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产品设计可制造性是指所设计的产品的可加工性(我国工业部门一般称为工艺性),在产品设计或论证阶段,如果不认真考虑可制造性,会导致组织生产时出现制造周期延长、生产成本提高或材料供应困难等问题。
本套丛书既可帮助产品设计人员提高对工艺知识的了解,又能帮助制造人员组织产品可生产性评审及生产组织工作。针对航空、航天、船舶、电子、兵器等国防行业产品的设计、制造特点,具有较高的学术价值和学术水平,以及较强的实用价值及创新性,能满足航空工业及其他国防工业的实际需要,可作为国防工业系统及其他工业系统的产品设计人员、工艺技术人员、产品生产与管理人员,以及相关专业师生非常实用的参考书籍。
内容简介
《电子元器件应用技术》由工作在电子元器件第一线的各方面专家编写,内容涉及各类电子元器件,包括真空电子器件、微电子器件、光电子器件、微特电机和特种元器件等。书中概要介绍了各类电子元器件的基本特性、当前的产品情况以及所采用的国家标准,讨论了如何正确管理、选择、使用元器件以及在使用过程中可能出现的问题及解决方法。
《电子元器件应用技术》对从事电子设备、系统研制、生产的单位和技术人员在了解电子元器件的基本情况,提高电子设备、系统设计的可制造性方面具有较高的使用价值。
内页插图
目录
第1章 引言
第2章 电子元器件的选择与管理
2.1 电子元器件管理
2.1.1 元器件选择
2.1.2 技术规范的规定
2.2 元器件选择指南
2.2.1 集成电路t
2.2.1.1 数字集成电路
2.2.1.2 模拟集成电路
2.2.1.3 混合集成电路
2.2.2 微波毫米波器件和集成电路
2.2.2.1 真空微波功率器件
2.2.2.2 固态微波器件
2.2.2.3 微波单片集成电路
2.2.3 固态激光器
2.2.3.1 固体激光器
2.2.3.2 半导体激光器
2.2.4 光电探测器
2.2.4.1 可见光CCD
2.2.4.2 红外焦平面探测器
2.2.5 MEMS
2.2.5.1 惯性MEMS
2.2.5.2 射频(RF)MEMS
2.2.5.3 光MEMS
2.2.5.4 MEMS传感器
2.2.6 化学、物理电源
2.2.6.1 化学电源
2.2.6.2 物理电源
2.2.7 电缆与光缆
2.2.7.1 电缆
2.2.7.2 光纤与光缆
2.2.8 微特电机
2.2.8.1 信号电机
2.2.8.2 执行电机
2.2.8.3 电源电机
2.2.9 敏感元件与传感器
2.2.9.1 热敏元件、温度传感器
2.2.9.2 力学量传感器
2.2.9.3 压敏元件(压敏电阻器)
2.2.9.4 湿敏元件及湿度传感器
2.2.9.5 振动惯性器件
2.2.10 声表面波/声体波器件
2.2.11 微波元件
2.2.11.1 环行器和隔离器
2.2.11.2 波导和波导元件
2.2.12 电阻器
2.2.12.1 固定电阻器
2.2.12.2 电阻网络和阻容网络
2.2.12.3 电位器
2.2.13 电容器
2.2.13.1 有机电容器
2.2.13.2 无机电容器
2.2.13.3 电解电容器
2.2.13.4 空气介质微调电容器
2.2.14 继电器
2.2.14.1 电磁继电器
2.2.14.2 固体继电器(ssR)
2.2.14.3 延时继电器(时间继电器)
2.2.14.4恒温继电器(温度继电器)
2.2.15 电连接器
2.2.15.1 低频连接器
2.2.15.2 射频连接器、转接器及射频连接器电缆组件
