奚 慧

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

浅析提高电子设备整机可靠性措施

奚 慧

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

电子设备应用领域极其广泛，其可靠性越来越受到重视。影响电子设备整机可靠性的因素很多，其中设计、工艺及现场装配是不可忽视的几个重要因素，三者相辅相成，任一环节的疏忽都会影响产品的可靠性。文中从上述3个方面及电子装联工艺的角度介绍了提高电子设备整机可靠性的一些措施并提出了一些建议。

设计；可靠性；可生产性；操作

引 言

随着电子技术的飞速发展，组成电子设备整机的元器件集成度越来越高，功能越来越复杂，体积越来越小，使电子设备整机中功能组件的工作环境越来越苛刻，需要解决的问题也越来越复杂[1]。如散热、绝缘、电磁兼容环境适应性等，因此对结构、电讯、工艺设计及现场装配提出了更高要求。影响电子设备整机质量和可靠性的因素很多，其中设计、工艺及现场装配是不可忽视的几个重要因素。合理的设计、优良的工艺及精湛的装配技能是电子设备高质量的可靠保证，三者相辅相成，相互制约，任一环节的疏失都会影响产品的可靠性。本文从电子装联工艺的视角，对设计、工艺及现场操作3个方面影响电子设备整机可靠性的因素进行了分析讨论，提出了解决措施及建议。

1 整机设计

电路、结构和工艺设计是构成电子设备整机设计的3大技术要素。军用电子设备整机设计(结构与电路)必须符合国标、国军标及相关行业标准[2]，在满足电路性能各项指标及结构强度的前提下，还必须考虑装配的可生产性。如果疏忽了对设计质量的控制或缺乏有效的控制手段，脱离了本企业的生产实践，就会造成电子设备整机可靠性的下降。设计决定了电子设备整机的固有可靠性，如果设计不具备可生产性或设计不合理，就不能保证整机装配顺利进行，或虽然勉强完成整机装配却使整机可靠性受到影响。

1.1 结构设计

结构设计应依据产品技战术指标和使用环境。在

满足用户需求的基础上，首先考虑对原材料、元器件的正确选择。其次对整机结构布局进行合理设计，以具有较强的可生产性，如内部散热器件的布置或散热系统布局；整机产品在运输、工作以及可能遇到的意外状态下的抗震能力的设计；产品的稳定性设计，各组件尽量均匀布置，并将重量较大的组件布置在底层中心，以降低整机重心增加设备稳定性等。此外还要充分考虑调试及后续维修、维保的便利性和可操作性，在有限的空间内，最大限度地保证装配、调试、维修工作的操作空间，如易损坏或更换频率较高的组件应布置在方便拆卸的位置，且拆卸时不会对其他组件产生影响。

整机布局设计时，还须根据电路的功能性要求及装配工艺要求进行合理的线缆布线路径设计，确保设备中各类高频电缆、光纤光缆、电源线缆与信号线缆等各自有充分的布线路径及空间，防止线缆间电磁干扰。在电子设备整机的线缆布线设计中还应特别重视线缆固定措施的设计，确保线缆得到充分固定，以避免线缆本身及连接处因受力带来的可靠性隐患。

整机设计中应尽可能避免装配中的配加工设计，如零部件等配打孔、尺寸配做等，以免金属屑等多余物残留，影响产品的可靠性。若现场配装不可避免，则必须做好防护措施和处理措施，防止和消除多余物。

1.2 电讯设计

电讯设计是实现电子设备技战术功能的主要途径，起着尤为重要的作用。从提高整机可靠性需求出发，对电讯设计有与结构设计相似的共性要求[2]，如电路设计应符合相关标准、具有良好的可生产性、充分适应使用环境等。电讯设计也有其特殊要求，特别是随着电子元器件的小型化、高密度化和功能的多样化、集成化，应不断采用新的可靠性设计技术。如得益于模块化、集成化进步的重要部件冗余优化设计，着眼于良好电磁兼容和环境适应性的电路保护设计；着眼于大幅减少线缆连接的基于母板的三维互联设计，着眼于大幅降低潜在互联缺陷的多功能、集成化电连接设计等。实践表明，上述措施可有效提高电子设备整机的可靠性及使用寿命，本文在这里不做进一步介绍。

