Основы конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств

Изложены общие принципы организации проектирования электронной аппаратуры различного 
назначения, а также основы конструкторского и 
технологического проектирования: обеспечение 
надежной работы радиоэлектронных средств, 
правила конструирования, технологические процессы формообразования, изготовление коммутационных плат, сборка и монтаж, наладка и 
испытания. Освещены вопросы проектирования 
эргономического и эстетического качества радиоэлектронных средств.

ОСНОВЫ  КОНСТРУИРОВАНИЯ
И  ТЕХНОЛОГИИ  ПРОИЗВОДСТВА
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ  СРЕДСТВ

Учебное пособие

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКИ  
И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

  
ОСНОВЫ  КОНСТРУИРОВАНИЯ И  ТЕХНОЛОГИИ  ПРОИЗВОДСТВА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ  СРЕДСТВ

Оглавление 

1 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ОСНОВЫ  КОНСТРУИРОВАНИЯ 
И  ТЕХНОЛОГИИ  ПРОИЗВОДСТВА 
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ  СРЕДСТВ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2019 

Оглавление 
 

2 

УДК 621.38(07) 
 
ББК 32.973.21-108.2я73  
        О-753 
 
 
К о л л е к т и в  а в т о р о в:  
Г. М. Алдонин, А. К. Дашкова, Ф. В. Зандер,            
О. А. Тронин, Е. А. Шангина 
 
Р е ц е н з е н т ы:  
А. А. Хвалько, кандидат физико-математических наук, начальник 
группы разработки перспективных конструкций, моделирования и испытаний бортовой РЭА АО «Информационные спутниковые системы»          
им. М. Ф. Решетнева; 
О. В. Арипова, кандидат технических наук, доцент кафедры информационных технологий и программной инженерии Балтийского государственного технического университета «Военмех» им. Д. Ф. Устинова 
 
 
 
 
О-753        Основы конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств : учеб. пособие / Г. М. Алдонин, А. К. Дашкова, 
Ф. В. Зандер [и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2019. – 372 с. 
ISBN 978-5-7638-4106-0 
 
Изложены общие принципы организации проектирования электронной 
аппаратуры различного назначения, а также основы конструкторского и технологического проектирования: обеспечение надежной работы радиоэлектронных 
средств, правила конструирования, технологические процессы формообразования, изготовление коммутационных плат, сборка и монтаж, наладка и испытания. Освещены вопросы проектирования эргономического и эстетического качества радиоэлектронных средств. 
Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 11.05.01 
«Радиоэлектронные системы и комплексы» и 25.05.03 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования», а также бакалавров направлений подготовки 11.03.01 «Радиотехника» и 12.03.01 «Приборостроение». 
 
 
Электронный вариант издания см.: 
http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 621.38(07) 
ББК 32.973.21-108.2я73 
 
ISBN 978-5-7638-4106-0                                                           © Сибирский федеральный  
                                                                                                         университет, 2019 

Оглавление 

3 

 

 
 ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
СПИСОК  CОКРАЩЕНИЙ ..................................................................................................... 5 
 
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................... 8 
 
1. ОРГАНИЗАЦИЯ  ПРОЕКТИРОВАНИЯ   
    ЭЛЕКТРОННЫХ  СРЕДСТВ.  ОГРАНИЧЕНИЯ  
    ПРИ  ПРОЕКТИРОВАНИИ ................................................................................................ 9 
1.1. Конструирование как область науки и техники ........................................................ 9 
1.2. Ограничения при проектировании ............................................................................ 23 
1.3. Стандартизация в проектировании РЭС ................................................................... 36 
 
2. НЕСУЩИЕ  КОНСТРУКЦИИ  РЭС ................................................................................ 46 
2.1. Компоновка РЭС ......................................................................................................... 46 
2.2. Базовые несущие конструкции и кострукционные системы РЭС ......................... 64 
2.3. Эргономика конструкций РЭС .................................................................................. 69 
2.4. Композиционные построения и гармонизация частей  
       и целого в конструкции .............................................................................................. 74 
 
