電子產品的設計與工藝①

呂春輝 陳穎芳

(中國電子科技集團公司第三十四研究所 廣西桂林 541004)

電子產品工藝設計是指電子產品在設計研發過程中工藝人員進行工藝規程編制以及工藝裝備設計的總稱。電子產品工藝設計包括印制電路板的設計與裝配工藝，電子產品的結構工藝、電子產品的裝配工藝及電子產品調試工藝四大塊。

1 電子產品的設計過程。

電子產品的設計過程可分為6個階段：

（1）預研究階段：確定研究方向，明確目的，然后確定產品的技術指標；

（2）下達設計任務書，編寫方案設計報告；

（3）進行初步設計及理論計算；

（4）進行技術設計，編寫技術性文件，對結構設計進行工藝性審查，制定工藝方案；

（5）樣機生產，編制產品設計圖紙及必要工藝文件，設計制造必要的工藝裝置及專用設備，通過試驗掌握相關的關鍵工藝和新工藝，然后制造樣機零、部件，進行樣機機裝、電裝、總裝，對樣機進行調試、性能試驗及環境試驗；

（6）現場試驗及鑒定：通過現場試驗檢查產品是否滿足任務書的技術要求，然后編寫技術說明性及使用維護說明書。

2 印制電路板的設計與裝配工藝

電子產品在通過方案設計報告后，就要進行印制電路板的設計與制造。印制電路板由絕緣底板、連接導線和裝配焊接電子元器件的焊盤組成。主要材料是覆銅板，覆銅板由銅箔和基板組成。根據基板材料及厚度不同，銅箔與黏接劑的不同來決定覆銅板的性能，從而影響印制電路板的質量。

我們根據不同的電子產品性能及要求選用不同的覆銅板種類：

圖1 一般電子產品印字電路板焊接工藝流程

圖2 機箱電裝流程圖

圖3 機箱機裝流程圖

（1）覆銅箔酚醛紙層壓板：用于無線電及電子產品，易吸水，不宜在惡劣環境中使用；

（2）覆銅箔酚醛玻璃布層壓板：用于溫度、頻率較高的電子產品；

（3）覆銅箔環氧玻璃布層壓板：是孔金屬化印制板采用材料，電氣性能和機械性能較好，但價格較高；

（4）覆銅箔聚四氟乙烯層壓板：具有良好的抗熱性和電性能，用于耐高溫、耐高壓的電子產品。[1]

根據電子產品的性能指標及要求選好電路板的種類后，開始電路板的設計。電路板設計布局分單層板、雙層板及多層板[2]，根據設計電路原理圖的復雜層度及電氣性能要求，我們選用不同的電路板設計布局。完成電路板設計完成后交由電路板制造廠家進行制造加工。

電子產品印制電路板的電氣連接是通過對元器件、零部件在印制電路板上的裝配與焊接來實現的，主要有手工焊接和SMT焊接兩種焊接方式。元器件在開始裝配前，除了先按技術要求進行器件篩選外，一要檢查元器件引腳的可焊性，若可焊性不好，需進行鍍錫操作，二是要根據元器件在電路板上的安裝方式，對元器件進行整形操作，使其符合在印制板上的安裝需求。

通孔元器件的焊接一般采用手工焊接：元器件在開始裝配前，除了先按技術要求進行器件篩選外，一要檢查元器件引腳的可焊性，若可焊性不好，需進行鍍錫操作，二是要根據元器件在電路板上的安裝形式，對元器件進行整形操作，使其符合在印制板上的安裝需求。手工焊接的基本工藝要求：

