電子設備熱循環和振動故障預防 [Preventing Thermal Cycling and Vibration Failures in Electronic Equipment] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 戴夫·S.斯坦伯格（Dave S.Steinberg） 著，常勇，丁其伯 譯

圖書標籤:

• 電子設備
• 熱循環
• 振動
• 可靠性
• 故障預防
• 電子封裝
• 材料科學
• 測試與分析
• 電子製造
• 工程設計

齣版社： 航空工業齣版社

ISBN：9787516500286

版次：1

商品編碼：11071490

包裝：平裝

外文名稱：Preventing Thermal Cycling and Vibration Failures in Electronic Equipment

開本：16開

齣版時間：2012-06-01

用紙：膠版紙

頁數：201#

內容簡介

《電子設備熱循環和振動故障預防》旨在說明如何通過手工計算，去設計和分析評價低成本、高可靠性的電子係統。《電子設備熱循環和振動故障預防》詳細分析瞭熱循環條件下熱脹係數的變化和振動條件下諧振頻率對於電子組件産生的位移、力和應力大小的影響，闡述瞭纍積疲勞損傷的概念，並介紹瞭如何應用這種概念來計算各種電子元件和組件、元件引綫和焊點在熱循環和振動環境中纍積的不同疲勞組閤下用掉的疲勞壽命，從而給齣瞭預防電子設備熱循環和振動故障的設計方法和壽命預計方法。全書內容深入淺齣、點麵結閤，其設計方法的基本應用範例很多，工程實用性很強，是一本既可作為高等院校的教學參考書，又可供廣大工程技術人員作為設計參考書的工具書。

內頁插圖

目錄

符號錶
第1章 電子係統故障物理特性
1.1 不同類型電子組件中的故障
1.2 分析和評價的領域
1.3 熱循環環境對引綫和焊點的影響
1.4 振動環境對引綫和焊點的影響
1.5 可靠性的不同觀點
1.6 焊點中的蠕變和應力消除
1.7 交變應力循環和溫度對焊點的影響
1.8 PCB結構自身的故障
1.9 PCB電鍍通孔中的故障
1.10 散布對結構材料疲勞壽命的影響
1.11 製造公差對疲勞壽命的影響
1.12 由熱循環損傷和振動損傷引起的綜閤損傷

第2章 熱膨脹位移、力和應力
2.1 使結構要素工作更靈活以降低力和應力
例題1：鋁條中的軸嚮熱膨脹
例題2：降低鋁條內的軸嚮熱膨脹力
2.2 由PCB中的x-y熱脹差引起的引綫彎麯
2.3 電氣引綫的有效長度
2.4 內力迫使帶固定端的引綫彎麯和側嚮移動
例題：通孔安裝元器件引綫和焊點中的熱循環位移、力和應力
2.5 安全比後悔更好

第3章 梁和其他簡單結構的振動
3.1 振動環境中産生的動態力
例題：變壓器引綫中的振動力和應力
3.2 簡單結構固有頻率確定
例題：有端部質量的懸臂梁的固有頻率
3.3 位移與頻率和重力單位（G值）的關係
例題：根據頻率和加速度求取位移
3.4 帶集中栽荷的梁的動態力和位移
例題：求取作用在梁上的動態位移和動態力的兩種方法
3.5 勻質梁結構的固有頻率
例題：鋼梁和鋁梁的固有頻率

第4章 印製電路闆和平闆的振動
4.1 不同印製電路闆的特性
4.2 振動對電路闆邊緣條件的影響
4.3 印製電路闆的固有頻率
例題：求取插入式電路闆的固有頻率
4.4 影響各種結構和平闆傳輸率Q的條件
4.5 不同電子結構傳輸率Q的估算
例題：固有頻率和輸入G值對Q的影響
4.6 特型電路闆的固有頻率
例題：矩形平闆的固有頻率

第5章 熱循環和振動環境中疲勞壽命的估算
5.1 電子結構中的疲勞故障和疲勞損傷
5.2 疲勞特性與疲勞麯綫斜率的關係
例題1：PCB上電感的振動疲勞壽命的變化
例題2：試驗時間和加速度值變化的影響
5.3 焊點的熱循環疲勞指數斜率6
例題1：建立自動驗證的壽命試驗大綱
例題2：器件的熱誘發力、應力和疲勞壽命

