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1. 电子产品的防护与防腐 2.电子产品的散热 3.电子产品的防振 4.电子产品的电磁兼容性 5.电子产品的静电防护,第四章 电子产品的防护与电磁兼容,1,教学目标,1.掌握电子产品在电磁兼容设计中采取的措施； 2. 掌握静电的危害及防护 。,2,第四节 电子产品的电磁兼容性,一电磁兼容性概述 （一）电子设备的电磁兼容性 电磁兼容性（ Electromagnetic compatipility 简称EMC）为了保证器件、设备或系统在所处的环境中良好运行，既要控制骚扰源的电磁发射，又要提高骚扰对象的抗扰度。,国际电工委员会IEC ： 无线电干扰特别委员会简称CISPR 1934年成立 ，专门研究无线电干扰问题，制定有关标准，旨在保护广播接收效果 。 电磁兼容委员会TC77成立于1981年的。TC77关心EMC所涉及的频率范围及产品。专门制定国际上比较完整和系统的抗扰度基础标准。 我国的EMC：1986年成立了全国无线电干扰标准化委员会，开始有组织有系统地对应CISPR/IEC开展国内EMC标准化工作。目前我国已制定了六十多项EMC国家标准，其中基础标准为GB4365-1995电磁兼容术语；GB/T6113-1995无线电干扰和抗扰度测量设备规范。,第四节 电子产品的电磁兼容性,（二）电磁干扰的三要素 构成电磁干扰包括三个要素：电磁干扰源、干扰传播途径、敏感设备,第四节 电子产品的电磁兼容性,1电磁干扰源 （1）电磁干扰的传播 传导耦合方式 传导耦合必须在骚扰源和敏感源之间有完整的电路连接。这个传输电路可包括导线、设备的导电部件、供电电源、公共阻抗、接地平面、电阻、电感、电容、和互感元件等。,第四节 电子产品的电磁兼容性,沿电源线的传导干扰 公共地线阻抗耦合,第四节 电子产品的电磁兼容性,辐射耦合方式 辐射耦合是通过介质以辐射电磁波形式传播，骚扰能量按电磁波的规律向周围空间发射。干扰源的空间可划分为两个区域： 近场区（感应区）：主要有电容耦合和电感耦合两种形式。 电容耦合途径 电感耦合途径,第四节 电子产品的电磁兼容性,远场区：常见的辐射耦合有三种：骚扰源天线发射的电磁波被敏感设备天线意外接收，称为天线对天线耦合；空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线感应耦合。 （三)电子设备电磁兼容性设计的基本要求 电子设备的电磁兼容性设计包括：限制干扰源的电磁发射、控制电磁干扰的传播以及增强敏感设备的抗干扰能力。 1、优化信号设计2、完善线路设计3、屏蔽4、接地与搭接 5、滤波6、合理布局,(三)屏蔽与屏蔽措施 用导电或导磁材料制成的用以抑制电场、磁场及电磁场干扰的盒、壳、板和栅、管等措施称为屏蔽。屏蔽有两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄露出该内部区域，二是防止外来的辐射干扰进入某一区域。根据其抑制功能不同，屏蔽可分为： 电屏蔽 即静电场或交变电场的屏蔽，用于防止和抑制寄生的电容耦合，隔离静电或交变电场的干扰。 磁屏蔽 即对恒磁场或交变磁扬的屏蔽，用于防止磁感应，抑制寄生电感耦合，隔离磁场的干扰。 电磁屏蔽 即电磁场的屏蔽，用于防止和抑制高频交变电磁场(f150kHz)的干扰，即隔离电磁耦合和辐射电磁场的干扰。,第四节 电子产品的电磁兼容性,1、电场屏蔽 （1）电场屏蔽的原理 在干扰源和敏感单元之间设置良好接地的金属屏障，就可抑制干扰源电场对敏感设备的影响。,第四节 电子产品的电磁兼容性,（2）电屏蔽的设计要点 要减少电场所引起的干扰，可采取以下措施： 屏蔽体必须良好接地。 正确选择接地点。屏蔽体的接地点应靠近被屏蔽的低电平元件的入地点，避免低电平电路的地线流过较大的地电流。 合理设计屏蔽体的形状。用全封闭的盒体最好。 选择导电性能好的导体做屏蔽体。如铜、铝等，高频时，屏蔽体表面镀银。,2. 磁场的屏蔽 （1）屏蔽原理 对恒磁场或低频交变磁扬（ 100kHz ）的屏蔽，其屏蔽的方法是选用高磁导率的铁磁材料（例如铁、硅钢片、坡莫合金等）进行磁分路。 