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産品設計可製造性是指所設計的産品的可加工性(我國工業部門一般稱為工藝性),在産品設計或論證階段,如果不認真考慮可製造性,會導緻組織生産時齣現製造周期延長、生産成本提高或材料供應睏難等問題。
本套叢書既可幫助産品設計人員提高對工藝知識的瞭解,又能幫助製造人員組織産品可生産性評審及生産組織工作。針對航空、航天、船舶、電子、兵器等國防行業産品的設計、製造特點,具有較高的學術價值和學術水平,以及較強的實用價值及創新性,能滿足航空工業及其他國防工業的實際需要,可作為國防工業係統及其他工業係統的産品設計人員、工藝技術人員、産品生産與管理人員,以及相關專業師生非常實用的參考書籍。
內容簡介
《電子元器件應用技術》由工作在電子元器件第一綫的各方麵專傢編寫,內容涉及各類電子元器件,包括真空電子器件、微電子器件、光電子器件、微特電機和特種元器件等。書中概要介紹瞭各類電子元器件的基本特性、當前的産品情況以及所采用的國傢標準,討論瞭如何正確管理、選擇、使用元器件以及在使用過程中可能齣現的問題及解決方法。
《電子元器件應用技術》對從事電子設備、係統研製、生産的單位和技術人員在瞭解電子元器件的基本情況,提高電子設備、係統設計的可製造性方麵具有較高的使用價值。
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目錄
第1章 引言
第2章 電子元器件的選擇與管理
2.1 電子元器件管理
2.1.1 元器件選擇
2.1.2 技術規範的規定
2.2 元器件選擇指南
2.2.1 集成電路t
2.2.1.1 數字集成電路
2.2.1.2 模擬集成電路
2.2.1.3 混閤集成電路
2.2.2 微波毫米波器件和集成電路
2.2.2.1 真空微波功率器件
2.2.2.2 固態微波器件
2.2.2.3 微波單片集成電路
2.2.3 固態激光器
2.2.3.1 固體激光器
2.2.3.2 半導體激光器
2.2.4 光電探測器
2.2.4.1 可見光CCD
2.2.4.2 紅外焦平麵探測器
2.2.5 MEMS
2.2.5.1 慣性MEMS
2.2.5.2 射頻(RF)MEMS
2.2.5.3 光MEMS
2.2.5.4 MEMS傳感器
2.2.6 化學、物理電源
2.2.6.1 化學電源
2.2.6.2 物理電源
2.2.7 電纜與光纜
2.2.7.1 電纜
2.2.7.2 光縴與光纜
2.2.8 微特電機
2.2.8.1 信號電機
2.2.8.2 執行電機
2.2.8.3 電源電機
2.2.9 敏感元件與傳感器
2.2.9.1 熱敏元件、溫度傳感器
2.2.9.2 力學量傳感器
2.2.9.3 壓敏元件(壓敏電阻器)
2.2.9.4 濕敏元件及濕度傳感器
2.2.9.5 振動慣性器件
2.2.10 聲錶麵波/聲體波器件
2.2.11 微波元件
2.2.11.1 環行器和隔離器
2.2.11.2 波導和波導元件
2.2.12 電阻器
2.2.12.1 固定電阻器
2.2.12.2 電阻網絡和阻容網絡
2.2.12.3 電位器
2.2.13 電容器
2.2.13.1 有機電容器
2.2.13.2 無機電容器
2.2.13.3 電解電容器
2.2.13.4 空氣介質微調電容器
2.2.14 繼電器
2.2.14.1 電磁繼電器
2.2.14.2 固體繼電器(ssR)
2.2.14.3 延時繼電器(時間繼電器)
2.2.14.4恒溫繼電器(溫度繼電器)
2.2.15 電連接器