2.2.15.3 插座和端接件
2.2.16 磁性元器件
2.2.16.1 软磁铁氧体
2.2.16.2 金属磁粉心
2.2.16.3 感性器件
2.2.17 开关
2.2.17.1 旋转开关
2.2.17.2 微动开关
2.2.17.3 钮子开关
2.2.17.4 编码开关
2.2.17.5 按钮开关
2.2.17.6 行程开关
2.2.17.7 薄膜键盘开关
2.3 元器件的筛选
2.3.1 筛选的概念与原理
2.3.2 器件失效模式分析与筛选方法的选择
2.3.3 筛选方法及其条件的确定
2.3.4 5004A筛选试验方法
2.4 寿命周期成本(LCC)
2.4.1 寿命周期成本的组成
2.4.1.1 寿命周期成本模型
2.4.1.2 寿命周期各阶段费用
2.4.2 寿命周期成本控制
2.4.2.1 寿命周期成本参数设计
2.4.2.2 设计阶段的成本控制
2.4.2.3 关键部件的成本控制
第3章 典型元器件的设计与制造方法
3.1 硅单片集成电路设计与制造的新技术、新工艺
3.1.1 设计技术
3.1.2 集成电路芯片工艺技术
3.2 硅单片集成电路芯片制造的关键技术
3.2.1 工艺流程
3.2.2 典型工艺介绍
3.2.2.1 光刻
3.2.2.2 扩散与离子注入
3.3 集成电路生产线的设备与材料
3.3.1 集成电路设备
3.3.2 集成电路工艺用材料
第4章 环境防护与可靠性保障措施
4.1 概述
4.2 环境因素分析
4.3 可靠性保障措施
4.3.1 热防护
4.3.2 机械防护
4.3.3 冲击和振动防护
4.3.4 潮湿、盐雾、沙尘的防护
4.3.5 辐射防护
4.4 电子设备封装的一般考虑
第5章 电子设备的装配和封装
5.1 电路基板的发展趋势
5.1.1 印刷电路板(PCB)
5.1.2 陶瓷基板
5.2 电缆与光缆
5.2.1 电缆
5.2.2 光缆
5.3 锡焊
5.3.1 手工焊
5.3.2 波峰焊
5.3.3 串联焊
5.3.4 再流焊
5.3.5 焊剂和焊剂用法
5.4 不用焊剂的缠绕电路接点
5.5 表面安装技术(SMT)
5.5.1 表面安装元器件(SMC/SMD)
5.5.2 表面安装设备
5.5.2.1 焊膏和贴装胶涂敷设备
5.5.2.2 贴装设备
5.5.2.3 焊接设备
5.5.2.4 其他设备
5.6 针脚式布线
5.7 挠性蚀刻电路
5.8 插件设备
5.8.1 手工插件和半自动插件系统
5.8.2全自动插件系统
第6章 生产和使用期间可靠性降低最小化的设计
6.1 造成可靠性降低的因素
6.2 易于检测和维修的设计
6.2.1 硬件分块的设计
6.2.2 故障的诊断和分离
第7章 用在生产线上的测试技术和检测设备
7.1元器件测试
7.1.1 半导体器件生产过程中的在线检测
7.1.1.1 半导体集成电路测试技术
7.1.1.2 集成电路在线检测
7.1.2 集成电路高温贮存和可靠性老炼
7.1.2.1 可靠性筛选
7.1.2.2 高温贮存
7.1.2.3 老炼筛选
7.1.3 元器件产品出、入厂质量检测与试验
7.2 印刷电路板(PCB)检测
7.2.1 基本测试技术
7.2.1.1 自动光学检测(AOI)
7.2.1.2 自动x射线检测(AXI)
7.2.1.3 在线测试(ICT)
7.2.1.4 功能测试(FT)
7.2.2组合测试技术
7.3 部分自动化和自动化测试
7.3.1 自动测试系统基本结构
7.3.2 集成电路自动测试设备
参考文献
后记
精彩书摘
第2章 电子元器件的选择与管理
2.1 电子元器件管理
