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电镀方面知识.doc

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电镀 方面 知识
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金 属材 料 SPCC 一般 0 用 钢 板,表 面需 电镀或 涂装 处理 SECC 镀 锌钢 板,表 面已 做烙 酸盐处 理及 防指纹 处理 SUS 301 弹性 不锈 钢 SUS304 不锈 钢 镀 锌钢 板表面 的化 学组成------ 基 材 (钢 铁) , 镀 锌层 或镀镍 锌合 金层, 烙酸盐 层和 有机化学 薄 膜层. 有 机化 学薄膜 层能 表面抗 指纹 和白锈 , 抗 腐蚀 及有 较佳的 烤漆 性. SECC 的 镀锌方 法 热 浸镀 锌法 : 连 续镀 锌法( 成卷 的钢板 连续 浸在溶 解有 锌的镀 槽中 板 片镀 锌法 ( 剪切 好的钢 板浸 在镀槽 中, 镀好 后会 有锌花. 电 镀法: 电 化 学电镀 , 镀 槽中 有 硫酸 锌溶 液, 以锌 为阳极 ,原 材质 钢板为 阴极. 1- 2 产 品种 类介绍 1. 品 名介 绍 材 料规 格 后 处理 镀 层厚 度 S A B C * D * E S for Steel A: EG (Electro Galvanized Steel ) 电 气镀 锌钢板---电镀锌 一 般通 称 JIS 镀 纯锌 EG SECC (1) 铅 和镍 合金 合金 EG SECC (2) GI (Galvanized Steel) 溶融 镀 锌钢 板------ 热 浸 镀锌 非 合金 化 GI , LG SGCC (3) 铅 和镍 合金 GA , ALLOY SGCC (4) 裸 露处 耐蚀性 2>3>4>1 熔 接性 2>4>1>3 涂 漆性 4>2>1>3 加 工性 1>2>3>4 B: 所 使 用的底 材 C (Cold rolled) : 冷轧 H (Hot rolled): 热轧 C: 底 材的 种类 C: 一 般用 D: 抽 模用 E: 深 抽用 H: 一 般硬 质用 D: 后 处理 M: 无处理 C: 普 通烙 酸处理--- 耐 蚀性良 好, 颜色 白色化 D: 厚 烙酸 处理--- 耐 蚀性更好 , 颜 色黄 色化 P: 磷 酸处 理--- 涂装 性良好 U: 有 机耐 指纹树 脂处 理( 普 通烙 酸处理)--- --- 耐 蚀 性良 好, 颜 色白色化, 耐指 纹性 很好 A: 有 机耐 指纹树 脂处 理( 厚 烙酸 处理)--- 颜 色黄色 化, 耐蚀 性更好 FX: 无 机耐 指纹树 脂处 理--- 导 电性 FS: 润 滑性 树脂处 理---免用冲 床油 E: 镀 层厚 1- 4 物 理特 性 膜厚---含 镀锌层 ,烙酸盐 层及 有机化 学薄 膜层, 最小 之膜 厚需 0.00356mm 以上. 测 试 方法有 磁 性测 试(ASTM B499), 电 量分 析(ASTM B504), 显 微 镜观 察(ASTM B487 ) 表 面抗 电阻---一 般应该小 于 0.1 欧姆/ 平方 公分. 1- 5 盐 雾试 验----试 片尺 寸 100mmX150mmX1.2mm, 试 片需 冲整 捆或整 叠铁 材中 取下, 必须 在镀 烙 酸盐 后 24 小 时, 但不 可超 过 72 小 时才可以 用于 测试, 使用 5% 的 盐水 , 用 含盐的水 汽 充 满箱 子, 试片垂 直倒 挂在 箱子中 48 小时。 测 试后 试片的 镀锌 层不可 全部 流失 , 也 不能看 到底 材或底 材生 锈, 但 是离 切断 层面 6mm 范 围 有生 锈情况 可以 忽略。 1-7 镀 锌 钢板 的一般 问题 点. 1. 白锈--- 因 结露或 被水沾湿 致迅 速发生 氢氧 化锌 为 主要 成分的 白色 粉末状 的锈. ( 会导 致产品 质 量劣 化) 2. 