电子设备热循环和振动故障预防PDF电子书下载

第1章 电子系统故障物理特性 1

1.1 不同类型电子组件中的故障 1

1.2 分析和评价的领域 1

1.3 热循环环境对引线和焊点的影响 2

1.4 振动环境对引线和焊点的影响 3

1.5 可靠性的不同观点 3

1.6 焊点中的蠕变和应力消除 4

1.7 交变应力循环和温度对焊点的影响 5

1.8 PCB结构自身的故障 7

1.9 PCB电镀通孔中的故障 8

1.10 散布对结构材料疲劳寿命的影响 8

1.11 制造公差对疲劳寿命的影响 9

1.12 由热循环损伤和振动损伤引起的综合损伤 10

第2章 热膨胀位移、力和应力 13

2.1 使结构要素工作更灵活以降低力和应力 13

例题1：铝条中的轴向热膨胀 14

例题2：降低铝条内的轴向热膨胀力 15

2.2 由PCB中的x-y热胀差引起的引线弯曲 16

2.3 电气引线的有效长度 17

2.4 内力迫使带固定端的引线弯曲和侧向移动 17

例题：通孔安装元器件引线和焊点中的热循环位移、力和应力 18

2.5 安全比后悔更好 21

第3章 梁和其他简单结构的振动 22

3.1 振动环境中产生的动态力 22

例题：变压器引线中的振动力和应力 23

3.2 简单结构固有频率确定 23

例题：有端部质量的悬臂梁的固有频率 24

3.3 位移与频率和重力单位（G值）的关系 25

例题：根据频率和加速度求取位移 26

3.4 带集中载荷的梁的动态力和位移 27

例题：求取作用在梁上的动态位移和动态力的两种方法 27

3.5 匀质梁结构的固有频率 28

例题：钢梁和铝梁的固有频率 29

第4章 印制电路板和平板的振动 31

4.1 不同印制电路板的特性 31

4.2 振动对电路板边缘条件的影响 31

4.3 印制电路板的固有频率 32

例题：求取插入式电路板的固有频率 34

4.4 影响各种结构和平板传输率Q的条件 34

4.5 不同电子结构传输率Q的估算 37

例题：固有频率和输入G值对Q的影响 37

4.6 特型电路板的固有频率 38

例题：矩形平板的固有频率 42

第5章 热循环和振动环境中疲劳寿命的估算 43

5.1 电子结构中的疲劳故障和疲劳损伤 43

5.2 疲劳特性与疲劳曲线斜率的关系 44

例题1：PCB上电感的振动疲劳寿命的变化 45

例题2：试验时间和加速度值变化的影响 48

5.3 焊点的热循环疲劳指数斜率b 48

例题1：建立自动验证的寿命试验大纲 49

例题2：器件的热诱发力、应力和疲劳寿命 49

第6章 预防电子系统振动损伤的倍频程规则、缓冲器、阻尼器和隔振器 55

6.1 PCB及其支撑结构之间的动态耦合 55

例题：振动对安装在电路板上的继电器的影响 59

6.2 利用缓冲器稳定严酷振动和冲击环境中的PCB 61

例题：选择缓冲器解决PCB的振动问题 63

6.3 增加PCB的阻尼以降低谐振时的传输率Q 64

6.4 材料阻尼特性 64

6.5 结构阻尼特性 65

6.6 黏弹材料的阻尼特性 65

6.7 振动隔离系统 67

6.8 精密仪表减振器的匹配安装 68

6.9 倍频程规则应用于隔离系统 69

例题：推荐带隔离器的系统使用的频率 69

第7章 热膨胀在轴向元器件引线中形成的位移、力和应力 71

7.1 安装在电路板上的电子器件 71

7.2 评价作为框架和排架的元器件引线 71

7.3 用于求取引线位移和力矩的叠加法 72

7.4 用于求取引线位移和力矩的应变能法 75

7.5 拉伸和弯曲时电气引线的有效长度 78

例题：在使用轴向引线进行表面安装和通孔安装的ASIC中的热膨胀位移、力和应力 79

7.6 电气引线中的热循环弯曲应力 81

7.7 引线热循环的近似疲劳寿命 81

7.8 焊点热循环应力和疲劳寿命近似值 81

第8章 设计用于正弦振动的电子设备 83

8.1 正弦振动中的基本故障模式 83

8.2 具有非匀质横断面的梁结构 84

例题：具有非匀质断面的底座的固有频率 85

8.3 复合层压组合结构 86

例题：复合层压梁的固有频率 86

8.4 几何应力集中因子 87

例题1：弯曲凹轴的疲劳寿命 88

例题2：求解达到10000h寿命的输入振动量值 93

8.5 PCB器件尺寸、位置和取向对疲劳寿命的影响 93

8.6 PCB对于正弦振动的所希望的固有频率 94

例题：求解所希望的PCB的最低固有频率 96

8.7 正弦扫频振动通过谐振点时造成的损伤 97

例题1：求取正弦扫频振动用掉寿命的百分比 98

例题2：在两个频率之间扫频的时间 99

8.8 避免插入式PCB边缘导向件的松动 99

第9章 电子线路设计的随机振动评估 101

9.1 引言 101

9.2 如何区分随机振动与正弦振动 102

9.3 随机振动功率谱密度曲线 103

例题：求取输入rms加速度值 103

9.4 用分贝数表示斜率 103

9.5 求取成形随机振动输入曲线下的面积 104

例题：根据PSD曲线下的面积求取均方根输入G值 105