电子元器件管理工作范围很广,包含了元器件选择、采购和应用的全部工作内容。这项工作主要围绕着元器件的标准化、鉴定、批准和规范等任务展开,目的是使元器件满足研制项目设计的性能、可靠性及其他要求。本节对这些管理任务提出了进一步的要求,指出了它们在元器件选择过程中的重要性,并提供了适当的设计指南。在我国,负责军用电子元器件标准化的机构是中国军用电子元器件质量认证委员会,按照认证程序规则的规定对军用电子元器件制造厂生产线进行认证,对产品或材料和工艺进行鉴定,将鉴定合格的产品列入合格产品目录(QPL),将鉴定合格的工艺/材料及相关产品列入合格制造厂目录(QML),并对其合格资格进行监督。在美国,任何军用电子设备的电子元器件都应经军用元器件咨询小组(Military Parts Control Advisory Group)的认定,该小组隶属于国防电子供应中心(DESC)的工程标准化管理局,其任务是促进元器件选择和应用的标准化水平。
2.1.1 元器件选择
在新设备的设计和研究方案中采用标准元器件,除了使后勤支持比较简便以外,在得到较好设备性能的同时,还可以节约大量的时间和精力。因此,元器件选择的一般规则是:在可能的情况下,应尽可能选择使用标准元器件。
所谓标准元器件的定义是:凭借其系统的试验计划以及在设备中成功应用的历史,已经证明在特定的电子、机械和环境的极限条件内具有稳定发挥功能的能力,从而进入军品详细规范目录的元器件。
……
前言/序言
缩短生产周期、提高产品质量、降低制造成本是企业赢得竞争的主要途径。
产品设计可制造性是指所设计的产品的可加工性(我国工业部门一般称为工艺性),在产品设计或论证阶段,如果不认真考虑可制造性,则会在组织生产时出现制造周期延长、成本提高或材料供应困难等问题。
产品在进入生产制造环节前需要对可制造性进行衡量,产品设计是否考虑了制造加工的工艺可行性尤为重要,系统设计能力和水平是装备制造技术水平最直观、最集中的表现。在我国军工行业的发展过程中,通过引进技术、合作设计、合作生产、自主开发等多种途径,已能生产大批高水平、高质量的产品。
一直以来,尤其是“十一五”期间,我国军工系统各行业科研、生产任务繁重,新材料、新技术、新设备不断出现,新产品、新型号的设计、生产始终是一个制约军品发展的瓶颈问题,实践经验丰富、熟知生产工艺过程的工程技术人员的严重匮乏,经验丰富的设计、工艺、生产人员相对较少,而且随着产品生命周期的不断缩短,越来越需要快速开发生产新的、工艺成熟的产品,以增加企业的竞争力,这就需要提高产品设计工程师及制造工程师的综合能力,使其工作更易于衔接,既可帮助产品设计人员提高对工艺知识的了解,又能帮助制造人员组织产品可制造性评审及生产组织工作。
《电子元器件应用技术》书籍简介 《电子元器件应用技术》是一本旨在为读者提供全面、深入理解电子元器件及其在实际电路中应用的专业书籍。本书并非仅仅罗列各种元器件的参数和规格,而是着重于解释其工作原理、特性曲线、选择依据以及在不同应用场景下的最佳实践。本书的目标读者包括电子工程专业的学生、工程师、技术爱好者以及任何希望系统学习电子元器件应用知识的专业人士。 一、 核心内容概述 本书共分为三个主要部分,层层递进,由浅入深地引导读者掌握电子元器件的应用精髓: 第一部分:基础元器件与原理 本部分奠定坚实的理论基础,详细介绍电子电路中最基本、最核心的元器件。 电阻器 (Resistors): 基本概念与分类: 深入解析电阻的本质,区分固定电阻、可变电阻(电位器、滑动变阻器)和特殊电阻(热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻)。 