電子硬件DFX工程設計手冊

目 錄
第1篇　DFX是什麽 1
1.1　科學、技術與工程的定義 1
1.2　DFX系統工程演進 1
1.3　DFX的意義 3
1.4　DFX與設計流程再造 3
第2篇　產品環境適應性系統工程 6
2.1　總則 6
2.1.1　濕度影響及要求 6
2.1.2　溫度的影響及要求 6
2.1.3　沙塵的影響及要求 7
2.1.4　靜電的影響及要求 7
2.1.5　海拔高度的影響要求 7
2.2　運輸 8
2.2.1　結構設計要求 8
2.2.2　運輸環境溫度要求 10
2.2.3　防靜電要求 10
2.3　存儲 10
2.3.1　存儲的結構設計 10
2.3.2　存儲環境 10
2.3.3　溫度影響 10
2.3.4　有害氣體（物質）的影響 10
2.3.5　設備運行環境 11
2.3.6　運行環境中振動、沖擊的影響 11
2.3.7　溫度、濕度的影響 11
2.3.8　長期高溫的影響 11
2.3.9　長期低溫的影響 12
2.3.10　溫度循環的影響 12
2.3.11　濕度的影響 13
2.4　腐蝕的影響及要求 13
2.4.1　PCB腐蝕及防止措施 13
2.4.2　器件的腐蝕及防止措施 14
2.4.3　摩擦侵蝕及防止措施 15
2.4.4　防止腐蝕設計的其他要求 16
第3篇　電子硬件DFX總體設計指南 17
3.1　可靠性設計 17
3.2　故障管理設計 19
3.3　可維護性設計 19
3.4　EMC設計要點 20
3.5　安規設計要點 21
3.6　環境適應性設計 22
3.7　防護設計 22
3.8　可測試性設計 23
3.9　熱設計及溫度監控 23
3.10　工程總體設計 24
3.11　器件工程需求分析 25
3.12　電路信號完整性分析 27
3.13　結構設計要求 28
第4篇　電子硬件可靠性設計指南 29
4.1　溫濕度適應性設計 29
4.1.1　結構設計要求 29
4.1.2　器件及材料應用要求 29
4.1.3　PCBA工藝設計 31
4.2　低氣壓適應性設計 33
4.3　三防適應性設計 33
4.3.1　結構設計要求 33
4.3.2　材料及器件應用要求 35
4.3.3　PCBA工藝設計 36
4.4　防機械振動、沖擊設計 37
4.4.1　結構設計要求 37
4.4.2　器件應用要求 37
4.4.3　PCBA工藝設計 39
4.5　防碰撞設計 40
4.5.1　結構設計要求 40
4.5.2　PCBA工藝設計 41
4.6　ESD防護設計 42
4.6.1　結構設計要求 43
4.6.2　器件應用要求 43
4.6.3　PCB工藝設計要求 43
第5篇　電子結構設計指南 45
5.1　結構件可靠性設計要求 45
5.1.1　機械固定 45
5.1.2　沖擊與振動 45
5.1.3　污染與腐蝕 46
5.2　PCB組件工藝結構設計 46
5.2.1　拉手條 46
5.2.2　扣板 48
5.2.3　加強板與加強筋 49
5.3　背板工藝結構設計 50
5.3.1　佈局 50
5.3.2　導向 51
5.3.3　防誤插 52
5.3.4　中間背板 52
5.4　插框工藝結構設計 53
5.5　盒體工藝結構設計 54
5.5.1　盒式產品 54
5.5.2　組合與模塊 54
5.6　鈑金結構件設計 55
5.6.1　沖裁 55
5.6.2　折彎 56
5.6.3　成形 59
第6篇　電子硬件熱設計指南 62
6.1　整機熱設計指南 62
6.1.1　熱設計基本知識 62
6.1.2　整機熱設計基本原則 62
6.1.3　材料熱膨脹匹配考慮點 63
6.1.4　器件的熱設計考慮 63
6.1.5　PCB設計階段的熱設計原則 64
6.1.6　散熱器設計要求 64
6.2　板級熱設計基本原則 66
6.3　PCB熱設計優選方式 66
6.4　PCB熱設計輸入條件 68
6.5　PCB熱設計與系統散熱方式 68
6.6　器件選型及其應用 69
6.7　PCB基材 71
6.8　PCB設計 71
6.8.1　器件佈局 71
6.8.2　PCB布線及散熱過孔設計 72
6.9　散熱器組裝及導熱介質選用要求 73
6.9.1　散熱器組裝 73
6.9.2　SMT組裝工藝 74
6.9.3　導熱介質選用要求 74
6.9.4　返修要求 75
第7篇　電子元器件選型要求 76
7.1　器件選擇總原則 76
7.2　器件通用要求 77
7.2.1　器件引腳材料 77
7.2.2　器件引腳或端子錶面塗層 77
7.2.3　器件封裝材料 78
7.2.4　器件的耐溫性與承受溫度應力 79
7.2.5　靜電敏感器件與潮濕敏感器件 79
7.3　分類器件的特殊要求 79
7.3.1　電阻 80
7.3.2　電容 81
7.3.3　半導體器件 81
7.3.4　光電類器件 82
7.3.5　射頻類器件 82
7.3.6　其他器件 82
7.4　器件選型要求 83
7.4.1　可焊性要求 83
7.4.2　電子元器件潮濕敏感要求 84
7.4.3　電子元器件靜電敏感要求 84
7.4.4　存儲條件和存儲期限 85
7.4.5　器件耐受機械應力與應變測試要求 85
7.4.6　器件耐受高溫的要求 86
7.4.7　非優選插座器件要求 86
7.4.8　器件封裝、外觀等要求 86
7.4.9　器件在表貼工藝中的應用要求 87
7.4.10　錫膏印刷工藝對器件的要求 88
7.4.11　迴流焊接工藝對器件的要求 92