（1）印制電路板上的金屬殼體元器件應能與相鄰印制導線和導體元器件絕緣；

（2）軸向引線元件的安裝應使元件本位位于兩個焊盤之間的居中位置，中、小功率晶體管的引線，不就應交叉插裝；

（3）焊接時，應采用選擇剪切后焊接的方法。如采用先焊接后剪切的方法，應地該焊接點重新進行焊接一次。此次焊接可視為焊接過程中的一道工序，而不作為返工處理；

（4）印制電路板元件孔（孔已金屬化）的焊接，焊料只能從印制電路板的焊接面流向元件面，焊料應覆蓋焊接面的整個焊盤，元件孔（孔已金屬化）內應填滿焊料；

（5）在整個焊接過程中應使烙鐵頭保持適當的焊接溫度：對于一般電子元器件的焊接，烙鐵頭的溫度宜為280℃，在任何情況下不超過320℃；對于特殊場合，允許烙鐵頭溫度為360℃；（注：特殊場合如引線或端子較粗、焊盤與印制電路板大面積銅箔相連等散熱快的情況）；

（6）一般通孔插裝元器件的焊接時間為2～3s,熱敏元器件的焊接時間為1～2s[2]；

（7）若在規定時間內未達到焊接要求，應待焊接點冷卻后，再重新進行焊接；

（8）雙列直插器件焊接時應采用對角線方法進行依次焊接，避免產生局部過熱的現象發生；

（9）焊接靜電敏感器件時，在整個焊接過程中宜在印制電路板組裝件插頭上插上短路電連接器。

一般手工焊接應先焊較低的元件，后焊高的元件，次序一般為電阻→電容→二極管→三極管→其他元件等，元器件排列整齊、同類元器件要保持高度一致。

SMT（表面組裝技術）用于表面組裝元器件的焊接，由以下3個部分組成：（1）表面組裝技術的設備；（2）表面組裝技術的軟件；（3）表面組裝元器件。

SMT工藝有兩類最基本的工藝流程：一是錫膏-再流焊工藝，二是貼片膠-波峰焊工藝。

兩種基本流程可組成多種不同焊接工藝。目前大多數電子產品采用兩種基本流程混合的混合安裝,工藝流程如圖1所示。

2 電子產品的結構工藝

結構設計是為了滿足電子產品的革新功能和電性能，使設備在各種既定條件下都能正常工作所進行的設計。

在電子產品中，安裝了電子元、器件及機械零、部件，使產品成為一個整體的基礎結構，稱為電子產品的整機結構。一般包括：機箱、機架和機柜結構。本文對機箱結構工藝進行簡單描述。

機箱一般分為鈑金結構機箱、鋁型材機箱和鑄造機箱：

（1）鈑金機箱：用薄鋼板經過折彎在進行焊接或用螺釘連接，即可構成一個完整機箱，這種機箱設計靈活多樣且用料品種少，生產周期短；

（2）鋁型材機箱：以鋁型材框架構成的機箱，稱為鋁型材機箱。由各種不同截面形狀的鋁型材構成框架，外加蓋板而成。這種機箱結構上變化靈活，工藝簡單，方便拆卸，便于裝配、調試和維修；

（3）鑄造機箱：鑄造機箱可以是整體鑄造，也可由壓鑄側板、面板、底座等組合而成。這種機箱生產周期長，一般很少采用。

詳細研究設計任務書，根據產品的技術指標、產品的功能及產品的體積、質量、顏色的限制、產品工作時的環境氣候條件、機械條件和運輸情況、存儲條件等情況來確定產品結構：

（1）根據產品的體積、質量的限制、使用條件，先決定機箱的外形尺寸以及機箱材料的選擇，選用材料時，應對其特點、性能有所了解，結合實際情況。

（2）根據產品的技術指標及產品的功能、性能來確定面板的布局和尺寸大小，機箱內元器件的布局排列及是否需要進行通風、減震、屏蔽措施，考慮整機插件的位置、電纜的布局等,還應根據產品的使用環境，考慮是否需要采取“三防”保護[3]。

（3）選用合適的連接器及符合使用要求和工程設計的附件，繪制結構圖。

出具結構圖紙給工廠進行機箱加工，然后采購選用的連接器及附件以備設備進行裝配。

3 電子產品的裝配工藝

電子產品的裝配是指按照給定的設計要求將各種元器件、零部件、整件安裝到指定位置上，組成具有一定功能的產品的過程。前面已經講述了電路板的裝配工藝，這里講述機箱的裝配工藝。