红锈--- 因 结露或 被水沾湿 致迅 速发生 氢氧 化铁 为 主要 成分的 红茶 色粉末 状的 锈. 3. 烙 酸不 均匀--- 黄 茶色的小 岛形 状或线 形状 的花纹 。 但 耐蚀 性没有 问题 。 4. 替 代腐 蚀保护--- 在 锌面割 伤而; 露出钢 板基 体表 面的 情况下, 我们也 不必 担心镀 锌钢 板切 边 生锈 问题. 1-10 镀 锌 钢板 之烤漆处 理 1. 前 处理 由 于锌 是一种 高活 性金属 , 在 烤漆 前需要 适当 的化 学转化 处理 如磷酸 盐处 理。 磷酸盐 处理 剂 有 两种 ,一种 是处 理铁的 , 一 种是 处理锌 的。 2. 脱脂 采 用弱 碱, 有机溶 剂及 中性 乳液或 洗涤 剂, 避 免用 酸或 强碱脱 脂剂 。 可 用水 膜试验 (Water lreakage test ) 来 确认 , 观 察试 验后 的水是 否受 到污 染, 以及试 品表 面 的水 膜是否 均匀. 3. 烤漆 电 镀锌 钢片对 漆的 选择性 比冷 轧钢片 为严 。 使 用水 性底漆 (Water promer ) 可 以 确保 有较强 的油 漆附着 性. 第一章 塑 料材 质 热 硬化 性塑料--- 在 原料状 态下 是没有 什么 用, 在 某一 温度 下加热 , 经 硬化 作用 , 聚合 作用或 硫 化作 用后, 热硬 化塑 料就 会保持 稳定 而不 能 回到 原料状 态. 硫 化作 用后, 热硬 化塑 料是 所有塑 料中 最坚硬 的。 热 塑性 塑料---象 金属一样 形成 熔融凝 固的 循环。 常 用有聚 乙烯 (PE), 聚 苯乙烯 (PS), 聚 氯 乙烯 (PVDC ) ABS: 成 分聚 合物 1. 丙 烯晴----耐油, 耐 热, 耐化 学和 耐候性 。 2. 苯 乙烯---光 泽, 硬固, 优良 电气特 性和 流动性 3. 丁 二烯---韧性 螺 杆对 原料有 输送 , 压 缩, 熔融 及计量 等四 种功 能。 螺 杆在 旋转时 使之 慢慢后 退的 阻力为 背压 。 背压 太低 , 产品 易产 生内部 气泡 , 表 面银线 , 背 压 太高, 原料 会过 热, 料斗 下料处 会结 块, 螺杆 不能后 退, 成型 周期 延长及 喷嘴 溢料等. 压 力的 变动在 一两 模内就 可知 道结果 , 而 温度 的变 动则需 约 10 分钟 的结 果才算 稳定. 2-3 电镀 塑 料电 镀时, 须先 进行 无电 解电镀 , 塑 料表 面形 成薄金 属皮 膜,形 成导 电物质 后再 进行电 解 电镀 。 印刷 1. 网 版印 刷: 适用于 一般 平面 印刷 2. 移 印: 适 用不 规则, 曲面 的印 刷文 字 3. 曲 面印 刷: 被印物 体旋 转而 将文字 与油 墨印上 常 用工 程塑料 NORYL---PPO 和 HIPS 合成, 在 240~300℃成 型加 工,须 用 70~90 ℃ 高模 温。 ABS---在 170~220 下 成型 加工 , 模温 40~60 ℃ 即可. 2-5 ABS 系 列 成品设 计及 模具 加工 最 佳的 补强厚 度 t=70% 成 品工 称肉厚 (T ) 角 隅圆 角的外 圆 R=3/2*T, 内圆 R=T/2 , T 是成 品工 称肉厚. 喷 嘴信 道最小 口径 为 6.35mm, 长 度 宜尽 量短, 可变 电阻器 控制 精度稍 嫌不 足, 所以在 喷嘴 外 壁应 装设电 偶作 温度控 制。 流 道形 状以圆 形最 佳,流 动长 度与流 道口 径关系 流 动长 度(mm) 流 道 直 径(mm ) 250 9.5 75~250 7.9 75 6.0 对 防火 级 ABS 材料 应使 用直 溢口为 最佳 设计( 流 道直 径最 小 7mm) 边 溢口 及潜伏 式溢 口, 建 议其 长度 为 0.762mm. 透 气得 设置是 绝对 必须的 , 每隔 25~50mm 开 设 一条 透气沟 , 深 度宜 为 0.05~0.064mm, 以 获 得良 好得透 气效 果及防 止产 生毛头. 