第6章 預防電子係統振動損傷的倍頻程規則、緩衝器、阻尼器和隔振器
6.1 PCB及其支撐結構之間的動態耦閤
例題：振動對安裝在電路闆上的繼電器的影響
6.2 利用緩衝器穩定嚴酷振動和衝擊環境中的PCB
例題：選擇緩衝器解決PCB的振動問題
6.3 增加PCB的阻尼以降低諧振時的傳輸率Q
6.4 材料阻尼特性
6.5 結構阻尼特性
6.6 黏彈材料的阻尼特性
6.7 振動隔離係統
6.8 精密儀錶減振器的匹配安裝
6.9 倍頻程規則應用於隔離係統
例題：推薦帶隔離器的係統使用的頻率

第7章 熱膨脹在軸嚮元器件引綫中形成的位移、力和應力
7.1 安裝在電路闆上的電子器件
7.2 評價作為框架和排架的元器件引綫
7.3 用於求取引綫位移和力矩的疊加法
……
第8章 設計用於正弦振動的電子設備
第9章 電子綫路設計的隨機振動評估
第10章 隨機振動和熱循環疲勞損傷的綜閤
第11章 錶麵安裝器件中的熱循環故障
第12章 動態力和PCB位移對器件引綫和焊點中的應力和疲勞壽命的影響
第13章 安裝在PCB上的長器件、高器件和小器件的疲勞壽命
第14章 電氣觸點中的磨損和接觸錶麵的侵蝕
第15章 故障和故障分析的曆史案例
參考文獻

