗余優(yōu)化設(shè)計(jì)，著眼于良好電磁兼容和環(huán)境適應(yīng)性的電路保護(hù)設(shè)計(jì)；著眼于大幅減少線纜連接的基于母板的三維互聯(lián)設(shè)計(jì)，著眼于大幅降低潛在互聯(lián)缺陷的多功能、集成化電連接設(shè)計(jì)等。實(shí)踐表明，上述措施可有效提高電子設(shè)備整機(jī)的可靠性及使用壽命，本文在這里不做進(jìn)一步介紹。

1.3 熱設(shè)計(jì)

熱設(shè)計(jì)正越來(lái)越成為制約電子設(shè)備工作可靠性的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)前，電子設(shè)備自身工作產(chǎn)生的熱量不斷增大，若不及時(shí)把這些熱量有效散發(fā)出去，將嚴(yán)重影響電子設(shè)備整機(jī)系統(tǒng)的可靠性[3]。對(duì)散熱要求高的電子設(shè)備，傳統(tǒng)的外部冷卻設(shè)計(jì)已不能滿足其散熱要求，需要新的和更有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。如涉及的發(fā)熱組件及元器件布置位置需有利于散熱，且發(fā)熱組件要遠(yuǎn)離熱敏感元器件，以免元器件受熱損壞或參數(shù)發(fā)生變化，影響整機(jī)電性能，造成整機(jī)故障。散熱設(shè)計(jì)可采用通風(fēng)孔、散熱器、強(qiáng)迫風(fēng)冷、冷板乃至整體液冷等冷卻技術(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，針對(duì)不同情況采取適宜的散熱方法，有效排出熱量，控制元器件的工作溫度低于規(guī)定的極限溫度，保證元器件長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠工作，從而保證整機(jī)長(zhǎng)時(shí)間可靠連續(xù)工作。

1.4 電磁兼容設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品體積越來(lái)越小，組件的元器件密度越來(lái)越高，設(shè)備內(nèi)元器件間、組件間的電磁干擾也日益復(fù)雜。因此在進(jìn)行組件及元器件布局設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮電磁兼容性，即整機(jī)內(nèi)各組件及元器件布局須有利于抑制和消除組件間、元器件間的電磁干擾，必要時(shí)采取屏蔽措施切斷電磁波傳播途徑，達(dá)到屏蔽效果。如：對(duì)大電流開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)及繼電器采取屏蔽措施，并將屏蔽層(殼體)就近接地(機(jī)殼)；電源變壓器、電感器用磁屏蔽方法屏蔽磁干擾等。

2 工藝設(shè)計(jì)及實(shí)施

電子設(shè)備工藝設(shè)計(jì)與電訊、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是緊密相連、互為依存的。電訊和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵照“設(shè)計(jì)要為制造而設(shè)計(jì)”，“設(shè)計(jì)、工藝及制造三者之間是相輔相成、相互缺約關(guān)系”這一設(shè)計(jì)理念來(lái)提高整機(jī)產(chǎn)品的可靠性[4]。但同時(shí)必須正確清醒地認(rèn)識(shí)到：工藝必須服務(wù)于設(shè)計(jì)，加強(qiáng)關(guān)鍵工藝技術(shù)、先進(jìn)工藝技術(shù)的預(yù)先研究，在滿足可生產(chǎn)性的前提條件下，盡可能保證設(shè)計(jì)要求的實(shí)現(xiàn)，是電子設(shè)備裝聯(lián)工藝設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和著眼點(diǎn)。必須使工藝技術(shù)和工藝文件切實(shí)起到有效指導(dǎo)生產(chǎn)的作用且具有較強(qiáng)的可操作性，這也是進(jìn)一步提高電子設(shè)備可靠性的必要途徑之一。

2.1 設(shè)計(jì)可制造性工藝審查

電子設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須通過(guò)工藝這個(gè)中間環(huán)節(jié)進(jìn)而轉(zhuǎn)入生產(chǎn)過(guò)程，裝聯(lián)設(shè)計(jì)的工藝審查是電子裝聯(lián)工藝工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。即以可組裝性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、電路可靠性設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，審查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)文件及要求是否符合可生產(chǎn)性要求，是否與生產(chǎn)條件相匹配，有無(wú)新材料、新器件、新工藝應(yīng)用需求。