冷 却管 口径应 为 11.1~14.3mm, 每隔 三个 冷却管 口径 设一冷 却管, 距离 模腔 表面必 须有 1.5 个 冷 却管 口径尺 寸. 一 般模 仁材料 以采 用 P20 或 H13 材质 居多. 防 火级 材料尽 量不 要使用 热浇 道系统 , 因 为内加 热式 的热浇 道在 电热管 及树 脂间会 产生 很大 的 剪切 热, 加热 树脂温 度过 高将会 造成 严重的 模垢 , 若要用 就只能 用外 加热式 , 热嘴温 度 和 树脂 温度相 近即 可(约 200℃). 在任 何时候 热浇 道须使 用内 部加热 器或 热探针. 为 减少 模垢的 产生 , 螺 杆压 缩比宜 取 2:1~2.5:1, 而 L/D 是 20:1 (理想 值是 24:1 ) , 可使用没 有 计量 段的螺 杆, 使加 热棒 与熔融 树脂 温度差 在 5.5 ℃ 附近. 螺杆速 度宜 在 40~55RPM. 模 具保 护剂可 以中 和防火 级塑 料及 PVC 树 脂 在 成型 过程所 释放 出的腐 蚀气 体, 防止 模垢的 积 成及 腐蚀模 具, 有优 良的 脱模性 , 无 须使 用其 它的脱 模剂 。 模 垢去 除剂主 要用 来清洗 模垢 。在有 栅格 的区域 切勿 过度喷 洒以 方破坏 树脂 导致无 法脱 模。 射 出时 理想的 状况 是成品 重量 约为射 出单 元一次 为总 排料量 的 80 %, 最 少比 例也应 在 50 %以 上. 熔 融树 脂温度 在 221~232 ℃ 时可 得最佳 物性 , 但 不可 超过 243℃, 以避 免分 解。 停 机的 排换料 时须 用模垢 去除 剂防止 模具 表面被 腐蚀 , 然 后在模 具上 喷一 层良好 的中 性喷 剂。 第二章 禁 用之 塑料材 质 1. 产 品和 制程上 应该 避免使 用的 东西 石 棉, 多氯 联苯 ,多溴 联苯 , 多 氯二苯 , 氯 乙烯 单体, 苯 2.制 程及 产品上 需要 管制 的材 质 铍 及其 化合物--- 含 小于 2%的铍 的合 金是可以 被接 受的 镉 及其 化合物--- 当 防生锈 的扣 件如果 镀锌 或其它 加工 都不适 合的 话, 镀 镉是 可以被 接受 的. 取代 品是 镀锌, 无 电解 镍, 镀锡, 或用 不锈 钢产品. 铅 及其 化合物---铅 使用在 焊接 剂的场 合是 可以接 受的 。 假 如镀锡 在 PCB 或 者表面 黏着 镀 锡 则需 要格外 的管 制。 为 了减 少铅 蒸气的 产生 , 焊 锡设 备应处 以不 超过 800℉温 度为极限. 镍 及其 化合物---在 非持续 接触 的情况 下使 用应属 可接 受。 所有 镀镍 的应 用应 尽量避 免使 用 在经 常接触 的零 件表面 , 镀 铬是 常用取 代镀 镍的 例如在 按键 或其它 经常 接触的 零件 。 水 银及 其化合 物---如果使 用在 水银开 关, 水银 电池 及水银 接点 是可以 接受 的。 但应尽 量 避免 , 可 以用机 构或 电子 开关, 非水 银电 池也 很普遍 。 铬 及其 化合物---铬 分解产 生的 酸有剧 毒 , 主 要的 危险 是制造 过程 中暴露 在铬 化合物 的环 境 中, 如果零 件在 做铬酸 盐表 面处理 时, 有环 境, 卫生 , 安 全单位 严格 管制, 则应 可接 受. 锡 的有 机化合 物---纯锡, 含锡 的焊 剂以及 锡合 金是 可以被 使用 的, 在 制程 中是 不可以 含有 有 机锡 产 生。 硒 及其 化合物---硒 如果使 用在 复制的 仪器 (如激 光打 印机) 的磁 鼓作为 镀层 之用是 可以 接 受的 。所有 使用 过含有 硒的 仪器和 设备 , 须 由有 执照的 回收 公司回 收. 金 它及 其化合 物---都含有 剧毒 砷 及其 化合物---可 使用在 半导 体的制 造 四 甲基 氯化物---在 产品上 必须 标注此 溶剂 对人体 的健 康有潜 在的 危险。 替 代品 是氟氯 碳 化 物溶 剂 氯 化物 溶剂---大 部分氯化 物溶 剂都有 强烈 的毒性 , 氯 化物 溶剂应 该尽 量避 免使用 , 除 非 是在 制造或 整修 时之清 洗或 去脂的 时候 , 而 且找 不到其 它合 适的替 代品 。 