9.6 寻找输入PSD曲线的断点 105

例题：求取断点处的PSD值 106

9.7 随机振动高斯概率分布函数 106

9.8 利用三段技术分析随机振动 107

9.9 瑞利概率分布函数 108

9.10 单自由度系统对随机振动的响应 108

9.11 随机振动的正零位交越数 109

9.12 单自由度系统的动态位移 109

9.13 插入式PCB对随机振动的响应 110

例题1：插入式PCB的动态响应和位移 110

例题2：利用三段技术和米勒累积损伤比估算疲劳寿命 110

9.14 估算随机振动疲劳寿命的简化方法 113

例题：简化的随机振动疲劳寿命分析 114

9.15 用于随机振动的所希望的PCB的固有频率 114

例题：求取所希望的PCB的最低固有频率 115

9.16 忽略输入均方根G值而集中考虑输入PSD量值 116

第10章 随机振动和热循环疲劳损伤的综合 118

10.1 引言 118

例题：电子线路的热循环和振动疲劳寿命 118

10.2 引线和焊点中的随机振动疲劳损伤比 119

10.3 引线和焊点中累积的总的振动疲劳损伤比 124

10.4 引线和焊点中的热循环疲劳损伤 124

10.5 焊点中累积的热循环疲劳总损伤 128

10.6 米勒引线振动损伤加上引线热循环损伤 128

10.7 米勒焊点振动损伤加上焊点热循环损伤 129

10.8 为提高焊点疲劳寿命而建议的设计更改 129

10.9 为提高焊点疲劳寿命而建议的结构更改 129

第11章 表面安装器件中的热循环故障 131

11.1 引言 131

11.2 用于评价小型LCCC焊点中的热膨胀力和应力的平衡方程 132

例题1：快速热循环条件下小型表面安装LCCC上的焊点中的力、应力和疲劳寿命 133

例题2：为减小力和应力而增加的柔软J形引线 135

11.3 J形铜引线中的弯曲应力 136

11.4 求取带有许多电接触件的元器件引线和焊点中的热循环力和应力的简化分析方法 137

例题：求取表面安装器件焊点中的热循环力和应力的简化方法 137

11.5 评价在热循环环境下表面安装球格阵列上焊点中的力和应力 139

例题：球格阵列中的焊点力和应力 139

第12章 动态力和PCB位移对器件引线和焊点中的应力和疲劳寿命的影响 142

12.1 安装在PCB上由引线支撑的重、大器件 142

例题：安装在PCB上的变压器暴露于振动和冲击条件下时，引线和焊点中的力、应力和疲劳寿命 144

12.2 振动期间PCB的弯曲位移在器件引线和焊点中产生相对运动和应力 148

例题：振动时由于器件随PCB弯曲的相对运动而在变压器产生的引线和焊点中的动态力、应力和疲劳寿命 150

12.3 引线上上下跳动的振动器件的力、应力和疲劳寿命 154

例题：在引线上跳动的器件的振动疲劳寿命 156

第13章 安装在PCB上的长器件、高器件和小器件的疲劳寿命 159

13.1 靠近PCB自由边安装的长器件的振动疲劳寿命 159

例题：靠近PCB自由边安装的长器件的引线和焊点中的相对动态位移、应力和疲劳寿命 161

13.2 在引线中增加应变消除措施以降低动态力和应力 164

例题1：将上一例题的引线中增加应变消除措施后，求取相同的5.5 G的峰值正弦振动输入下的新的疲劳寿命 164

例题2：当PCB自由边的相对边由支撑边改为固定边时，求取长器件的振动疲劳寿命 166

13.3 改进PCB的结构从而提高疲劳寿命 168

13.4 在PCB上安装的高大器件的振动疲劳寿命 170

例题：高高地安装在PCB之上的晶体管的随机振动和热循环疲劳寿命 170

13.5 通孔安装在PCB上的有小型轴向引线器件的问题 175

例题：小型轴向引线器件中的热膨胀故障 175

第14章 电气触点中的磨损和接触表面的侵蚀 177

14.1 引言 177

14.2 磨损侵蚀和氧化之间的区别 178

14.3 影响长连接器接触件疲劳寿命的参数 180

14.4 提高现有生产硬件连接器疲劳寿命的方法 180

14.5 润滑对连接器接触件疲劳寿命的影响 182

14.6 连接器接触件的振动疲劳寿命试验大纲的结果 183

例题：估算音叉式接触件的振动疲劳寿命 185

第15章 故障和故障分析的历史案例 187

15.1 引言 187

15.2 自旋陀螺小悬臂轴中的故障 187

15.3 铝铸件中的深度穿透裂纹故障 188

15.4 带聚亚胺酯涂层的片状陶瓷电阻器和电容器的故障 189

15.5 表面安装变压器在热循环和振动试验中的故障 191

15.6 通孔齐平安装变压器引线中的故障 192

15.7 小型轴向引线通孔安装器件中的故障 193

15.8 微处理器引线和焊点中的热循环故障 194

15.9 通过降低热胀系数来减少器件故障 194

15.10 在一个焊点故障中有错的一方赢得了数百万美元的官司 195

15.11 在热循环和振动中楔形压块为什么常常会变松 197

15.12 由振动中的颤振引起的继电器故障问题 197

参考文献 199