一本能让你快速了解现代电子制造技术的工具书
本书是根据电子信息工程、微电子技术专业的培养目标和“电子产品设计与工艺”课程的教学大纲要求编写而成的,全书共13章,主要内容有电子设备设计概论、电子产品的热设计、电子设备的电磁兼容设计、电子产品的结构设计、电子设备的工程设计、电子元器件、印制电路板、装配焊接技术、电子装连技术、表面组装技术、电子产品技术文件、电子产品的组装与调试工艺、产品质量和可靠性等。
曹白杨,北华航天工业学院教授,美国SMTA协会会员,四川SMT协会会员高级顾问。多年来,负责本院该领导本科生、研究生教学任务,同时承担多项科研项目,已出版教材五部。
第1章 电子设备设计概论 1
1.1 概述 1
1.2 电子设备结构设计的内容 2
1.3 电子设备的设计与生产过程 4
1.3.1 电子设备设计制造的依据 4
1.3.2 电子设备设计制造的任务 5
1.3.3 整机制造的内容和顺序 8
1.4 电子设备的工作环境 9
1.5 温度、湿度、霉菌因素影响 11
1.5.1 温度对元器件的影响 11
1.5.2 湿度对电子产品整机的影响 12
1.5.3 霉菌对电子产品整机的影响 14
1.6 电磁噪声因素影响 15
1.6.1 噪声系统 16
1.6.2 噪声分析 16
1.7 机械因素影响 19
1.7.1 机械因素 19
1.7.2 机械因素的危害 20
1.8 提高电子产品可靠性的方法 21
第2章 电子产品的热设计 23
2.1 电子产品的热设计基本原则 23
2.1.1 电子产品的热设计分类 23
2.1.2 电子产品的热设计基本原则 24
2.2 传热过程概述 25
2.2.1 导热过程 26
2.2.2 对流换热 27
2.2.3 辐射换热 27
2.2.4 接触热阻 28
2.3 传热过程 29
2.3.1 复合换热 29
2.3.2 传热 30
2.3.3 传热的增强 31
2.4 电子产品的自然散热 33
2.4.1 电子产品机壳的热分析 33
2.4.2 电子产品内部元器件的散热 34
2.4.3 功率器件散热器的设计计算 37
2.5 强迫风冷系统设计 41
2.5.1 强迫风冷系统的设计原则 41
2.5.2 强迫风冷却的通风机(风扇)选择 44
2.6 电子产品的其他冷却方法 46
2.6.1 半导体制冷 46
2.6.2 热管 48
第3章 电子设备的电磁兼容设计 51
3.1 电磁兼容设计概述 51
3.1.1 电磁兼容的基本概念 51
3.1.2 噪声干扰的方式 52
3.1.3 噪声干扰的传播途径 53
3.1.4 电磁干扰的抑制技术 60
3.2 屏蔽技术 62
3.2.1 电场屏蔽 63
3.2.2 磁场屏蔽 65
3.2.3 电磁场屏蔽 68
3.3 接地技术 70
3.3.1 接地的要求 70
3.3.2 接地的分类 71
3.3.3 信号接地 71
3.3.4 地线中的干扰和抑制 75
3.3.5 地线系统的设计步骤及设计要点 78
3.4 滤波技术 79
3.4.1 电磁干扰滤波器 79
3.4.2 滤波器的分类 81
3.4.3 电源线滤波器 84
第4章 电子产品的结构设计 86
4.1 机箱概述 86
4.1.1 机箱结构设计的基本要求 86
4.1.2 机箱(机壳)的组成和基本类型 88
4.1.3 机箱(机壳)设计的基本步骤 89
4.2 机壳、机箱结构 90
4.2.1 机壳的分类 90
4.2.2 机箱(插箱)的分类 92
4.3 底座与面板 94
4.3.1 底座 94
4.3.2 面板的结构设计 96
4.3.3 元件及印制板在底座上的安装固定 97
4.4 机箱标准化 100
4.4.1 概述 100
4.4.2 积木化结构 101
第5章 电子设备的工程设计 103
5.1 机械防护 103
5.1.1 机械环境 103
5.1.2 隔振和缓冲设计 104
5.1.3 隔振和缓冲的结构设计 108
5.2 电子设备的气候防护 110
5.2.1 腐蚀效应 111
5.2.2 潮湿侵蚀及其防护 113