替 代品为 水溶 性 的清 洁剂或 专用 的溶剂 。 甲醛------甲 醛 必须 与盐酸 溶液 隔离 , 否 则这两 种化 合物的 气体 会形成 二氯 甲基醚 ( 致癌 物 质). 当 甲醛 含有泡沫 是表 示尚未 有反 映是可 以接 受的, 当树脂含 有甲 醛时要 避免 过高的 温 度和 保持适 当的 通风. 乙 二醇 醚和醋 酸盐--- 导致 畸形 , 如 用做抗 光剂 需有 环境, 卫生 , 安 全单 位严格 管制 。 四 氟化 碳---破坏 臭氧层的 主要 原因, 但四 氟化 碳聚 脂是不 受管 制而且 是可 接受的 材质 。 3-4 信 息 产品 绿色环 保 塑 料外 壳 外 壳应 该含有 极少 量的小 零件 , 小 零件应 该使 用同 样的塑 料材 质几颜 色 塑 料材 质必须 不可 以含 PVC 或 PVCD 成份, 在零 件尚 必须打 上该 材质 的编号 和记 号 如 塑料 材质因 为要 更稳定 或配 色或防 火而 需使用 添加 物, 则禁止 1. 含 有镉 , 铬, 汞, 砷 , 铍 , 锑 以有 机的组 成 , 每 个小 零件最 多只 能含有 50mg/kg 的 PBB 或 PBBO. 2. 含 有铅 ,氯, 溴化 物的 组成 金 属外 壳结构 以 使用 SPCC 及 SECC 为 主 要, 铝 合金则尽 量减 少使用, 如果非 使用 铝为金 属配 件者, 须 与 金属 外壳容 易拆 卸为原 则。 金 属制 外壳在 制程 上不可 含有 镉, 铅, 铬, 汞 金 属及 塑料的 组合 件 如 果可 能的话 , 塑 料件 及金 属件应 该分 开组装 , 金 属件 及铜合 金应 该避 免黏合 使用 。 电 子组 件 1. PVC 材 质 只使 用在 Cable 的 产品上 面 2. 非 含有 PCBV 的 电 容器 3. 不 含水 银的开 关 4. 零 件间 如果是 非黏 着性密 接, 废弃 时候须 拆卸 及分 类 5. 不 含铍 成份的 零件 包装 只 有纸 张, 玻璃 纸, 纸 板, 聚 乙烯和 聚丙是 被允 许的。 塑 料和纸板 的组 合是不 好的 一种包装 方式。 包装 材质 应该打 上能 够回收 的标 志, 黏 贴胶 布应该 只能 含有聚 合丙 烯及黏 贴层。 该 种 胶布 尽量少 用因 为无法 回收 。 印 刷材 料 为 传递 信息或 促销 用的印 刷标 签应该 印刷 在能回 收使 用的纸 上, 以及 用氯 漂白的 纸上 。 纸 的 加工 方式必 须载 明在纸 上。 含有 塑料成 份的 纸或 纸板应 拒绝 使用. 第三章 产 品机 构设计(PC) PC 在 运 作 时需 要适 量的 散热 孔, safety 要 求其 孔不 能太大, 造成 不必 要的 危险。 UL , CSA 要 求圆 孔内径 不可 大于 2mm. 若为 SLOT 则 宽不 可 大于 1.5mm, 长 不可 大于 20mm . 上 盖和 下盖为 了 EMI 问题, 紧 密接触 的时候 会组 合困难 , 若无干 涉 , 则 EMI 过不 了, 故 可 每隔 一段距 离加 一 弹片 来做 上盖及 下盖 之间的 接地. 脱 模角 度 (1) 在 不妨 碍外观 及形 状情形 下, 范围 越大越 佳 (2) 适 当的 脱模角 度约 为 1/10 到 1/30 (1° ~2 °) (3) 实 用之 最小值 为 1/120 ( 约 0.5°) (4) 表 面有 咬花处 理, 以咬 花的 粗细决 定脱 模斜度 , 一 般为 咬花深 度 0.001 INCH(0.025mm) 时, 脱 模 斜度 至少为 1°以 上. 肉厚 以 各处 均一为 原则 。 并 须考 虑构造 强 度 及能均 匀分 散冲击 作用 力, 尽 量避 免棱 锐 部 薄肉 部的产 生, 以防 填充 不足. 实 际产 品设计 中经 常须做 肉厚 变化及 形状 , 阶梯 形厚 度变化 容易 在外观 面形 成变形 , 这 点 可以 加 R 角 或斜 角改 善。 