2.2.15.1 低頻連接器
2.2.15.2 射頻連接器、轉接器及射頻連接器電纜組件
2.2.15.3 插座和端接件
2.2.16 磁性元器件
2.2.16.1 軟磁鐵氧體
2.2.16.2 金屬磁粉心
2.2.16.3 感性器件
2.2.17 開關
2.2.17.1 鏇轉開關
2.2.17.2 微動開關
2.2.17.3 鈕子開關
2.2.17.4 編碼開關
2.2.17.5 按鈕開關
2.2.17.6 行程開關
2.2.17.7 薄膜鍵盤開關
2.3 元器件的篩選
2.3.1 篩選的概念與原理
2.3.2 器件失效模式分析與篩選方法的選擇
2.3.3 篩選方法及其條件的確定
2.3.4 5004A篩選試驗方法
2.4 壽命周期成本(LCC)
2.4.1 壽命周期成本的組成
2.4.1.1 壽命周期成本模型
2.4.1.2 壽命周期各階段費用
2.4.2 壽命周期成本控製
2.4.2.1 壽命周期成本參數設計
2.4.2.2 設計階段的成本控製
2.4.2.3 關鍵部件的成本控製
第3章 典型元器件的設計與製造方法
3.1 矽單片集成電路設計與製造的新技術、新工藝
3.1.1 設計技術
3.1.2 集成電路芯片工藝技術
3.2 矽單片集成電路芯片製造的關鍵技術
3.2.1 工藝流程
3.2.2 典型工藝介紹
3.2.2.1 光刻
3.2.2.2 擴散與離子注入
3.3 集成電路生産綫的設備與材料
3.3.1 集成電路設備
3.3.2 集成電路工藝用材料
第4章 環境防護與可靠性保障措施
4.1 概述
4.2 環境因素分析
4.3 可靠性保障措施
4.3.1 熱防護
4.3.2 機械防護
4.3.3 衝擊和振動防護
4.3.4 潮濕、鹽霧、沙塵的防護
4.3.5 輻射防護
4.4 電子設備封裝的一般考慮
第5章 電子設備的裝配和封裝
5.1 電路基闆的發展趨勢
5.1.1 印刷電路闆(PCB)
5.1.2 陶瓷基闆
5.2 電纜與光纜
5.2.1 電纜
5.2.2 光纜
5.3 锡焊
5.3.1 手工焊
5.3.2 波峰焊
5.3.3 串聯焊
5.3.4 再流焊
5.3.5 焊劑和焊劑用法
5.4 不用焊劑的纏繞電路接點
5.5 錶麵安裝技術(SMT)
5.5.1 錶麵安裝元器件(SMC/SMD)
5.5.2 錶麵安裝設備
5.5.2.1 焊膏和貼裝膠塗敷設備
5.5.2.2 貼裝設備
5.5.2.3 焊接設備
5.5.2.4 其他設備
5.6 針腳式布綫
5.7 撓性蝕刻電路
5.8 插件設備
5.8.1 手工插件和半自動插件係統
5.8.2全自動插件係統
第6章 生産和使用期間可靠性降低最小化的設計
6.1 造成可靠性降低的因素
6.2 易於檢測和維修的設計
6.2.1 硬件分塊的設計
6.2.2 故障的診斷和分離
第7章 用在生産綫上的測試技術和檢測設備
7.1元器件測試
7.1.1 半導體器件生産過程中的在綫檢測
7.1.1.1 半導體集成電路測試技術
7.1.1.2 集成電路在綫檢測
7.1.2 集成電路高溫貯存和可靠性老煉
7.1.2.1 可靠性篩選
7.1.2.2 高溫貯存
7.1.2.3 老煉篩選
7.1.3 元器件産品齣、入廠質量檢測與試驗
7.2 印刷電路闆(PCB)檢測
7.2.1 基本測試技術
7.2.1.1 自動光學檢測(AOI)
7.2.1.2 自動x射綫檢測(AXI)
7.2.1.3 在綫測試(ICT)
7.2.1.4 功能測試(FT)
7.2.2組閤測試技術
7.3 部分自動化和自動化測試
7.3.1 自動測試係統基本結構
7.3.2 集成電路自動測試設備
參考文獻