1.3 热设计

热设计正越来越成为制约电子设备工作可靠性的关键因素之一。当前，电子设备自身工作产生的热量不断增大，若不及时把这些热量有效散发出去，将严重影响电子设备整机系统的可靠性[3]。对散热要求高的电子设备，传统的外部冷却设计已不能满足其散热要求，需要新的和更有针对性的设计。如涉及的发热组件及元器件布置位置需有利于散热，且发热组件要远离热敏感元器件，以免元器件受热损坏或参数发生变化，影响整机电性能，造成整机故障。散热设计可采用通风孔、散热器、强迫风冷、冷板乃至整体液冷等冷却技术。设计时根据实际工作环境，针对不同情况采取适宜的散热方法，有效排出热量，控制元器件的工作温度低于规定的极限温度，保证元器件长时间稳定可靠工作，从而保证整机长时间可靠连续工作。

1.4 电磁兼容设计

随着电子技术的快速发展，电子产品体积越来越小，组件的元器件密度越来越高，设备内元器件间、组件间的电磁干扰也日益复杂。因此在进行组件及元器件布局设计时，需要充分考虑电磁兼容性，即整机内各组件及元器件布局须有利于抑制和消除组件间、元器件间的电磁干扰，必要时采取屏蔽措施切断电磁波传播途径，达到屏蔽效果。如：对大电流开关、按钮开关及继电器采取屏蔽措施，并将屏蔽层(壳体)就近接地(机壳)；电源变压器、电感器用磁屏蔽方法屏蔽磁干扰等。

2 工艺设计及实施

电子设备工艺设计与电讯、结构设计是紧密相连、互为依存的。电讯和结构设计应遵照“设计要为制造而设计”，“设计、工艺及制造三者之间是相辅相成、相互缺约关系”这一设计理念来提高整机产品的可靠性[4]。但同时必须正确清醒地认识到：工艺必须服务于设计，加强关键工艺技术、先进工艺技术的预先研究，在满足可生产性的前提条件下，尽可能保证设计要求的实现，是电子设备装联工艺设计的出发点和着眼点。必须使工艺技术和工艺文件切实起到有效指导生产的作用且具有较强的可操作性，这也是进一步提高电子设备可靠性的必要途径之一。

2.1 设计可制造性工艺审查

电子设备的产品设计必须通过工艺这个中间环节进而转入生产过程，装联设计的工艺审查是电子装联工艺工作的关键环节之一。即以可组装性结构设计要求、电路可靠性设计和相关标准为依据，审查结构设计、电路设计文件及要求是否符合可生产性要求，是否与生产条件相匹配，有无新材料、新器件、新工艺应用需求。

近年来，随着电子设备三维数字化设计的推进，传统的二维纸质图纸逐渐被三维电子模型所代替，这在提供了更直观更形象的电子设备内部装联结构和互联关系的同时，也给工艺人员提出新的更高要求，需要工艺人员熟练掌握和运用三维模型，并借助于专业的工艺软件模拟仿真装配、布线，对可能影响产品可靠性的因素进行深层次挖掘并及时反馈设计修改或完善，从而在源头上控制并提高整机产品的可靠性[5]。对设计可制造性审查控制点和要点的积累是重要的工艺知识库，应持续总结、更新、迭代。

2.2 关键工艺技术预先研究

提高电子设备整机可靠性必须以技术进步为基础，面对大量新材料、新器件的应用和新设计的采用，新技术、新工艺预先研究和攻关不可或缺。工艺人员应保持对行业技术发展的高度敏感性，提高技术发展的前瞻性，密切跟踪新材料、新器件的发展趋势，洞悉电子设备的发展需求和趋势，能够充分预判新材料、新器件、新技术的应用需求并及时开展对应的关键技术攻关研究。以此为基础，将对设计需求的呼应和对设计方向的引领有机结合，做到有的放矢，起到事半功倍的效果。不要被动地等待产品设计出来再去研究先进工艺技术、工艺方法，匆忙上阵进行工艺试验并被动应用，导致的结果往往事与愿违，从而影响到整机产品的可靠性。