近年來(lái)，隨著電子設(shè)備三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的推進(jìn)，傳統(tǒng)的二維紙質(zhì)圖紙逐漸被三維電子模型所代替，這在提供了更直觀更形象的電子設(shè)備內(nèi)部裝聯(lián)結(jié)構(gòu)和互聯(lián)關(guān)系的同時(shí)，也給工藝人員提出新的更高要求，需要工藝人員熟練掌握和運(yùn)用三維模型，并借助于專業(yè)的工藝軟件模擬仿真裝配、布線，對(duì)可能影響產(chǎn)品可靠性的因素進(jìn)行深層次挖掘并及時(shí)反饋設(shè)計(jì)修改或完善，從而在源頭上控制并提高整機(jī)產(chǎn)品的可靠性[5]。對(duì)設(shè)計(jì)可制造性審查控制點(diǎn)和要點(diǎn)的積累是重要的工藝知識(shí)庫(kù)，應(yīng)持續(xù)總結(jié)、更新、迭代。

2.2 關(guān)鍵工藝技術(shù)預(yù)先研究

提高電子設(shè)備整機(jī)可靠性必須以技術(shù)進(jìn)步為基礎(chǔ)，面對(duì)大量新材料、新器件的應(yīng)用和新設(shè)計(jì)的采用，新技術(shù)、新工藝預(yù)先研究和攻關(guān)不可或缺。工藝人員應(yīng)保持對(duì)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的高度敏感性，提高技術(shù)發(fā)展的前瞻性，密切跟蹤新材料、新器件的發(fā)展趨勢(shì)，洞悉電子設(shè)備的發(fā)展需求和趨勢(shì)，能夠充分預(yù)判新材料、新器件、新技術(shù)的應(yīng)用需求并及時(shí)開(kāi)展對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)研究。以此為基礎(chǔ)，將對(duì)設(shè)計(jì)需求的呼應(yīng)和對(duì)設(shè)計(jì)方向的引領(lǐng)有機(jī)結(jié)合，做到有的放矢，起到事半功倍的效果。不要被動(dòng)地等待產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)再去研究先進(jìn)工藝技術(shù)、工藝方法，匆忙上陣進(jìn)行工藝試驗(yàn)并被動(dòng)應(yīng)用，導(dǎo)致的結(jié)果往往事與愿違，從而影響到整機(jī)產(chǎn)品的可靠性。

2.3 工藝文件設(shè)計(jì)與實(shí)施

工藝文件設(shè)計(jì)是將圖紙?jiān)O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為制件實(shí)物的重要環(huán)節(jié)，是設(shè)計(jì)與制造聯(lián)系的橋梁，是操作人員完成電子設(shè)備裝配的生產(chǎn)性指導(dǎo)性依據(jù)，是保證電子設(shè)備整機(jī)裝配質(zhì)量與可靠性的重要文件。

工藝文件的設(shè)計(jì)不僅須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還須特別強(qiáng)調(diào)可操作性，能夠在生產(chǎn)中切實(shí)起指導(dǎo)作用。對(duì)于有特殊加工要求的組件或關(guān)鍵工藝必須開(kāi)展預(yù)先研究或技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)并實(shí)踐驗(yàn)證，明確所需的工藝參數(shù)、操作方法和控制要點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造必要的工具工裝等以有效保證產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)。工藝文件中對(duì)易于產(chǎn)生問(wèn)題或錯(cuò)誤的操作過(guò)程應(yīng)詳述說(shuō)明，最好采取圖文并茂的方式。必要時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)關(guān)鍵步驟設(shè)置關(guān)鍵工序，進(jìn)行工藝評(píng)審，提高生產(chǎn)指導(dǎo)性。工藝文件還應(yīng)具有良好的繼承性和通用性，按總結(jié)提煉的工藝規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、模版進(jìn)行設(shè)計(jì)和編制，不能因人而異，從而保證產(chǎn)品具有持續(xù)的可靠性。