後記
精彩書摘
第2章 電子元器件的選擇與管理
2.1 電子元器件管理
電子元器件管理工作範圍很廣,包含瞭元器件選擇、采購和應用的全部工作內容。這項工作主要圍繞著元器件的標準化、鑒定、批準和規範等任務展開,目的是使元器件滿足研製項目設計的性能、可靠性及其他要求。本節對這些管理任務提齣瞭進一步的要求,指齣瞭它們在元器件選擇過程中的重要性,並提供瞭適當的設計指南。在我國,負責軍用電子元器件標準化的機構是中國軍用電子元器件質量認證委員會,按照認證程序規則的規定對軍用電子元器件製造廠生産綫進行認證,對産品或材料和工藝進行鑒定,將鑒定閤格的産品列入閤格産品目錄(QPL),將鑒定閤格的工藝/材料及相關産品列入閤格製造廠目錄(QML),並對其閤格資格進行監督。在美國,任何軍用電子設備的電子元器件都應經軍用元器件谘詢小組(Military Parts Control Advisory Group)的認定,該小組隸屬於國防電子供應中心(DESC)的工程標準化管理局,其任務是促進元器件選擇和應用的標準化水平。
2.1.1 元器件選擇
在新設備的設計和研究方案中采用標準元器件,除瞭使後勤支持比較簡便以外,在得到較好設備性能的同時,還可以節約大量的時間和精力。因此,元器件選擇的一般規則是:在可能的情況下,應盡可能選擇使用標準元器件。
所謂標準元器件的定義是:憑藉其係統的試驗計劃以及在設備中成功應用的曆史,已經證明在特定的電子、機械和環境的極限條件內具有穩定發揮功能的能力,從而進入軍品詳細規範目錄的元器件。
……
前言/序言
縮短生産周期、提高産品質量、降低製造成本是企業贏得競爭的主要途徑。
産品設計可製造性是指所設計的産品的可加工性(我國工業部門一般稱為工藝性),在産品設計或論證階段,如果不認真考慮可製造性,則會在組織生産時齣現製造周期延長、成本提高或材料供應睏難等問題。
産品在進入生産製造環節前需要對可製造性進行衡量,産品設計是否考慮瞭製造加工的工藝可行性尤為重要,係統設計能力和水平是裝備製造技術水平最直觀、最集中的錶現。在我國軍工行業的發展過程中,通過引進技術、閤作設計、閤作生産、自主開發等多種途徑,已能生産大批高水平、高質量的産品。
一直以來,尤其是“十一五”期間,我國軍工係統各行業科研、生産任務繁重,新材料、新技術、新設備不斷齣現,新産品、新型號的設計、生産始終是一個製約軍品發展的瓶頸問題,實踐經驗豐富、熟知生産工藝過程的工程技術人員的嚴重匱乏,經驗豐富的設計、工藝、生産人員相對較少,而且隨著産品生命周期的不斷縮短,越來越需要快速開發生産新的、工藝成熟的産品,以增加企業的競爭力,這就需要提高産品設計工程師及製造工程師的綜閤能力,使其工作更易於銜接,既可幫助産品設計人員提高對工藝知識的瞭解,又能幫助製造人員組織産品可製造性評審及生産組織工作。
《電子元器件應用技術》書籍簡介 《電子元器件應用技術》是一本旨在為讀者提供全麵、深入理解電子元器件及其在實際電路中應用的專業書籍。本書並非僅僅羅列各種元器件的參數和規格,而是著重於解釋其工作原理、特性麯綫、選擇依據以及在不同應用場景下的最佳實踐。本書的目標讀者包括電子工程專業的學生、工程師、技術愛好者以及任何希望係統學習電子元器件應用知識的專業人士。 一、 核心內容概述 本書共分為三個主要部分,層層遞進,由淺入深地引導讀者掌握電子元器件的應用精髓: 第一部分:基礎元器件與原理 本部分奠定堅實的理論基礎,詳細介紹電子電路中最基本、最核心的元器件。 電阻器 (Resistors): 基本概念與分類: 深入解析電阻的本質,區分固定電阻、可變電阻(電位器、滑動變阻器)和特殊電阻(熱敏電阻、壓敏電阻、光敏電阻)。 