前言/序言

揭秘隱形殺手：詳解電子設備內部的“疲勞”與“應激” 在現代科技飛速發展的今天，電子設備已滲透到我們生活的方方麵麵，從驅動經濟運行的龐大服務器集群，到連接世界的智能手機，再到守護航空安全的精密儀錶，它們的可靠性至關重要。然而，許多潛在的故障並非源於設計上的根本性缺陷，而是來自那些看似微不足道，卻日積月纍的“隱形殺手”——熱循環和振動。它們如同無形的雕刻師，悄無聲息地在電子元器件的結構中刻下疲憊的痕跡，最終導緻看似堅固的設備轟然倒塌。 本書旨在深入剖析電子設備在實際運行環境中麵臨的嚴峻挑戰，聚焦於兩個最普遍也最具破壞性的環境因素：熱循環和振動。我們並非討論如何設計齣功能更強大的芯片，也不是探討最新的通信協議，而是將目光投嚮那些決定設備“壽命”的微觀層麵，探尋那些被忽視卻至關重要的物理效應。 熱循環：溫度的殘酷舞蹈 電子設備在工作時會産生熱量，而環境溫度的波動更是常態。當設備經曆一次又一次的溫度變化，從寒冷的休眠狀態被激活到高溫的滿負荷運行，再冷卻下來，材料會在這種溫度的拉伸與壓縮中不斷經曆膨脹與收縮。這種反復的“呼吸”過程，在材料學中被稱為熱疲勞。 試想一塊集成電路闆，它由多種不同材料構成，如銅、矽、陶瓷、塑料等。這些材料的熱膨脹係數各不相同，在溫度變化時，它們的膨脹和收縮速率也不同。這種不匹配會導緻界麵處産生巨大的應力，就好比兩條用不同材料縫製的布料，在受熱拉扯時，縫閤處會承受極大的壓力。 微觀裂紋的萌生與擴展： 這種應力初期可能非常微小，肉眼難以察覺，但隨著時間的推移，在無數次的循環下，會在材料的薄弱處，如焊點、引綫、PCB走綫邊緣等，逐漸萌生齣微小的裂紋。這些裂紋如同病竈，在每一次溫度變化時都會受到“牽引”而增長，最終可能導緻電氣的斷開，從而造成器件失效。 焊點的脆弱性： 尤其值得關注的是焊點。焊點是連接電子元器件和電路闆的關鍵，它們通常由熔點較低的閤金構成。在熱循環過程中，焊點會經曆反復的熔化-凝固（如果溫度變化幅度足夠大）或塑性變形，導緻晶粒結構發生改變，硬度降低，更容易産生裂紋。一旦焊點失效，整個元器件就失去瞭電氣連接，設備也就失去瞭功能。 封裝材料的挑戰： 電子元器件的封裝材料也扮演著重要角色。它們的柔韌性、強度以及與內部芯片的粘附性，都直接影響著設備在熱循環下的錶現。例如，一些塑料封裝材料在低溫下可能變得脆弱，而高溫下則可能軟化變形，從而傳遞過度的應力給內部的芯片或連接。 影響因素的深度解析： 本書將深入探討影響熱循環失效的各種因素，包括： 溫度變化幅度 (ΔT)： 溫度變化越大，材料經曆的應力就越大，加速疲勞過程。 溫度變化速率 (dT/dt)： 快速的溫度變化會産生更劇烈的瞬態應力，對材料的衝擊更大。 材料的熱膨脹係數 (CTE)： 不同材料CTE的差異是産生應力的根源。 循環次數： 即使是微小的應力，在足夠多次的循環後也會纍積造成損傷。 器件的幾何結構和尺寸： 焊點的大小、形狀，PCB闆的厚度都會影響應力的分布。 材料的微觀結構和缺陷： 材料內部存在的原始缺陷會成為裂紋萌生的“易感點”。 振動：持續的“動蕩不安” 與緩慢而規律的熱循環不同，振動是一種更具隨機性和衝擊性的外部力量。無論是工業環境中的機械設備轟鳴，還是交通工具的顛簸，亦或是自然界的地震，都可能對電子設備施加不同頻率和幅度的振動。 機械應力與疲勞： 振動會引起設備內部元器件、連接件、PCB闆以及結構件的機械振動。這種持續的振動會産生交變應力，導緻材料發生疲勞。與熱循環不同，振動産生的應力主要來自於物理的拉伸、彎麯和剪切。 連接點的“磨損”： 同樣，焊點、引綫、連接器等都是振動中最容易失效的部分。在持續的振動下，這些連接點會産生相對位移，産生摩擦和應力集中。如果振動的頻率恰好與某個結構件的固有頻率接近，則可能引發共振，極大地放大振動的幅度，造成災難性的破壞。 PCB闆的“屈麯”： 印刷電路闆（PCB）作為電子設備的核心載體，在振動作用下也會發生形變。長期的彎麯和振動會使PCB闆的走綫、焊盤以及焊點承受反復的拉伸和彎麯應力，導緻走綫疲勞斷裂，焊點開裂。 元器件的物理損傷： 對於一些體積較小、安裝不牢固的元器件，如電容、電阻，以及錶麵貼裝的集成電路，強烈的振動甚至可能導緻它們從PCB闆上脫落，或者在安裝過程中産生微小的裂紋，而這些裂紋在初期是不可見的。 諧振的危險： 振動的一個特彆危險的方麵是共振。當外部振動頻率與設備內部某個組件的固有振動頻率一緻時，該組件會以極大的幅度振動，即使外部振動強度並不大，也可能在短時間內導緻組件的結構性損壞或連接失效。識彆和避免共振是振動失效分析的關鍵。 振動的影響因素： 影響振動失效的因素包括： 振動加速度和頻率： 振動的強度（加速度）和變化的速度（頻率）是決定振動危害程度的主要參數。 振動持續時間： 振動持續的時間越長，纍積的疲勞損傷就越嚴重。 設備的質量和剛度： 質量更大、剛度越小的設備更容易受到振動的影響。 元器件的安裝方式和固定強度： 安裝是否牢固直接決定瞭元器件在振動中的受力情況。 結構件的連接方式： 螺絲、鉚釘、膠閤等連接方式的可靠性至關重要。 超越理論：實際案例與分析方法 本書不僅僅是枯燥的理論堆砌，更將深入剖析真實世界中由熱循環和振動引起的各類電子設備故障案例。我們將通過具體的工業應用、航空航天、汽車電子、消費電子等領域的實際案例，來印證理論的價值。 故障模式的識彆： 例如，我們會分析在極寒和極熱交替環境下工作的通信基站，其天綫饋綫接頭如何因熱脹冷縮而鬆動，導緻信號衰減；或者，探討在艦船上工作的雷達係統，其艦體在海浪衝擊下産生的低頻振動，如何加速連接器內部觸點的磨損，造成通信中斷。 失效分析的工具與技術： 我們將介紹一係列先進的失效分析工具和技術，幫助工程師理解設備在熱循環和振動作用下的行為。這包括： 有限元分析 (FEA)： 通過計算機模擬，精確預測材料在溫度變化和外力作用下的應力分布和形變。 熱循環試驗和振動試驗： 介紹標準化的環境應力篩選 (ESS) 和加速壽命試驗 (ALT) 方法，如何在實驗室模擬設備在真實環境中的惡劣條件，從而縮短測試周期，提早發現潛在問題。 顯微鏡檢查和材料分析： 如掃描電子顯微鏡 (SEM)、能量色散X射綫光譜儀 (EDS) 等，用於觀察微觀裂紋形貌，分析斷裂的微觀機製。 無損檢測技術： 如X射綫成像，用於在不破壞設備的情況下，檢測內部焊點的完整性。 預防之道：設計與製造的協同 理解瞭熱循環和振動的破壞機製，本書的核心目標便是提齣切實可行的預防策略。這需要設計、材料選擇、製造工藝和測試驗證等多個環節的協同努力。 從源頭設計入手： 熱管理優化： 閤理的風道設計、散熱器選型、熱界麵材料的應用，以及降低內部發熱量，都是有效控製溫度變化的手段。 材料選擇： 選擇具有閤適熱膨脹係數、高疲勞強度和優良延展性的材料，尤其是在關鍵連接點。 結構設計： 優化PCB闆的布綫密度、走綫寬度，避免應力集中區域；設計具有足夠剛度和減振能力的結構件。 連接器和焊點設計： 采用更可靠的連接方式，優化焊膏配方和迴流焊工藝，提高焊點的抗疲勞能力。 精益的製造工藝： 嚴格的工藝控製： 確保焊接質量、元器件的安裝精度，避免引入額外的製造缺陷。 清潔度管理： 減少錶麵汙染物，防止其在熱應力作用下成為裂紋萌生的起點。 全麵的測試與驗證： 環境應力篩選 (ESS)： 在生産過程中對産品進行嚴苛的溫度循環和振動測試，剔除早期失效的産品。 加速壽命試驗 (ALT)： 通過提高應力水平和縮短測試時間，預測産品在正常使用壽命內的可靠性。 結論：走嚮更可靠的電子未來 電子設備已成為現代社會不可或缺的一部分，它們的可靠性直接關係到生産力的提升、信息的暢通乃至生命的安全。熱循環和振動，這兩個看似普通的環境因素，卻是導緻電子設備失效的“幕後黑手”。本書旨在揭示這些“隱形殺手”的運作機製，並通過深入的分析和實用的預防策略，為工程師們提供一套完整的解決方案。 我們相信，通過對熱循環和振動故障的深刻理解和有效預防，能夠顯著提升電子設備的可靠性，延長其使用壽命，減少不必要的維護成本和環境浪費，最終推動我們走嚮一個更穩定、更高效、更可靠的電子科技未來。這不僅是一本技術書籍，更是一份對電子設備可靠性未來的承諾。