磁场有磁力线，磁力线所通过的路径称为磁路。磁路具有磁阻，如果磁路横截面是均匀的，且磁场也是均匀的。 磁导率越大，磁阻就越小。由于铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率大得多，所以铁磁性材料的磁阻很小。将铁磁性材料置于磁场中时，磁通将主要通过铁磁性材料，而通过空气的磁通将大为减小，从而起到磁场屏蔽作用。,（2）低频磁屏蔽的设计要点 要减少低频磁场所引起的干扰，可采取以下措施： 选择相对磁导率高的材料做屏蔽体。 被屏蔽元件和屏蔽盒之间选择合适的间隙。 选择足够的屏蔽盒壁厚t。增大壁厚t有利于减小磁阻，使得磁分路效果更加明显，但壁厚t的大小还应考虑成本、制造工艺、结构尺寸等因素。 注意屏蔽盒的安装方向，对于横截面为矩形的屏蔽盒，安装时应使其长边平行于磁力线方向 （3）低频磁场屏蔽的结构 由于磁场屏蔽是通过选用高磁导率材料进行磁分路来实现的，因此，在磁场屏蔽的结构设计时，要围绕减少磁阻工作开展，具体可采取以下措施。,减小屏蔽盒（罩）接缝的磁阻 接缝的连接工艺及结构对屏蔽效能的影响很大，应根据使用要求合理设计，常用的连接方式有熔焊、点焊、铆钉和螺钉连接。 屏蔽盒（罩）接缝位置应平行于磁场 在屏蔽体壁内，当屏蔽体的接缝与磁通流经的方向垂直时，所呈现的磁阻就会增加，屏蔽效能就明显下降。,第四节 电子产品的电磁兼容性,正确布置屏蔽盒（罩）上的通风孔和接线孔 屏蔽盒（罩）上开通风孔、接线孔，应注意其尺寸大小和方向布局，要求是尽量少削弱导磁截面积和不增加导磁回路的长度，即尽量减少屏蔽体磁阻。 双层磁屏蔽 要想得到高的屏蔽效果，往往采取选用高磁导率材料和增加材料厚度的办法，但是，选用高磁导率材料和增加材料厚度都是有限度的，此时，可以采用双层磁屏蔽结构。,3. 电磁场屏蔽 电磁屏蔽是用屏蔽体阻止高频电磁场在空间传播的一种措施。 （1）屏蔽原理 利用导电良好的屏蔽材料对干扰电磁波的反射作用和吸收作用。 反射作用：利用电磁感应现象在屏蔽体表面产生的涡流的反磁场，即其对原干扰磁场的排斥作用，来抑制或抵消屏蔽体外的电磁场。P100 吸收作用：由于高频电磁场在金属板中会产生感应涡流，金属又具有一定的电阻，因此屏蔽体中的感应涡流就会变为热能而出现能量耗损，从而使电磁场得到吸收衰减。,第四节 电子产品的电磁兼容性,二、接地 接地技术是任何电子、电气设备都必须采用的重要技术，它不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是抑制电磁噪声、控制电磁干扰、保证设备可靠性的重要技术措施之一。在设计中如果能把接地和屏蔽正确使用，对实现电子设备的防干扰将起着事半功倍的作用。,1、 接地技术 电子设备中的“接地”有两个含义，一是真正接大地的地方；另一是在电路上某一点，即将直流电源的某极人为地指定作为这单元地电压参考点的“地”，设其电压为零，基本上与大地的地无关连。 (1)安全接地 设备接地的一个主要目的是为了安全。 漏电保护 为雷击电流提供一条泄放路径 。 对于许多静电敏感的场合，接地还是泄放电荷的主要手段。,第四节 电子产品的电磁兼容性,三相四线制接地系统 三相五线制接地系统,第四节 电子产品的电磁兼容性,三、滤波 1.滤波电路 滤波指从有噪声或干扰的信号中提取有用信号分量的一种方法或技术。让某些频率的目标信号电流通过，而不让其余频段的信号电流通过的无源四端网络统称为滤波电路（也称为滤波器）。根据所通过的频带不同，又分为低通、高通、带通和带阻滤波器。滤波器是抑制馈线干扰最有效的手段之一，也可选择适宜的铁氧体材料（如EMI磁珠，如图所示）作为元器件的引线接入电路使干扰电流损耗殆尽，达到滤波目的。,第四节 电子产品的电磁兼容性,2. 滤波器的分类：根据通带和阻带的范围，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻滤波器。 低通滤波器：设备的电源馈线、进出设备的控制线及进出屏蔽盒的某些导线，应加低通滤波器，以避免这些导线对外界形成干扰或免受其他电路导线干扰；放大器级与级间的退耦电路也采用低通滤波器。 带通滤波器：若需要滤除的频率范围很大，可将几种不同的电容器并联起来使用，能同时滤除低频和高频。 