材料與製造工藝: 介紹不同電阻材料(碳膜、金屬膜、氧化膜、綫繞等)的特性差異及其對性能的影響,剖析電阻的製造過程,理解其內部結構。 關鍵參數解讀: 詳細講解標稱阻值、允許偏差、功率額定值、溫度係數、噪音電壓、高頻特性等參數的含義及重要性,指導讀者如何根據實際需求選擇閤適的電阻。 應用電路分析: 講解電阻在限流、分壓、負載、匹配、濾波、衰減等典型電路中的作用,通過具體電路圖演示其工作原理和設計考量。例如,在LED限流電路中,計算電阻值的依據;在分壓電路中,如何根據負載變化分析輸齣電壓;在高頻電路中,電阻的寄生效應分析。 故障診斷與排除: 提供識彆電阻失效(開路、短路、阻值漂移)的方法,以及相應的測量和更換技巧。 電容器 (Capacitors): 基本概念與分類: 闡述電容的儲能原理,區分不同類型的電容器,如電解電容器(鋁電解、鉭電解)、陶瓷電容器(高介電常數型、低介電損耗型)、薄膜電容器(聚酯、聚丙烯)、雲母電容器、超級電容器等。 結構與材料: 介紹電容器的構成,包括介質材料、電極材料、封裝形式,以及不同材料對電容器性能(容量、耐壓、漏電流、頻率響應、ESR等)的影響。 關鍵參數解讀: 詳細解釋標稱容量、額定電壓、容差、等效串聯電阻 (ESR)、等效串聯電感 (ESL)、漏電流、損耗角正切、溫度特性、壽命等參數,指導讀者進行科學選型。 應用電路分析: 深入探討電容器在濾波(電源濾波、信號濾波)、耦閤、隔直、儲能(閃光燈、功率因數補償)、旁路、退耦、振蕩電路中的作用,通過實例分析其在不同電路中的關鍵作用和設計考量。例如,電源濾波電路中,解釋不同類型電容器在不同頻率段的濾波效果;高頻電路中的旁路電容選擇原則。 故障診斷與排除: 提供識彆電容器失效(漏電、容量衰減、擊穿、ESR升高)的方法,以及測量和更換的注意事項,特彆強調電解電容器極性的重要性。 電感器 (Inductors): 基本概念與分類: 解釋電感的儲能原理(磁場),區分空心電感、鐵芯電感(疊片鐵芯、鐵氧體、磁環)、固定電感、可變電感等。 結構與材料: 介紹電感的組成,包括導綫、磁芯材料、骨架等,分析不同磁芯材料(鐵氧體、坡莫閤金、非晶閤金)的特性及其對電感參數(電感量、飽和電流、Q值)的影響。 關鍵參數解讀: 詳細講解電感量、額定電流、直流電阻、分布電容、自諧頻率、品質因數 (Q值) 等參數,以及這些參數在實際應用中的意義。 應用電路分析: 深入分析電感在濾波(EMI濾波、LC濾波)、儲能(開關電源)、振蕩、匹配、耦閤、變壓器(隔離、升降壓)等電路中的作用,通過具體實例講解其設計思路。例如,在開關電源的儲能電感設計中,如何權衡電感量、電流能力和效率;在EMI濾波器設計中,電感器的選型與布置。 故障診斷與排除: 提供識彆電感失效(開路、短路、電感量下降)的方法,以及測量技巧。 二極管 (Diodes): PN結基本原理: 深入講解PN結的形成、導通與截止特性、伏安特性麯綫,以及正嚮壓降、反嚮擊穿等重要概念。 各類二極管詳解: 整流二極管: 分析其在單相、三相橋式整流電路中的應用,講解整流效率、紋波係數等。 穩壓二極管 (Zener Diodes): 詳細介紹穩壓原理,不同功率等級和穩壓值的選擇,以及在穩壓電路中的應用。 發光二極管 (LEDs): 講解LED的發光原理、顔色、亮度、效率,以及電流控製、恒流驅動、多顆LED串並聯的設計考量。 肖特基二極管: 介紹其低壓降、快速開關特性的優勢,以及在整流、續流等方麵的應用。 光電二極管、光電耦閤器、變容二極管等: 簡要介紹其工作原理和應用領域。 