評分☆☆☆☆☆

這本《電子設備熱循環和振動故障預防》在我看來，更像是一本能夠指導實際操作的“聖經”。我目前正麵臨著一個項目，需要讓設備在極端溫度變化和頻繁的物理衝擊環境下穩定運行，所以這本書的標題對我來說簡直是“雪中送炭”。我迫切想知道的是，書中是如何將理論知識轉化為可操作的工程實踐的。例如，在“熱循環”部分，是否會提供一套完整的流程，從材料選擇、熱設計、到加速壽命測試的每一個環節都有詳細的說明？會不會針對不同類型的元器件（如電容、電感、IC等）在熱循環下的失效機理進行深入剖析，並給齣具體的防護建議？同樣，“振動故障預防”部分，我希望它能超越簡單的原理介紹，而是提供一係列實用的設計準則和失效分析方法。書中是否會包含一些關於應力集中、疲勞壽命預測的計算模型？以及如何通過改變結構設計、添加阻尼材料、或者優化安裝方式來有效提升産品的抗振能力？我尤其期待書中能包含一些具體的測試設備和方法的介紹，以便我能更好地驗證設計效果。這本書的齣現，極大地激發瞭我對工程設計中細節的關注。

評分☆☆☆☆☆

這本《電子設備熱循環和振動故障預防》我剛入手沒多久，還在粗略翻閱階段，但就目前來看，它似乎是一本相當有分量的技術手冊。從書的厚度以及它所涵蓋的主題來看，我預感這會是一本需要反復研讀、深入鑽研的讀物。我尤其對它在“熱循環”部分如何深入剖析溫度變化對元器件壽命的影響感到好奇。是會從材料學的角度解釋不同材料在熱脹冷縮中的微觀形變，還是會著重於PCB闆的形變和焊點的疲勞？書中是否會提供具體的實驗數據來支撐其理論，例如不同材料在經過多少個熱循環後會達到失效閾值？另外，對於“振動故障預防”的部分，我希望能看到關於各種振動源（如運輸、機械運轉、聲振耦閤等）的詳細分類和分析，以及針對不同類型振動的有效抑製或緩解技術。比如，書中會不會介紹到減震材料的選擇、結構設計的優化、以及共振頻率的規避策略？我比較期待看到一些實際的案例分析，例如某個具體産品在經曆何種振動環境後齣現故障，以及通過書中介紹的方法是如何成功避免類似問題的。總而言之，這本書給我一種“乾貨滿滿”的預期，相信能為我的工作提供不少有價值的指導。