材料与制造工艺: 介绍不同电阻材料(碳膜、金属膜、氧化膜、线绕等)的特性差异及其对性能的影响,剖析电阻的制造过程,理解其内部结构。 关键参数解读: 详细讲解标称阻值、允许偏差、功率额定值、温度系数、噪音电压、高频特性等参数的含义及重要性,指导读者如何根据实际需求选择合适的电阻。 应用电路分析: 讲解电阻在限流、分压、负载、匹配、滤波、衰减等典型电路中的作用,通过具体电路图演示其工作原理和设计考量。例如,在LED限流电路中,计算电阻值的依据;在分压电路中,如何根据负载变化分析输出电压;在高频电路中,电阻的寄生效应分析。 故障诊断与排除: 提供识别电阻失效(开路、短路、阻值漂移)的方法,以及相应的测量和更换技巧。 电容器 (Capacitors): 基本概念与分类: 阐述电容的储能原理,区分不同类型的电容器,如电解电容器(铝电解、钽电解)、陶瓷电容器(高介电常数型、低介电损耗型)、薄膜电容器(聚酯、聚丙烯)、云母电容器、超级电容器等。 结构与材料: 介绍电容器的构成,包括介质材料、电极材料、封装形式,以及不同材料对电容器性能(容量、耐压、漏电流、频率响应、ESR等)的影响。 关键参数解读: 详细解释标称容量、额定电压、容差、等效串联电阻 (ESR)、等效串联电感 (ESL)、漏电流、损耗角正切、温度特性、寿命等参数,指导读者进行科学选型。 应用电路分析: 深入探讨电容器在滤波(电源滤波、信号滤波)、耦合、隔直、储能(闪光灯、功率因数补偿)、旁路、退耦、振荡电路中的作用,通过实例分析其在不同电路中的关键作用和设计考量。例如,电源滤波电路中,解释不同类型电容器在不同频率段的滤波效果;高频电路中的旁路电容选择原则。 故障诊断与排除: 提供识别电容器失效(漏电、容量衰减、击穿、ESR升高)的方法,以及测量和更换的注意事项,特别强调电解电容器极性的重要性。 电感器 (Inductors): 基本概念与分类: 解释电感的储能原理(磁场),区分空心电感、铁芯电感(叠片铁芯、铁氧体、磁环)、固定电感、可变电感等。 结构与材料: 介绍电感的组成,包括导线、磁芯材料、骨架等,分析不同磁芯材料(铁氧体、坡莫合金、非晶合金)的特性及其对电感参数(电感量、饱和电流、Q值)的影响。 关键参数解读: 详细讲解电感量、额定电流、直流电阻、分布电容、自谐频率、品质因数 (Q值) 等参数,以及这些参数在实际应用中的意义。 应用电路分析: 深入分析电感在滤波(EMI滤波、LC滤波)、储能(开关电源)、振荡、匹配、耦合、变压器(隔离、升降压)等电路中的作用,通过具体实例讲解其设计思路。例如,在开关电源的储能电感设计中,如何权衡电感量、电流能力和效率;在EMI滤波器设计中,电感器的选型与布置。 故障诊断与排除: 提供识别电感失效(开路、短路、电感量下降)的方法,以及测量技巧。 二极管 (Diodes): PN结基本原理: 深入讲解PN结的形成、导通与截止特性、伏安特性曲线,以及正向压降、反向击穿等重要概念。 各类二极管详解: 整流二极管: 分析其在单相、三相桥式整流电路中的应用,讲解整流效率、纹波系数等。 稳压二极管 (Zener Diodes): 详细介绍稳压原理,不同功率等级和稳压值的选择,以及在稳压电路中的应用。 发光二极管 (LEDs): 讲解LED的发光原理、颜色、亮度、效率,以及电流控制、恒流驱动、多颗LED串并联的设计考量。 肖特基二极管: 介绍其低压降、快速开关特性的优势,以及在整流、续流等方面的应用。 光电二极管、光电耦合器、变容二极管等: 简要介绍其工作原理和应用领域。 