当有 不一致 的肉 厚时 , 应 如下表 所示 , 逐 步减 低为佳 一 般 实用的 肉厚 范围 单位: mm 材料 肉厚 材料 肉厚 聚 乙烯 0.9~4.0 丙 烯树 脂 1.5~5.0 聚 丙烯 0.6~3.5 硬 质氯 化聚乙 烯 1.5~5.0 聚 醋酯 0.6~3.0 聚 碳酸 酯树脂 1.5~5.0 聚 乙酯 1.5~5.0 醋 酸纤 维素 1.0~4.0 聚 苯乙 烯及丙 烯晴 苯 乙 烯(AS ) 1.0~4.0 ABS 1.5~4.5 5. 内 圆角 及外圆 角 建议 R 最小 为 0.5mm , 最 佳圆 角设 计为 R/T=0.6 , 超 过这 点后 , R 即 使再 增加, 也只 能 小部 分减少 应力 集中现 象. 内 圆角 R=0.5T , 外 圆角 R=1.5T 6. 肋 肋 或凸 缘可用 来增 加成型 品强 度而不 增加 肉厚。 这 些设 计不仅 提高了 强度 , 也在冷 却时 避 免了 扭曲 。 为 避免缩 水, 肋的 高度 为 0.5 T , 底 部圆 角为 R=0.125T, 拔模 斜度 为 0.5 ° ~1.5°, 肋的 方向 最好和 GATE 同向. 肋间 的距 离尽 可能在 壁厚 两倍以 上. 7. Boss Boss 为穴 之补 强及组 合时 的嵌 入或为 支撑 其它东 西之 用 Boss 的高 度限 制在其 直径 的两 倍以内 , 因 为过 高由 于空气 集中 , 容 易引 起气孔 及填 充 不足. 如 必须 要有较 高的 Boss 则应在 侧面 设置 加强 肋, 使材料 流动 容易 。 为 避免根 部 外 观面 有缩水 , 可在 Boss 周围 偷料 , 但 不可 切削 太深, 否则 外观 面会 有痕影 产生 。 8. 熔 合线 尽 量不 要在外 观面 出现, 可 利用 浇口 大小, 形状 , 数 目或 于浇口 附近 挡料 来决定 熔合 线 的 位置 。 由 于是材 料最 后会 合的地 方, 故其 强度 较弱, 应避 开成 品承 受负载 的 地方. 欲 加装 LED 或 其它 配合 物的 孔或开 口时 , 开 口四 周应有 倒角 或圆角 以利 装配. 若 有前 后壳或 上下 盖配合 的地 方, 尽量做 后壳 (下 盖)是 嵌入 前壳( 上盖) , 以 防止 使 用 者可 看到间 隙. 设 计按 钮时, 避免 直接 套在 电源开 关上 , 应 采用 浮动设 计或 间接传 动设 计, 避免因 尺 寸 误差 或开关 的传 动杆偏 摆造 成的卡 键现 象。 指 示灯 不要外 露, 避 免 ESD 的破 坏, 建 议采 取灯 面板 或灯罩(Lens) 隔离。 Lens 的截面 应 比 灯的 截面小 , 并 将其 表面 雾状处 理 , 以使 灯光 线均匀 透出. 第 七章 防电 磁波干 扰设 计 1. EMI (Electro Magnetic Interference) 即 电 磁 干扰 。传 播方式 有辐 射和传 导. 2. 重 要的 规章: 美 国的 FCC ( Federal Communication Commision ) 西 德的 VDE (Verband Deutscher Electrotechniker) IEC( 国 际电 子技 术委员会) 的 CISPR (Comite International Spe Ciai Des Perturbationss Dadioelectriques ) 3. 管 制程 度 商 业用 的产品 要符 合 Class A. 一 般家 庭用 要 符合 Class B 4. 防 止电 磁干扰 的对 策 零 件选 择 适 当电 子零件 可减 少 2~3dB 电路 Layout 电 路板 Pattern 设 计 改变 噪声 FILTER 电 源的 噪声可 采取 1 OW PASS FILTER 接地 高 频回 路采取 多点 接地之 原则 CABLE 采 用屏 蔽之 CABLE Connector 采 用屏 蔽之 Connector 外壳 金 属壳 , 塑料壳 表面 导电 材料 处理 : 无 电解电镀 , ZINC SPRAY, 铝 蒸镀 , 导 电漆喷 涂, 以及 用金 属箔贴 附或 直接 以导电 性塑 料料成 型. 5. 