關鍵參數解讀: 講解正嚮壓降、最大正嚮電流、反嚮擊穿電壓、反嚮漏電流、開關速度等。 應用電路分析: 講解二極管在極性保護、電平移動、信號檢測、鉗位、箝位等電路中的應用。 故障診斷與排除: 提供識彆二極管失效(開路、短路、漏電)的方法。 三極管 (Transistors): BJT (雙極結型晶體管): NPN與PNP結構: 深入講解其工作原理,放大區、截止區、飽和區,以及共發射極、共集電極、共基極三種基本放大電路的特點。 關鍵參數解讀: 詳細解釋電流放大係數 (β)、輸入電阻、輸齣電阻、集電極最大允許耗散功率、截止頻率、耐壓等。 應用電路分析: 講解三極管作為開關、放大器、振蕩器、功率驅動等在各類電路中的應用,例如,LED驅動電路、音頻放大電路、報警電路。 MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管): N溝道與P溝道: 講解其工作原理(電壓控製),增強型與耗盡型,以及不同電路連接方式(共源、共漏、共柵)。 關鍵參數解讀: 詳細解釋閾值電壓 (Vth)、導通電阻 (Rds(on))、漏極電流 (Id)、柵極電荷 (Qg)、最大漏極電流、耐壓等。 應用電路分析: 講解MOSFET作為開關在開關電源、電機驅動、高效率功率放大等方麵的優勢,以及其作為綫性放大器時的應用。 JFET (結型場效應晶體管): 簡要介紹其特性與應用。 故障診斷與排除: 提供識彆三極管失效(開路、短路、漏電、參數漂移)的方法,以及測量技巧。 第二部分:集成電路與信號處理 本部分將基礎元器件的知識延伸至功能更強大的集成電路,並探討如何利用元器件對信號進行處理。 基本運算放大器 (Op-Amps): 理想運放模型: 介紹理想運放的兩個重要特性:虛短和虛斷,以及它們的意義。 基本應用電路: 詳細講解同相放大器、反相放大器、加法器、減法器、積分器、微分器等基本運放電路的設計與分析。 實際運放參數與局限性: 討論輸入偏置電流、輸入失調電壓、開環增益、帶寬、壓擺率、共模抑製比 (CMRR) 等實際參數對電路性能的影響。 濾波器應用: 講解如何利用運放實現有源低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 其他應用: 介紹運放作為比較器、積分器、以及在信號調理、測量儀錶中的應用。 邏輯集成電路 (Logic ICs): 基本邏輯門: 介紹與門 (AND)、或門 (OR)、非門 (NOT)、與非門 (NAND)、或非門 (NOR)、異或門 (XOR)、同或門 (XNOR) 的邏輯功能、真值錶和電路符號。 組閤邏輯電路: 講解編碼器、譯碼器、多路選擇器 (MUX)、數據分配器 (DEMUX) 等。 時序邏輯電路: 介紹觸發器(SR, D, JK, T)、寄存器、計數器、移位寄存器等。 TTL與CMOS係列: 比較兩種主要邏輯器件傢族的特性、供電電壓、速度、功耗等差異,以及選型原則。 應用實例: 介紹邏輯IC在數字係統設計中的基本應用,如狀態機、簡單的數字控製電路。 微控製器 (Microcontrollers - MCUs) 基礎: MCU的組成: 介紹CPU、存儲器(RAM、ROM/Flash)、I/O接口、定時器/計數器、中斷控製器等核心組成部分。 基本編程概念: 簡要介紹匯編語言和高級語言(如C語言)在MCU編程中的應用。 外圍接口: 介紹SPI, I2C, UART, ADC, DAC等常見通信接口和模數/數模轉換器的功能與應用。 嵌入式係統入門: 簡述MCU在簡單控製、數據采集等嵌入式應用中的角色。 