工藝實(shí)施的主要工作是現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和監(jiān)督工藝文件的執(zhí)行，答疑解惑，解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種生產(chǎn)問(wèn)題，同時(shí)及時(shí)檢查修正和完善工藝文件，不斷提高工藝文件的指導(dǎo)性和可操作性。

2.4 特種工藝和特殊過(guò)程管理

電子設(shè)備裝配過(guò)程中涉及大量的特種工藝和特殊過(guò)程，如焊接、壓接、清洗、加固、三防等。特種工藝和特殊過(guò)程的生產(chǎn)結(jié)果往往不能或不易進(jìn)行直觀經(jīng)濟(jì)的檢驗(yàn)，如果控制不好，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性都有很大影響。對(duì)電子設(shè)備裝配過(guò)程中特種工藝和特殊過(guò)程的控制和管理工作必須要給予充分的重視，嚴(yán)格按照質(zhì)量體系對(duì)特殊過(guò)程制訂全面細(xì)化的管理要求并執(zhí)行，對(duì)特殊過(guò)程涉及的“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”各個(gè)要素進(jìn)行有效控制，充分開(kāi)展特殊過(guò)程的確認(rèn)再確認(rèn)工作和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝紀(jì)律執(zhí)行情況的監(jiān)督檢查，保證生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制措施的持續(xù)有效。

3 操作人員

電子設(shè)備整機(jī)的可靠性不僅取決于合理的結(jié)構(gòu)、電訊、工藝設(shè)計(jì)，也依賴于操作人員的技術(shù)水平及質(zhì)量意識(shí)。操作人員必須具備整機(jī)裝配的必備基礎(chǔ)知識(shí)，熟練掌握電子裝配相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及操作規(guī)范，在裝配過(guò)程中，必須嚴(yán)格按工藝文件指導(dǎo)進(jìn)行生產(chǎn)操作。

隨著電子設(shè)備整機(jī)技術(shù)含量和工藝技術(shù)水平的提高，對(duì)操作人員的裝配技能水平要求也越來(lái)越高。因此，非常有必要對(duì)每個(gè)操作人員進(jìn)行持續(xù)的裝配新知識(shí)、新技能培訓(xùn)，既注重理論培訓(xùn)也注重實(shí)際操作技能的訓(xùn)練，加強(qiáng)電子裝聯(lián)高技能人才培養(yǎng)，以滿足提高整機(jī)產(chǎn)品可靠性需要。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，影響電子設(shè)備整機(jī)可靠性的因素很多，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各因素既有單獨(dú)作用也有聯(lián)合影響。只要加強(qiáng)預(yù)先研究，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、電訊、工藝協(xié)同設(shè)計(jì)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員、工藝人員及操作人員的協(xié)同工作，就能最大程度地保證整機(jī)產(chǎn)品的高可靠性，也能提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 樊融融. 現(xiàn)代電子裝聯(lián)工藝可靠性[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012.

[2] IPC-A-610 CH標(biāo)準(zhǔn)——電子組件的可接受性[M]. 2005.

[3] 毛勤儉, 姬永清, 吉蕓. 電子設(shè)備方艙熱學(xué)分析[J]. 電子機(jī)械工程, 2014, 30(3): 24-26.

[4] 奚慧. 印制板組件手工焊接問(wèn)題探討[J]. 現(xiàn)代雷達(dá), 2014, 36(5): 92-94.

[5] 周三三, 劉恩福. 電子設(shè)備三維布線工藝技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 電子工藝技術(shù), 2011, 32(4): 227-228.

奚慧(1964-)，女，工程師，主要從事電子裝聯(lián)工藝研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)和工藝管理工作。

Measures for Improving Whole Machine Reliability of Electronic Equipment

XI Hui

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

Application of electronic equipment is extremely wide, more and more attention has been paid to its reliability. There are many factors affecting the reliability of electronic equipment. Design, manufacturing technology and assembly are several important factors that can not be ignored. The three factors complement each other. Any negligence will influence the reliability of the products. From the aspects of these three factors, and from the perspective of electronics assembly process, this article introduces some measures for improving the whole machine reliability of electronic equipment and puts forward some suggestions.

design; reliability; producibility; operation

2014-05-12

TN0

A

1008-5300(2014)04-0058-03