导 电性 须考虑 因素 温 度, 湿 度, 老 化及 Impact 试验, 黏 着试验 须合 乎 UL746C 的 规定 , 结 果在程 度 4 以 上 (剥 离在 5% 以内) 6. 表 面电 阻的定 义 比 电阻 R r = △V/I * S/ l 电阻 R s =R r /t ( Ω) 7 屏 蔽效 应 电 场之 屏蔽效 应 S dB =20 log E1/E2 磁 场之 屏蔽效 应 S dB =20 log H1/H2 其中 E1, H1 是入 射波长 强度 , E2 ,H2 是 穿透 波长 强度 屏 蔽效 应(Shielding Effectiveness) SE=R+A+B R: 反 射 衰减 : R=168+10log(c/p * 1/f) A: 吸 收 衰减: A=1.38 * t √f*c*p B: 多 次反 射衰 减 : 通常 可忽 略 其中 , c 是相 对导电 系数 , f 是频 率, p 是 相对 导磁 系数, t 是 遮蔽之 厚度. 材料 相 对导 电系数 (C) 相 对导 磁系数 (P ) C * P C/P 银 1.05 1 1.05 1.05 铜 1.00 1 1.00 1.00 7. 防 电磁 干扰设 计 屏 蔽层 如有孔 洞等 之开口 会使 屏蔽电 流收 到影响 , 为了使 电流 顺畅 , 可 把长 孔改 成多个 小 圆孔. 含 排列 孔的屏 蔽有 以下几 个因 素影响 孔 的最 大直径 d , 孔数 n, 孔 间距 c, 屏蔽 厚度 t, 噪 声 源和孔 之距 离 r, 电 磁波 频率 f, 其中 d, n, f 越 小越好 , c, t, r 越 大 越好. 外 壳间 接缝对 屏蔽 效应的 关系 1. 必 须保 持导电 性接 触, 故 不可 喷不 导电漆 。 2. 接 缝重 叠宽度 要比 缝大 5 倍。 3. 导 电接 触点间 距要 小于λ/20 ~1.5cm 电 磁场 产生的 辐射 是由电 场和 磁场所 组成 , 但 磁场 对健康 的影 响相当 大 电 场辐 射可以 阻隔 , 但 磁场 辐射会 穿透 大部份 物质 ,包括 水泥 和钢筋. 一 般的 家电产 品的 磁场强 度平 均在 5 milli Gauss 以下( 1mG=100nT) 8. 防 电磁 波材质 不 同的 材 质及 材料 厚度对 于频 率的吸 收有 不同的 效果 。 同 一厚度 的铁 的吸 收损失 比铜 的 吸 收损 失大. 9 如 何抑 制电 磁波干 扰 首 先要 明确了 解需 要什么 规格 , 各 个规格 所限 制的 频带及 其级 别不同 , 其 对策 也不尽 相同. 抑制 EMI 的 发生 ,首先 必须 抑制其 发生 源 , 然 后再 极力 防止其 感应 到成 为其传 播, 辐 射 天线 的 I/O, 电源 电缆 上 , 并避 免信号 电缆 和数 据通过 框体 的缝隙 附近 , 这 样就可 以减 少 电 路的 直接辐 射和 从电缆 , 框 体缝 隙的二 次辐 射。 来 自数 字设备 的辐 射有 差 动方 式 和共 态方 式 1. 差 动方 式辐射--- 是 由于电 路导 体形成 的回 路中流 动的 高频电 流产 生的, 这个 回路 起了辐 射 磁场 的小天 线作 用。 该 信号 电流 回路在 电路 动作 中是必 要的, 但 为抑 制辐射, 必须 在 设 计过 程中限 制其 大小。 印 刷电 路板为 了抑 制辐射 , 必须最 大限 度降低 由信 号电流 形成 的回路 的面 积。 在电 路图 上 将传 输高频 (>500kHz ) 周 期性信 号的全 部轨 迹找 出来 , 使 其路径 尽量 短地配 置组件, 并 在驱 动这高 速周 期性轨 迹的 组件附 近个 别地配 置分 流电容 器. 共 态方 式辐射--- 是 当系统 的某 个部分 的 共 态方式 电位 比真正 的 地 线电位 高时 发生的 , 当 外 部电 缆与系 统连 接而被 共态 方式所 驱动 时, 即 形成 辐射 电场的 天线 。