5.2.3 霉菌及其防护 115
5.2.4 灰尘的防护 117
5.2.5 材料老化及其防护 117
5.2.6 金属腐蚀及其防护 120
5.3 人-机工程在电子设备设计中的应用 124
5.3.1 人-机工程概述 124
5.3.2 人-机工程在产品设计中的应用 127
5.4 电子设备的使用和生产要求 133
5.4.1 对电子设备的使用要求 133
5.4.2 电子设备的生产要求 135
第6章 电子元器件 139
6.1 电阻器 139
6.2 电位器 140
6.2.1 电位器的主要技术指标 140
6.2.2 电位器的类别与型号 141
6.3 电容器 141
6.3.1 电容器的主要技术指标 142
6.3.2 电容器的型号及容量标志方法 143
6.4 电感器 144
6.5 变压器 145
6.6 开关及接插元件简介 147
6.6.1 常用接插件 147
6.6.2 开关 149
6.7 散热器 150
6.8 半导体分立器件 151
6.9 半导体集成电路 152
6.10 表面组装元器件 154
6.10.1 表面组装电阻器 155
6.10.2 表面组装电容器 157
6.10.3 表面组装电感器 159
6.10.4 其他表面组装元件 160
6.10.5 表面组装半导体器件 161
6.10.6 表面组装元器件的包装 166
第7章 印制电路板 170
7.1 印制电路板的类型与特点 170
7.1.1 覆铜板 170
7.1.2 印制电路板类型与特点 171
7.2 印制电路板制造工艺 172
7.2.1 印制板制造过程 172
7.2.2 印制板生产工艺 177
7.2.3 多层印制电路板 178
7.2.4 挠性印制电路板 181
7.2.5 印制板的手工制作 182
7.3 表面组装用印制电路板 185
7.3.1 表面组装印制板的特征 185
7.3.2 SMB基材质量的主要参数 186
7.4 印制电路板的质量检查及发展 188
7.4.1 印制电路板的质量 188
7.4.2 印制电路板的发展 189
第8章 装配焊接技术 191
8.1 安装技术 191
8.1.1 安装的基本要求 191
8.1.2 集成电路的安装 194
8.1.3 印制电路板上元器件的安装 195
8.2 焊接工具 198
8.2.1 电烙铁的种类 198
8.2.2 电烙铁的选用 201
8.2.3 电烙铁的使用方法 201
8.2.4 热风枪 203
8.3 焊料、焊剂 204
8.3.1 焊料分类及选用依据 204
8.3.2 锡铅焊料 205
8.3.3 焊膏 207
8.3.4 助焊剂 211
8.3.5 阻焊剂 213
8.4 焊接工艺 214
8.4.1 手工焊接操作技巧 214
8.4.2 手工焊接工艺 216
8.4.3 导线焊接技术 218
8.4.4 拆焊 220
8.4.5 表面安装元器件的装卸方法 222
第9章 电子装连技术 228
9.1 电子产品的装配基本要求 228
9.2 搭接 229
9.3 绕接技术 231
9.3.1 绕接 231
9.3.2 绕接工具及使用方法 232
9.3.3 绕接质量检查 233
9.4 压接 234
9.5 其他连接方式 238
9.5.1 黏接 239
9.5.2 铆接 240
9.5.3 螺纹连接 241
第10章 表面组装技术 244
10.1 表面组装技术概述 244
10.1.1 表面组装技术特点 244
10.1.2 表面组装技术及其工艺流程 246
10.1.3 表面组装技术的发展 252
10.2 印刷技术及设备 255
10.2.1 焊膏印刷技术概述 256
10.2.2 焊膏印刷机系统组成 260
10.2.3 焊膏印刷模板 261
10.2.4 影响焊膏印刷的主要工艺参数 262
10.3 贴装技术及设备 264
10.3.1 贴片机概述 264
10.3.2 贴片机系统组成 269
10.4 再流焊技术及设备 280
10.4.1 再流焊接概述 280