7.4.12　THT工藝器件工藝要求 94
7.4.13　插件前對THT器件的要求 95
7.4.14　插裝對THT器件的要求 95
7.4.15　常規波峰焊接對THT器件的要求 96
7.4.16　壓接對器件的要求 97
7.4.17　塗覆對器件選型要求 105
7.4.18　返工、修理對器件選型要求 106
第8篇　器件PCB封裝庫設計指南 108
8.1　總體要求 108
8.1.1　面陣列封裝器件焊盤設計 108
8.1.2　有引腳封裝器件焊盤設計 108
8.1.3　無引腳封裝器件焊盤設計 108
8.1.4　通孔器件焊盤設計 108
8.2　封裝焊盤設計通則 109
8.2.1　封裝設計基本要求 109
8.2.2　出線和過孔 110
8.2.3　焊盤公差計算要求 111
8.2.4　PCB封裝庫設計的密度等級 111
第9篇　剛性PCB設計指南 114
9.1　基於可靠性的PCB材選擇 114
9.1.1　潮濕 114
9.1.2　熱膨脹系數CTE 114
9.1.3　玻璃化轉化溫度 114
9.2　PCB設計 115
9.2.1　PCB佈局設計要求 115
9.2.2　PCB走線設計 120
9.2.3　線寬、線距及走線安全性要求 121
9.2.4　出線方式 122
9.2.5　PCB孔設計 123
9.2.6　PCB半孔板設計 124
9.2.7　PCB的阻焊設計 129
9.3　PCB熱設計 129
9.4　PCB結構設計 130
9.5　PCB的錶面處理 131
9.5.1　熱風整平 131
9.5.2　化學鎳金 131
9.5.3　有機可焊性保護層 131
9.5.4　選擇性電鍍金 131
9.6　PCB製作要求 132
9.6.1　PCB過孔 132
9.6.2　PCB阻焊 132
9.6.3　PCB錶面處理 133
9.6.4　PCB枝晶、CAF及其他可靠性難點 133
第10篇　FPC設計指南 134
10.1　FPC尺寸設計總則 134
10.1.1　FPC尺寸範圍 134
10.1.2　FPC外形要求 134
10.1.3　FPC彎曲半徑要求 134
10.1.4　FPC板材利用率 135
10.2　FPC疊層設計指南 136
10.2.1　材料對設計的要求 136
10.2.2　疊法設計要求 136
10.3　孔設計 137
10.4　走線設計 138
10.5　焊盤設計 138
10.6　阻焊設計 139
第11篇　PCBA組裝過程 141
11.1　組裝焊接 141
11.1.1　器件對組裝焊接的熱要求 141
11.1.2　PCB對組裝焊接的熱要求 142
11.1.3　組件對組裝焊接的熱要求 142
11.1.4　特殊器件的焊接要求 143
11.1.5　波峰焊接 143
11.1.6　返修 143
11.2　來料 145
11.3　印錫 145
11.4　塗覆 146
11.5　操作 146
11.6　成型 147
11.7　清洗 148
11.8　質量控制 149
第12篇　電子材料選用 150
12.1　焊料的使用原則 150
12.2　助焊劑的使用原則 150
12.3　清洗劑的使用原則 150
12.4　塗覆工藝的使用原則 151
第13篇　電子產品可靠性試驗與篩選 153
13.1　可靠性試驗 153
13.1.1　過孔可靠性試驗 153
13.1.2　焊點可靠性試驗 153
13.2　篩選試驗 154
13.2.1　老化 154
13.2.2　ESS 155
13.2.3　高加速壽命試驗（HALT）和高加速應力篩選（HASS） 155
13.3　環境應力篩選方案設計 156
13.3.1　設計原則 156
13.3.2　設計依據 156
13.3.3　試驗剖面的確定 160
13.3.4　無故障篩選 163
第14篇　DFX工具實戰演練 164
14.1　系統登錄 164
14.2　DFX Station安裝 165
14.2.1　適用範圍 165
14.2.2　配置要求 165
14.2.3　系統登錄 166
14.2.4　DFX Station安裝 166
14.3　任務目標 171
14.4　數據要求 171
14.5　提交DFX任務 172
14.5.1　進入頁面 172
14.5.2　上傳數據 172
14.6　填寫PCB信息 174
14.7　選擇規則集和檢查對象 174
14.8　提交任務 175
14.9　導出報告 175
14.10　查看工程 176
14.11　DFX規則集說明 178
14.12　DFX規則類說明 180
14.13　DFX工具典型案例 182
14.14　DFX工程設計助力電子行業高質量發展 185
第15篇　案例：挑戰硬件工程三高極限 188
15.1　新員工成長實踐 188
15.2　高密用戶板：DFX工程打造高質量低成本“印鈔機” 190
15.3　高復雜線卡：挑戰PCB“三高”硬件工程極限 190
15.4　數字化PCB：探索工業大數據AI，走向智能 191
附錄A　術語和定義 192
附錄B　機械沖擊的實驗條件 194
附錄C　機械振動的實驗條件 195
附錄D　空氣污染等級 196
附錄E　可以承受迴流工藝的常用材料 198
附錄F　電子裝聯設備對器件尺寸的限制要求 199
附錄G　不同潮濕敏感等級器件拆封後烘烤要求 200
附錄H　壓接設備的基本性能參數 202
附錄I　??高碳鋼、低碳鋼對應的常用材料牌號列表 203