共 态方 式 辐射 是 从 电路 结构或 电缆 发生的 辐射 频率由 共态 方式电 位决 定, 与电缆 的差 动方 式信号 不同 。 削 减共 态方式 辐射 , 和 差动 方式时 相同 , 最 好是 抑制信 号的 上升时 间和 频率。 为了 降 低 辐射 设计人 员能 控制的 仅仅 是共态 方式 电流而 已。 1) 使 得驱 动天线 的源 电压( 通常 接地电 压) 最小 2) 在 电缆 中串联 插入 共态方 式扼 流圈 3) 将 电流 短路到 接地( 系统 接地) 上 4) 屏 蔽电 缆 抑 制共 态方式 辐射 的第一 步时 最大限 度地 降低驱 动天 线的共 态方 式电压 。许 多降低差 动方 式辐射 的方 法也能 同时 降低共 态方 式辐射 。 选 择电 子组件 时, 要注 意选 择具有 必要 最小限 度上 升时间 的组 件。 时 钟速 度若降 低一 半谐波 的振 幅将下 降 6dB, 上 升时 间若长 一倍, 振幅 将下 降 12dB, 显 然放 慢上升 时间 是抑制 噪声 发生源 的有 效手段. 第 八章 静电防 护(ESD ) 设计 ESD(Electrostatic Discharge) 是 静 电放 电的简称 。 非 导电 体由于 摩擦, 加热 或与 其它带 静电 体接触 而产 生静电 荷, 当静 电荷 累积到 一 定 的电 场梯度 时(Gradient of Field )时 , 便会 发生 弧光(Arc), 或 产 生 吸力 (Mechanical Attraction ) . 此种 因非 导电体 静电 累积 而以电 弧释 放出能 量的 现 象就 称为 ESD 。 8-1 影 响 物体带 静电 的因 素 1. 材 料因 素 电 导体 ---电 荷 易中和, 故不 致于 累积静 电荷 。 非 电导 体--- 电阻 大,电荷 不宜 中和(Recombination ), 故 造成电 荷累积. 两 接触 材料 (非导 电体) 之间 的相 对电介 常数 (Dielectric Constant ) 越 大, 越 容 易带 静电。 Triboelectric Table 当 材料 的表面 电阻 大于 10 9 ohms/square 时, 较容 易带 静电. 0 ohms/square~10 6ohms/square 导体 10 6ohms/square~10 9ohms/square 非 静 电 材质 10 9ohms/square~ ∞ 易 引起 静电材 质 防 静电 材料之 表面 电阻值 导电 PE FOAM 10 4~ 10 6ohms/square 抗 静电 袋 10 8~ 10 12ohms/square 抗 静电 材质 10 ~ 10 8ohms-cm 2. 空 气中 的相对 湿度 越低, 物体 越容 易带静 电 ESD 的参 数特 性 1. 电容 ESD 的基 本关 系式 : V=Q/C Q 为 物体所 带的 静电量, 当 Q 固 定时 , 带静 电物 体的电 容越 低, 所 释放 的 ESD 电压 越 高。 通 常女 人的 电 容比 男人高 , 一 般人 体的电 容介 于 80pfd~500pfd 之间. 2. 电压 ESD 所释 放的 电压, 时 造成 IC 组件 故障 的主 要原 因之一。 人体通 常因 摩擦所 造成 的静 电 放电 电压介 于 10~15kV , 所 能产 生的 ESD 电 压最 高不超 过 35~40kV 的 上限 。 人 体所能 感 应的 ESD 电 压下 限为 3~4kV 3. 能量 W=1/2 *CV 2典 型的 ESD 能 量约 在 17 milijoules, 即当 C=150 pfd, V=15kV 时 W=1/2 * 150 *10 12* (15 * 10 3 ) 2=17 * 103 joules (焦耳) 4. 