关键参数解读: 讲解正向压降、最大正向电流、反向击穿电压、反向漏电流、开关速度等。 应用电路分析: 讲解二极管在极性保护、电平移动、信号检测、钳位、箝位等电路中的应用。 故障诊断与排除: 提供识别二极管失效(开路、短路、漏电)的方法。 三极管 (Transistors): BJT (双极结型晶体管): NPN与PNP结构: 深入讲解其工作原理,放大区、截止区、饱和区,以及共发射极、共集电极、共基极三种基本放大电路的特点。 关键参数解读: 详细解释电流放大系数 (β)、输入电阻、输出电阻、集电极最大允许耗散功率、截止频率、耐压等。 应用电路分析: 讲解三极管作为开关、放大器、振荡器、功率驱动等在各类电路中的应用,例如,LED驱动电路、音频放大电路、报警电路。 MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管): N沟道与P沟道: 讲解其工作原理(电压控制),增强型与耗尽型,以及不同电路连接方式(共源、共漏、共栅)。 关键参数解读: 详细解释阈值电压 (Vth)、导通电阻 (Rds(on))、漏极电流 (Id)、栅极电荷 (Qg)、最大漏极电流、耐压等。 应用电路分析: 讲解MOSFET作为开关在开关电源、电机驱动、高效率功率放大等方面的优势,以及其作为线性放大器时的应用。 JFET (结型场效应晶体管): 简要介绍其特性与应用。 故障诊断与排除: 提供识别三极管失效(开路、短路、漏电、参数漂移)的方法,以及测量技巧。 第二部分:集成电路与信号处理 本部分将基础元器件的知识延伸至功能更强大的集成电路,并探讨如何利用元器件对信号进行处理。 基本运算放大器 (Op-Amps): 理想运放模型: 介绍理想运放的两个重要特性:虚短和虚断,以及它们的意义。 基本应用电路: 详细讲解同相放大器、反相放大器、加法器、减法器、积分器、微分器等基本运放电路的设计与分析。 实际运放参数与局限性: 讨论输入偏置电流、输入失调电压、开环增益、带宽、压摆率、共模抑制比 (CMRR) 等实际参数对电路性能的影响。 滤波器应用: 讲解如何利用运放实现有源低通、高通、带通、带阻滤波器。 其他应用: 介绍运放作为比较器、积分器、以及在信号调理、测量仪表中的应用。 逻辑集成电路 (Logic ICs): 基本逻辑门: 介绍与门 (AND)、或门 (OR)、非门 (NOT)、与非门 (NAND)、或非门 (NOR)、异或门 (XOR)、同或门 (XNOR) 的逻辑功能、真值表和电路符号。 组合逻辑电路: 讲解编码器、译码器、多路选择器 (MUX)、数据分配器 (DEMUX) 等。 时序逻辑电路: 介绍触发器(SR, D, JK, T)、寄存器、计数器、移位寄存器等。 TTL与CMOS系列: 比较两种主要逻辑器件家族的特性、供电电压、速度、功耗等差异,以及选型原则。 应用实例: 介绍逻辑IC在数字系统设计中的基本应用,如状态机、简单的数字控制电路。 微控制器 (Microcontrollers - MCUs) 基础: MCU的组成: 介绍CPU、存储器(RAM、ROM/Flash)、I/O接口、定时器/计数器、中断控制器等核心组成部分。 基本编程概念: 简要介绍汇编语言和高级语言(如C语言)在MCU编程中的应用。 外围接口: 介绍SPI, I2C, UART, ADC, DAC等常见通信接口和模数/数模转换器的功能与应用。 嵌入式系统入门: 简述MCU在简单控制、数据采集等嵌入式应用中的角色。 