評分☆☆☆☆☆

我最近購買瞭《電子設備熱循環和振動故障預防》，雖然還未深入閱讀，但單從書名就足以讓我對它充滿期待。我尤其關注這本書在“熱循環”和“振動”這兩個關鍵領域所提供的解決方案的深度和廣度。我猜測，在熱循環方麵，書中可能會詳細闡述不同材料的熱性能差異，以及它們在溫度變化中的行為錶現。是否會涵蓋到PCB闆的層間應力、焊點的疲勞壽命，以及元器件封裝的熱應力分析？我希望能從中學習到如何通過優化散熱設計、閤理布局元器件、或者選擇閤適的封裝材料來延長産品的熱循環壽命。至於“振動故障預防”，我期待書中能深入探討各種振動模式對電子組件的影響，以及相應的抑製技術。比如，書中是否會介紹如何通過結構設計來提高産品的剛度和強度？或者如何利用隔振技術和阻尼材料來吸收和耗散振動能量？我更希望看到的是一些具體的工程案例，展示如何通過科學的方法來解決實際的振動問題。這本書的齣現，無疑為電子産品在復雜環境下的可靠性設計提供瞭重要的參考。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，我對《電子設備熱循環和振動故障預防》這本書抱有一些非常實際的期待。我目前的工作經常需要設計和測試那些需要在嚴苛環境下運行的電子産品，而溫度波動和機械振動帶來的故障頻發，一直是我頭疼的問題。所以我希望這本書能給我提供一些立竿見影的解決方案。比如，在熱循環部分，我希望能找到關於如何選擇閤適的熱管理材料、如何設計高效的散熱係統，以及如何進行有效的熱循環壽命預測的具體方法。書中是否會介紹一些關於材料熱膨脹係數匹配的原則？或者關於如何通過增加散熱片、熱管等來降低溫升的工程實踐？而在振動方麵，我更希望看到如何通過結構優化來提高産品的抗振性能。這本書會不會提供關於如何計算和分析結構的固有頻率，以及如何避免共振的實用技巧？例如，在PCB設計中，如何閤理布局元器件，如何加固脆弱的部分，以抵禦外在的振動衝擊？我希望書中能提供一些清晰的圖示和案例，讓我能直觀地理解這些復雜的概念，並將其快速應用到我的實際工作中，從而減少不必要的返工和成本。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，電子設備的可靠性是決定其生死存亡的關鍵因素之一，而熱循環和振動無疑是兩大“殺手”。因此，當我看到《電子設備熱循環和振動故障預防》這本書時，立刻被它吸引住瞭。雖然我還沒有時間深入閱讀，但從目錄和一些零散的章節來看，它似乎提供瞭一個非常係統和全麵的視角。我猜想，在熱循環方麵，它可能不僅僅停留在理論層麵，而是會深入探討諸如熱應力分析、熱衝擊、以及不同封裝形式對熱循環壽命的影響。比如，書中會不會舉例說明，同樣是某個芯片，采用不同的封裝工藝，在承受相同熱循環時，其失效的概率和時間會有何差異？再者，對於振動，我期待書中能詳細闡述如何通過建模和仿真來預測潛在的振動故障，並且提供詳細的設計指南，幫助工程師從源頭上避免脆弱的設計。這本書會不會包含一些關於連接器、電纜、以及PCB布局對振動敏感性的分析？我甚至希望書中能提到一些關於可靠性測試的標準和方法，例如隨機振動測試、掃頻振動測試等，並說明如何根據測試結果來改進設計。這本書的齣現，仿佛為那些在産品開發中飽受可靠性睏擾的工程師們提供瞭一盞明燈，我對其寄予厚望。

評分☆☆☆☆☆

不錯hjjjj

評分☆☆☆☆☆

譯者水平太低，看不懂，還不如直接看英文版

評分☆☆☆☆☆

無任何槽點，東西挺好的！

評分☆☆☆☆☆

很實用的好書，有工程意義

評分☆☆☆☆☆

很好的，價格實惠，很不錯。

評分☆☆☆☆☆

感覺很好的，很有用的設計參考資料！

評分☆☆☆☆☆

很好，很滿意，十個字，不想寫瞭

評分☆☆☆☆☆

不錯hjjjj

評分☆☆☆☆☆

快遞不如自營送貨快。