10.4.2 再流焊工艺 284
10.5 波峰焊技术及设备 288
10.5.1 波峰焊机 289
10.5.2 波峰焊工艺 294
10.6 常用检测设备 300
10.6.1 自动光学检测(AOI) 300
10.6.2 X射线检测仪 301
10.6.3 针床测试仪 302
10.6.4 飞针测试仪 302
10.6.5 SMT炉温测试仪 304
10.7 SMT辅助设备 305
10.7.1 返修工作系统 305
10.7.2 全自动点胶机 306
10.7.3 超声清洗设备 307
10.7.4 静电防护及测量设备 309
10.8 微组装技术 313
10.8.1 微组装技术的基本内容 314
10.8.2 微组装技术 315
第11章 电子产品技术文件 322
11.1 设计文件概述 322
11.2 生产工艺文件 325
11.2.1 工艺文件概述 325
11.2.2 工艺文件的编制原则、方法和要求 326
11.2.3 工艺文件的格式及填写方法 327
第12章 电子产品的组装与调试工艺 333
12.1 电子产品生产工艺流程 333
12.2 电子产品的调试技术 335
12.2.1 概述 335
12.2.2 调试与检测仪器 335
12.2.3 仪器选择与配置 337
12.2.4 产品调试 338
12.2.5 故障检测方法 340
12.3 电子产品的检验 344
12.3.1 全部检验和抽查检验 344
12.3.2 检验验收 344
12.3.3 整机的老化试验和环境试验 346
第13章 产品质量和可靠性 348
13.1 质量 348
13.2 可靠性 349
13.3 产品生产及全面质量管理 351
13.3.1 全面质量管理概述 351
13.3.2 电子产品生产过程的质量管理 352
13.3.3 生产过程的可靠性保证 354
13.4 ISO9000系列国际质量标准简介 355
13.4.1 ISO9000系列标准的构成 355
13.4.2 ISO9000族标准 356
13.4.3 ISO9000族标准的应用与发展 356
13.5 产品质量认证及其与GB/T 19000的关系 357
13.6 实施GB/T 19000-ISO9000标准系列的意义 358
前 言
电子制造业是国民经济的支柱产业,也是国家经济和综合国力的重要基础之一,是国家工业现代化先进程度的重要表征。进入21世纪,各国开始实施大力发展信息产业的战略方针,电子制造业的产业结构也有了巨大变化和发展。这些变化主要表现在:各类电子器件和生产技术之间相互渗透,生产日趋规模化和自动化;集成电路的发展,器件、电路和系统之间的密切结合,电子制造业与信息产业界限日益模糊;电子技术与计算机应用技术日益紧密结合,电子工业已从单一的制造业过渡到电子信息产业。电子设备及各类电子产品正是随着电子工业发展而孕生,随着电子技术、信息技术与计算机应用技术的发展而发展。
为适应电子制造业的发展和相关专业教学的需要,我们根据相关课程的教学大纲编写了《电子产品工艺设计基础》一书,全书共13章,主要内容有电子设备设计概论、电子产品的热设计、电子设备的电磁兼容设计、电子产品的结构设计、电子设备的工程设计、电子元器件、印制电路板、装配焊接技术、电子装连技术、表面组装技术、电子产品技术文件、电子产品的组装与调试工艺、产品质量和可靠性等。
本书的第1、5、10章由曹白杨编写,第2、4章由孙燕编写,第3章由王晓、孙燕编写,第6、7章由江军、梁万雷编写,第8、9章由江军、杨虹蓁编写,第11章由曹白杨、刘勇编写,第12、13章由刘勇、杨虹蓁编写,全书由曹白杨负责统稿。
由于我们时间仓促,水平有限,教材一定还存在不少问题,为了不断提高教材质量,我们热切地希望同志们批评指正。
作者
2016年1月于北华航天工业学院