信号处理基础: 模拟信号与数字信号: 区分两者的概念、特点和转换。 采样与量化: 讲解ADC工作的基本原理,奈奎斯特采样定理。 滤波器设计入门: 介绍数字滤波器的基本概念,以及在信号去噪、信号提取方面的作用。 第三部分:特殊元器件与系统级应用 本部分将重点介绍一些具有特定功能的元器件,并探讨它们在复杂电子系统中的集成应用。 电源管理元器件: 线性稳压器 (LDO): 介绍其工作原理、优点(低噪声)、缺点(效率低),以及常见型号的选择。 开关稳压器 (DC-DC Converters): 讲解升压 (Boost)、降压 (Buck)、升降压 (Buck-Boost) 等拓扑结构的工作原理,以及效率、纹波、瞬态响应等参数的考量。 电源控制器IC: 介绍PWM控制器、MOSFET驱动器等。 传感器与执行器: 常见传感器: 介绍温度传感器(如NTC、PT100、DS18B20)、光传感器(光敏电阻、光电二极管)、压力传感器、加速度传感器、霍尔传感器等的工作原理、选型依据及接口电路。 驱动电路: 讲解如何驱动电机、继电器、电磁阀等执行器,包括功率器件的选择和保护。 通信接口元器件: RS-232, RS-485, CAN总线: 介绍这些串行通信接口的物理层特性、电气规范、优缺点及应用场景。 SPI, I2C: 再次强调这些串行总线在连接片上设备时的重要性。 以太网、USB接口: 简要介绍其在数据传输中的作用。 射频 (RF) 元器件入门: 传输线理论基础: 简述阻抗匹配、驻波比 (VSWR) 等概念。 射频器件: 介绍耦合器、功率分配器/合成器、低噪声放大器 (LNA)、功率放大器 (PA)、混频器等基本RF器件的作用。 天线基础: 简要提及天线的类型与作用。 系统级集成与设计考量: PCB设计原则: 讲解信号完整性、电源完整性、EMC/EMI的基本概念,以及元器件布局、布线、接地等设计要点。 热管理: 讨论元器件散热的重要性,散热片、风扇等散热方式的选择。 可靠性与寿命: 介绍元器件的可靠性指标,以及在设计中如何提高系统的稳定性。 成本与性能的权衡: 讲解在实际项目开发中,如何在满足性能要求的前提下,优化成本。 二、 本书的特点 注重原理与实践结合: 本书不仅讲解理论知识,更通过大量的实际应用电路和案例,帮助读者理解元器件如何在真实电路中发挥作用。 深入的参数解读: 详细分析每一类元器件的关键参数,并指导读者如何根据参数进行科学选型,避免常见的设计误区。 由浅入深的学习路径: 从最基础的电阻、电容、二极管讲起,逐步过渡到集成电路和系统级应用,适合不同层次的读者。 图文并茂的阐述: 大量使用电路图、原理图、实物图和曲线图,使抽象的电子概念更加直观易懂。 强调设计思维: 引导读者从“如何用”的角度去思考,培养解决实际电子设计问题的能力。 覆盖范围广泛: 涵盖了电子元器件的绝大多数常用类型,为读者构建了一个全面的知识体系。 三、 学习方法建议 阅读本书时,建议读者: 1. 主动思考: 在阅读每个元器件的介绍时,思考其工作原理与实际应用之间的联系。 2. 动手实践: 结合书中提供的电路图,尝试在面包板或PCB上搭建实验电路,验证理论知识。 3. 参考数据手册: 学习如何阅读元器件的数据手册 (Datasheet),这是工程师必备的技能。 4. 案例分析: 深入研究书中的应用案例,理解设计思路和权衡过程。 5. 结合实际项目: 将所学知识应用于自己的电子项目开发中,不断巩固和提升。 《电子元器件应用技术》将是您在电子领域学习和探索道路上不可或缺的参考指南,帮助您扎实掌握电子元器件的应用精髓,为您的创新设计之路奠定坚实的基础。