2.3 工艺文件设计与实施

工艺文件设计是将图纸设计转化为制件实物的重要环节，是设计与制造联系的桥梁，是操作人员完成电子设备装配的生产性指导性依据，是保证电子设备整机装配质量与可靠性的重要文件。

工艺文件的设计不仅须符合相关标准，还须特别强调可操作性，能够在生产中切实起指导作用。对于有特殊加工要求的组件或关键工艺必须开展预先研究或技术攻关，经过工艺试验并实践验证，明确所需的工艺参数、操作方法和控制要点，设计制造必要的工具工装等以有效保证产品的装配生产。工艺文件中对易于产生问题或错误的操作过程应详述说明，最好采取图文并茂的方式。必要时，按照标准规定对关键步骤设置关键工序，进行工艺评审，提高生产指导性。工艺文件还应具有良好的继承性和通用性，按总结提炼的工艺规范、标准、模版进行设计和编制，不能因人而异，从而保证产品具有持续的可靠性。

工艺实施的主要工作是现场指导和监督工艺文件的执行，答疑解惑，解决生产中出现的各种生产问题，同时及时检查修正和完善工艺文件，不断提高工艺文件的指导性和可操作性。

2.4 特种工艺和特殊过程管理

电子设备装配过程中涉及大量的特种工艺和特殊过程，如焊接、压接、清洗、加固、三防等。特种工艺和特殊过程的生产结果往往不能或不易进行直观经济的检验，如果控制不好，对产品质量和可靠性都有很大影响。对电子设备装配过程中特种工艺和特殊过程的控制和管理工作必须要给予充分的重视，严格按照质量体系对特殊过程制订全面细化的管理要求并执行，对特殊过程涉及的“人、机、料、法、环、测”各个要素进行有效控制，充分开展特殊过程的确认再确认工作和生产现场工艺纪律执行情况的监督检查，保证生产过程质量控制措施的持续有效。

3 操作人员

电子设备整机的可靠性不仅取决于合理的结构、电讯、工艺设计，也依赖于操作人员的技术水平及质量意识。操作人员必须具备整机装配的必备基础知识，熟练掌握电子装配相关标准及操作规范，在装配过程中，必须严格按工艺文件指导进行生产操作。

随着电子设备整机技术含量和工艺技术水平的提高，对操作人员的装配技能水平要求也越来越高。因此，非常有必要对每个操作人员进行持续的装配新知识、新技能培训，既注重理论培训也注重实际操作技能的训练，加强电子装联高技能人才培养，以满足提高整机产品可靠性需要。

4 结束语

综上所述，影响电子设备整机可靠性的因素很多，是一个复杂的系统工程，各因素既有单独作用也有联合影响。只要加强预先研究，加强结构、电讯、工艺协同设计，加强设计人员、工艺人员及操作人员的协同工作，就能最大程度地保证整机产品的高可靠性，也能提高企业的核心竞争力。

[1] 樊融融. 现代电子装联工艺可靠性[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.

[2] IPC-A-610 CH标准——电子组件的可接受性[M]. 2005.

[3] 毛勤俭, 姬永清, 吉芸. 电子设备方舱热学分析[J]. 电子机械工程, 2014, 30(3): 24-26.

[4] 奚慧. 印制板组件手工焊接问题探讨[J]. 现代雷达, 2014, 36(5): 92-94.

[5] 周三三, 刘恩福. 电子设备三维布线工艺技术应用研究[J]. 电子工艺技术, 2011, 32(4): 227-228.

奚慧(1964-)，女，工程师，主要从事电子装联工艺研发、工艺设计和工艺管理工作。

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

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1008-5300(2014)04-0058-03