这本书,说实话,我一开始是带着点“应付差事”的心态去看的,毕竟这属于我专业课里的必修内容,但读着读着,就发现自己陷进去了。它的语言风格非常友好,不像很多技术书籍那样晦涩难懂,充满了各种缩写和专业术语。作者在讲解时,会用很多通俗易懂的比喻,比如在讲到“焊接工艺”时,他会将焊料比作“粘合剂”,将焊点比作“桥梁”,生动地解释了焊点的强度和可靠性是如何影响整个电路板的性能的。我特别欣赏书中对“物料管理”和“供应链协同”的探讨,这部分内容在很多同类书籍中是比较欠缺的。它详细阐述了如何根据工艺需求来选择合适的元器件,如何与供应商建立有效的沟通机制,以及如何进行库存优化,以确保生产线的顺利进行。这一点对于很多学生来说,是很难在课堂上学到的,而这本书却提供了非常宝贵的视角。
评分作为一名对电子产品制造流程充满好奇的业余爱好者,我之前阅读过不少相关的书籍,但《电子产品工艺设计基础》给我带来的启示尤为深刻。作者在阐述“组装工艺”时,并没有简单地停留在机械臂的组装,而是深入挖掘了人机协作的模式,以及如何通过优化作业流程和工具设计,来提高人工组装的效率和精度。书中对于“防静电措施”的介绍也让我印象深刻,它详细说明了静电的产生原理,以及在生产过程中如何通过接地、离子风机、防静电服等多种手段来防止静电损坏敏感的电子元器件。这一点对于保障产品质量至关重要。另外,书中关于“无铅焊接”的讨论,也让我对环保和健康生产有了更深的认识,了解了不同类型的无铅焊料的特性以及相关的工艺要求。
评分一本《电子产品工艺设计基础》的书,我翻了翻,虽然名字里带“基础”,但内容却深入浅出,丝毫不觉枯燥。作者以一种非常生动形象的方式,讲解了电子产品在制造过程中会遇到的各种工艺流程。比如,在讲到PCB(印刷电路板)的制造时,它不仅仅是简单地罗列了蚀刻、钻孔、电镀等步骤,而是深入剖析了每一步的原理,以及可能遇到的技术难题和解决方案。我特别喜欢书中对“后段加工”的描述,从波峰焊到选择性涂覆,再到最后的清洁和检验,仿佛都能看到一条条自动化生产线在眼前流动。书中还穿插了一些实际案例,比如某个知名手机品牌的某个型号,是如何克服了某个复杂结构的设计导致的生产瓶颈,这些案例让我觉得书中的知识非常有实践指导意义,不是那种纸上谈兵的理论。而且,它还涉及到了质量控制方面的内容,比如如何通过AQL(可接受质量限)来管理批量生产中的不合格品,以及各种检测设备的使用方法,这对于我们这些未来想从事生产管理工作的人来说,简直是宝藏。
评分我是一名对电路板制造细节非常感兴趣的工程师,近期我购得并研读了《电子产品工艺设计基础》。这本书在揭示“线路板制造”的精髓方面,着实给了我不少启发。它在阐述“化学蚀刻”过程时,不仅描绘了其宏观的化学反应,更细致地讲解了控制蚀刻参数(如浓度、温度、时间)对于保证线路精度和完整性的关键作用。我尤其赞赏书中关于“阻焊层”的论述,它详细介绍了不同类型的阻焊材料(如光固化型、热固化型)的性能差异,以及印刷、曝光、显影等工艺环节中的注意事项,对于我们理解最终电路板的保护和绝缘性能有着重要的指导意义。此外,书中还涉及了“表面处理工艺”,例如沉金、OSP(有机可焊性保护剂)等,并对它们的工艺流程、优缺点以及适用范围进行了深入的比较分析,为我们在实际工作中选择合适的表面处理方案提供了宝贵的参考。
评分我最近在研究一些关于可穿戴设备的设计,所以特意找来了这本《电子产品工艺设计基础》。这本书给我的惊喜远超预期。它在介绍各种电子元器件的封装工艺时,花了相当大的篇幅。比如,对于BGA(球栅阵列)封装,它不仅仅是介绍了如何进行贴装和回流焊,还详细讲解了其结构特点,以及在高温或高湿度环境下可能出现的可靠性问题,并且提供了相应的应对策略。此外,书中对“表面贴装技术”(SMT)的讲解也非常到位,从贴片机的精度控制,到回流焊的温度曲线设置,再到AOI(自动光学检测)的原理和应用,都进行了详尽的解析。我最喜欢的一点是,它并没有止步于理论的讲解,而是提供了大量的图表和实物照片,让我能够直观地理解复杂的工艺流程,甚至是一些微观的焊接形貌。
评分收到的包装里,书就一直就把封面和接下来的很多页折角了,不知道是怎么包装的,还包装前根本没检查
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