采用三个电容器并联（如10F、0.1F、100pF），分别滤除工频、音频和射频干扰。,第五节 电子产品的静电防护,一、静电的产生及危害 静电的产生方式多种，如两个物体接触、摩擦等。 静电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短。 人体自身的动作或与其他物体的接触、分离、摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。,静电在多个领域造成严重危害，静电放电能引起火灾和爆炸事故；造成人体电击；使电子元器件热二次击穿、金属导电层熔化、气体电弧放电、表面击穿、体击穿；干扰电子设备的正常运行。 晶 片 种 类 静电破坏电压 VMOS 30-1,800 MOSFET 100-200 Gaa SFET 100-300 EPROM 100- JFET 140-7,200 SAW 150-500 OP-AMP 190-2,500 CMOS 250-3,000,电子元件的损坏形式有两种 完全失去功能 器件不能操作 约占受静电破坏元件的百分之十 间歇性失去功能 器件可以操作但性能不稳定，维修次数因而增加 约占受静电破坏元件的百分之九十 在电子生产上进行静电防护，可免： 增加成本 减低质量 引致客户不满而影响公司信誉,从一个元件产生以后，一直到它损坏以前，所有的过程都受到静电 的威胁。这一过程包括： 元件制造：包含制造、切割、接线、检验到交货。 印刷电路板：收货、验收、储存、插入、焊接、品管、包装到出货。 设备制造：电路板验收、储存、装配、品管、出货。 设备使用：收货、安装、试验、使用及保养。 其中最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程。,二、静电防护的四项基本原则: 做好ESD防护设计 消除或减少静电的产生 使静电荷泻放或中和 保护产品免遭ESD伤害 三、静电防护的基本方法: 消除人体静电 防静电腕带、工作服（帽）、鞋 日常测试 配备防静电储运器具 包装袋、包装盒、周转箱、周转车 创造适宜的作业环境 接地系统、地面（地垫）、台垫、工作椅、温度、湿度,4.5 各类常用防静电材料及设施,由于SMD元件大部分晶体管及IC的内部均由MOS电路构成，对静电的抵抗能力比较弱，所以我们在取汲它们的时候一定要做好防静电措施。提高静电防护意识，掌握静电防护措施是对每一个从事电子产品生产人员的最基本要求。,28,ESD是是英文ElectroStatic Discharge的缩写,原意是“静电放电”，通常也指对静电放电的防护。 美国静电放电协会制定的标准：ANSI/ESD S20.20是目前国际上电子行业静电防护的最权威的唯一可以认证标准。企业通过ANSI/ESD S20.20认证，说明静电在该企业在生产当中得到了严格的控制，从而保证了产品的品质，保证了产品的可靠性。,29,材质：在化纤织物中加入导电纤维制成的防静电工作服。 原理：其消电是基于电荷的泄漏与中和两种机理。接地时，织物上的静电除因导电纤维的电晕放电被中和之外，还可经由导电纤维向大地泄放； 不接地时则借助于导电纤维微弱的电晕放电而消电。防静电工作服所要求的单件服装带电电荷量小于0.6C的要求,防静电服装,30,静电防护服,防静电腕带,4.5.1 人体防静电服饰,防静电带,31,腕带插座,防静电手套,32,防静电包装材料包括各种包装电子元器件和产品的袋、管、管塞与盒等。,4.5.2 防静电包装,33,4.5.3 防静电设备及设备的防静电,静电消除器(离子风机),地线检测仪,34,静电场测试仪,35,表面电阻测试仪,36,4.5.4 具体操作如下图所示:,用手腕带测试,用真空吸笔吸取IC,37,用手拿PCB板的对角,带防静电手套拿取PCB板,38,图1警示标签意义为: 提示不可用手触摸,图2警示标签意义为: ESD保护提示,4.5.5 常用防静 电标签,39,P106 12 17,图2警示标签意义为: ESD保护提示,作业,40,
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