電子產品的機箱一般由前后面板及其連接器以及機箱內部零部件組成。機箱內部零部件主要有接口板、功能電路板、電源板、多個方形插件、互聯板、剛柔板、方形插件和濾波器等。

機箱裝配[4]包括機箱電裝和機裝，機箱機裝就是指根據結構設計圖紙要求，將加工好的各個元器件、零部件等組裝成一個完整的機箱；機箱電裝是指根據設計圖紙要求，將機箱內部元件、電路板、連接器等用不同規格的導線進行焊接操作，從而達到電氣連接的目的。機箱電裝與機裝是相輔相成的，根據需求兩個過程需要穿插交互多次才能完成機箱的裝配。

機箱電裝和機裝的工序如圖2、圖3所示。

在接收到機箱零、部件及設計圖紙后，我們要先消化結構裝配圖，然后將各個模塊、零部件進行拆分，確保沒有遺漏，然后再進行初裝，即將機箱面板器件。機箱內部器件，在不影響機箱電裝的前提下，能安裝的先進行安裝，然后進行機箱電裝，按照圖2流程進行，然后進行機箱組裝以及機箱總裝。

在以上過程中，各個工序都有特定的流程，我們通過樣機裝配將各個特定流程通過文件進行描述，即編寫裝配工藝文件。比如機箱的裝配順序，導線的焊接順序，選用的型號、規格等等。

4 電子產品的調試工藝

電子產品裝配工藝只是把產品的器件安照設計要求進行連接，但每個器件的參數都存在微小的偏差，所有器件綜合在一起，產品的性能就可能會出現較大的偏差，所以就需要進行產品調試。

產品的調試包括測試和調整2個部分，通過測試來確定產品是否滿足技術指標要求，對不合格的產品就要進行調整，通過調整使其達到指標要求。

我們根據產品的具體技術指標制定調試方案，即選擇匹配的測試條件和測試設備，明確調試步驟和方法、合理安排調試流程以及調試安全操作規定。

調試的一般流程如下：

（1）檢查產品外觀及內部連接情況，如電源連接是否正確，裝配是否有錯位等；

（2）檢查調試儀器是否正常，調整測試儀器參數；

（3）測量電源工作情況，如果是外加電源，先測量供電電壓是否正常，如果由產品內部供電，先斷開負載，測量空載電壓是否正常；

（4）通電觀察：給產品通電，不加測試信號，觀察有無異味、冒煙、元器件特別燙等現象，若有，則應立即切斷電源，檢查產品供電及連接情況；排除故障[5]；

（5）測試與調整：給產品加測試信號測量產品的技術參數，如果滿足技術指標則不需要進行調整，如果有偏差，則需要對產品電路進行參數調節。

調試包括電路板、部件和整機的調試，先進行電路板的調試，一般按照信號的流向進行，然后進行部件和整機的調試。

通過樣機調試，編制合理的調試工藝文件，包括如下內容：

（1）調試順序；

（2）調試的人數、技術等級、工時定額、需要的設備、工裝及工具、材料；

（3）調試路線圖、調試所需資料及記錄的數據、調試技術要求及方法、步驟；

（4）調試的其他說明：如簽署和交接等；

（5）安全生產相關注意事項[6]。

5 電子產品的檢驗

電子產品在經過調試后按技術要求進行指標檢測、功能檢測以及整機老化和環境試驗來檢驗產品的質量和可靠性。

6 文件整理

樣機完成生產后，整理電子產品的技術文件及過程文件，編寫整套的生產工藝文件用于實施產品生產、經濟核算、質量控制和加工產品的依據。

7 結語

電子產品的工藝設計貫穿電子產品設計的整個過程，兩者相輔相成，工藝設計使產品規范化，具備更好的可制造性和可裝配性，良好的工藝設計可以使電子產品的可生產性大大提高，也可以使產品的生產效率大大提升，縮短生產周期，降低成本。在競爭激烈的今天，努力提升電子產品的工藝設計，才能提高產品的競爭力，才能迎接挑戰，把握機遇。