极性 物 体所 带的静 电有 正负之 分, 当某极 性促 使该 组件 趋向 Reverse Bias 时, 则 该组件 较易 被 破坏. 5. RISE TIME ( t r) RISE TIME---ESD 起始 脉冲(PULSE)10% 到 90%ESD 电流 的尖 峰值所 须的 时间. Duration--- ESD 起 始脉 冲 50%到 落下 脉冲 50% 之 间所 经过的 的时间 使 用尖 锐的工 具放 电, 产 生的 ESD Rise time 最 短, 而电 流最大. ESD 产生 可分 为五个 阶段 进行: 1. 先 期电 晕放电 (Corona Discharge ) , 产生 RF 辐射波. 2. 先 期电 场放电 (Pre-discahrge E-Field ) 3. 电 场放 电崩溃 (Collapse ) 4. 磁 场放 电(Discharge H-Field) 5. 电 流释 出, 并产生 瞬时 电压 (Transient Voltage ) 8-2 电 子 装备 之 ESD 问题 1. 直 接放 电到电 子组 件 由 电压 导致的 破坏 (1) 以 MOS (Metal Oxide Semiconductar )DEVICE 为主 (2) 当 ESD 电压超 过氧 化层 ( 如 SiO2)的 Breakdown Voltage 时, 即造 成组 件破坏. (3) 由 电场 引起 由 电 流导致 的破 坏 (1) 以 BIPOLAR ( Schottky , TTL) DEVICE 为主 (2) 当 ESD 电流达 到 2~5A 时, 因 焦耳 效应产 生的 高热 (I 2 t ), 将 IC JUNCTION 烧坏. (3) 由 磁场 引起 2. 直 接放 电到电 子设 备外壳 当 带静 电的人 体接 触电子 装备 的金属 外壳 时, 若 该装 备有 接地, 则 ESD 电流 会直 接 流 至地 线, 否则有 可能 流经 电子组 件再 流至 GROUND, 造 成 组件 的破 坏。 由于 ESD 电流 是经 由阻 抗最 低的路 径向 地传, 若是 接地线 的动 态阻 抗比 箱体到 地面/ 桌 面的 阻抗低 , 则 可能 有箱 体传至 地面 , 此 时可 能对电 子线 路造成 辐射 干扰. 3. 间 接放 电 间 接放 电---- 是 指带静电 体不 是直接 放电 到所接 触的 设备部 门, 而是 放电 到临近 的金 属 件, 使 ESD PILSE 造 成电 磁场辐 射影 响电子 组件. 8-3 ESD 防 护设 计 1. 组 件层 次(Component Level) 2. 电 路板 层次(PCB Level) 3. CABLING 层次 4. 箱 体层 次(Housing Level ) 其中 1 ,2 项和 机构设计 无关 1. cabling 层次 对 于箱 体内部 的 Flat Cable 和 Power Cable, 要 注意 1. 避 免使 用过长 的 Cable. 2. 为 了防 止感应 ESD Noise, 必 须 避免 让 Cable 太 靠近 外壳的 接缝 处. 3. 避 免使 cable 与金 属外壳 内面 接触, 以免 当外 壳承 受 ESD 时, 对 Cable 造 成干 扰. 4. 对 Cable 做 屏蔽(Shielding ) 处理 2. 箱 体层 次 最 应该 注意的 是外 壳的屏 蔽(Shielding )和 接地(Grounding). 在 Shielding 方 面, ESD 和 EMI 的要 求完 全相同 , ESD 必须 注意 的是 : 1. 凡 是可 从外部 接触 到的金 属件 ( 如 Switch ) , 都 必须 与外壳 相连, 不可 Floating, 以 避 免: (1) 使 ESD 电流流 经 PCB. (2) 因 电荷 饱和产 生二 次放电 或辐 射干扰 。 2.避 免使 用过长 的螺 丝, 以免 ESD 对内部 造成 辐射 干扰. 3. 在 塑料 外壳的 缝隙 设计上 , 应 尽量 拉长缝 隙长 度, 以免 ESD 放 电或 造成 ESD 辐射 4.
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