信號處理基礎: 模擬信號與數字信號: 區分兩者的概念、特點和轉換。 采樣與量化: 講解ADC工作的基本原理,奈奎斯特采樣定理。 濾波器設計入門: 介紹數字濾波器的基本概念,以及在信號去噪、信號提取方麵的作用。 第三部分:特殊元器件與係統級應用 本部分將重點介紹一些具有特定功能的元器件,並探討它們在復雜電子係統中的集成應用。 電源管理元器件: 綫性穩壓器 (LDO): 介紹其工作原理、優點(低噪聲)、缺點(效率低),以及常見型號的選擇。 開關穩壓器 (DC-DC Converters): 講解升壓 (Boost)、降壓 (Buck)、升降壓 (Buck-Boost) 等拓撲結構的工作原理,以及效率、紋波、瞬態響應等參數的考量。 電源控製器IC: 介紹PWM控製器、MOSFET驅動器等。 傳感器與執行器: 常見傳感器: 介紹溫度傳感器(如NTC、PT100、DS18B20)、光傳感器(光敏電阻、光電二極管)、壓力傳感器、加速度傳感器、霍爾傳感器等的工作原理、選型依據及接口電路。 驅動電路: 講解如何驅動電機、繼電器、電磁閥等執行器,包括功率器件的選擇和保護。 通信接口元器件: RS-232, RS-485, CAN總綫: 介紹這些串行通信接口的物理層特性、電氣規範、優缺點及應用場景。 SPI, I2C: 再次強調這些串行總綫在連接片上設備時的重要性。 以太網、USB接口: 簡要介紹其在數據傳輸中的作用。 射頻 (RF) 元器件入門: 傳輸綫理論基礎: 簡述阻抗匹配、駐波比 (VSWR) 等概念。 射頻器件: 介紹耦閤器、功率分配器/閤成器、低噪聲放大器 (LNA)、功率放大器 (PA)、混頻器等基本RF器件的作用。 天綫基礎: 簡要提及天綫的類型與作用。 係統級集成與設計考量: PCB設計原則: 講解信號完整性、電源完整性、EMC/EMI的基本概念,以及元器件布局、布綫、接地等設計要點。 熱管理: 討論元器件散熱的重要性,散熱片、風扇等散熱方式的選擇。 可靠性與壽命: 介紹元器件的可靠性指標,以及在設計中如何提高係統的穩定性。 成本與性能的權衡: 講解在實際項目開發中,如何在滿足性能要求的前提下,優化成本。 二、 本書的特點 注重原理與實踐結閤: 本書不僅講解理論知識,更通過大量的實際應用電路和案例,幫助讀者理解元器件如何在真實電路中發揮作用。 深入的參數解讀: 詳細分析每一類元器件的關鍵參數,並指導讀者如何根據參數進行科學選型,避免常見的設計誤區。 由淺入深的學習路徑: 從最基礎的電阻、電容、二極管講起,逐步過渡到集成電路和係統級應用,適閤不同層次的讀者。 圖文並茂的闡述: 大量使用電路圖、原理圖、實物圖和麯綫圖,使抽象的電子概念更加直觀易懂。 強調設計思維: 引導讀者從“如何用”的角度去思考,培養解決實際電子設計問題的能力。 覆蓋範圍廣泛: 涵蓋瞭電子元器件的絕大多數常用類型,為讀者構建瞭一個全麵的知識體係。 三、 學習方法建議 閱讀本書時,建議讀者: 1. 主動思考: 在閱讀每個元器件的介紹時,思考其工作原理與實際應用之間的聯係。 2. 動手實踐: 結閤書中提供的電路圖,嘗試在麵包闆或PCB上搭建實驗電路,驗證理論知識。 3. 參考數據手冊: 學習如何閱讀元器件的數據手冊 (Datasheet),這是工程師必備的技能。 4. 案例分析: 深入研究書中的應用案例,理解設計思路和權衡過程。 5. 結閤實際項目: 將所學知識應用於自己的電子項目開發中,不斷鞏固和提升。 《電子元器件應用技術》將是您在電子領域學習和探索道路上不可或缺的參考指南,幫助您紮實掌握電子元器件的應用精髓,為您的創新設計之路奠定堅實的基礎。