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ЛИНИЙ  СВЯЗИ ......................................................................... 86 
3.1. Проектирование объемного монтажа ....................................................................... 86 
3.2. Проектирование печатного монтажа ........................................................................ 99 
3.3. Волоконно-оптические линии передачи информации .......................................... 124 
 
4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ  НАДЕЖНОЙ  РАБОТЫ  РЭС .......................................................... 129 
4.1. Основные понятия надежности РЭС ...................................................................... 129 
4.3. Методы повышения надежности ............................................................................ 145 
4.3. Математическое представление показателей надежности ................................... 147 
 
5. ОСНОВЫ  ЗАЩИТЫ  РЭС   
    ОТ  ВОЗДЕЙСТВИЙ  ОКРУЖАЮЩЕЙ  СРЕДЫ ....................................................... 152 
5.1. Защита от климатических воздействий среды ....................................................... 152 
5.2. Защита РЭС от тепловых воздействий .................................................................... 163 
5.3. Термостатирование ................................................................................................... 170 
5.4. Теплоотвод теплопроводностью (кондукцией) ...................................................... 175 
5.5. Теплоотвод конвекцией ............................................................................................ 179 
5.6. Теплоотвод тепловыми трубами.............................................................................. 191 
5.7. Теплоотвод излучением ............................................................................................ 194 
5.8. Теплоотвод с использованием термоэлектрического эффекта ............................ 195 
5.9. Способы поглощения теплоты................................................................................. 199 
 
6. ЗАЩИТА  РЭС  ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ  ВОЗДЕЙСТВИЙ ........................................ 203 
6.1. Виды и источники механических воздействий ...................................................... 203 
6.2. Конструкция как колебательная система ............................................................... 206 
6.3. Виброизоляция в конструкциях РЭС ...................................................................... 218 

Оглавление 
 

4 

6.4. Обеспечение прочности и жесткости элементов конструкций РЭС ................... 230 
6.5. Прочностные параметры элементов конструкций РЭС ........................................ 236 
 
7. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ  СОВМЕСТИМОСТЬ  
    И  ЗАЩИТА  РЭС  ОТ  ПОМЕХ .................................................................................... 242 
7.1. Электромагнитная совместимость цифровых узлов ............................................. 242 
7.2. Электромагнитная совместимость усилительных схем ........................................ 250 
7.3. Экранирование проводов линий связи ................................................................... 258 
7.4. Экранирование РЭУ ................................................................................................. 262 
7.5. Конструкторский анализ электрической схемы РЭС ............................................ 266 
 
8. РАДИАЦИОННЫЕ  ВОЗДЕЙСТВИЯ ........................................................................... 268 
8.1. Общая характеристика различных видов радиации .............................................. 268 
8.2. Воздействие проникающей радиации  
       на электрофизические параметры исходных материалов ..................................... 271 
8.3. Воздействие излучения на параметры  
       полупроводниковых приборов и интегральных микросхем ................................. 278 
 
9. ТЕХНОЛОГИЯ  ПРОИЗВОДСТВА РЭС ...................................................................... 287 
9.1. Виды технологических процессов .......................................................................... 287 
9.2. Этапы разработки технологических процессов ..................................................... 288 
9.3. Особенности технологии изготовления БНК  
       из листовых материалов ........................................................................................... 292 
9.4. Разработка схемы сборки ......................................................................................... 295 
 
10. ОЦЕНКА  КАЧЕСТВА  ТЕХНОЛОГИИ  РЭС ........................................................... 298 
10.1. Точность параметров РЭА ................................................................................... 298 
10.2. Управление качеством ......................................................................................... 299 
10.3. Методы оценки точности ..................................................................................... 301 
 
11. АНАЛИЗ  И  СИНТЕЗ  РОБАСТНОСТИ  
      ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ......................................................................................... 313 
11.1. Энтропия и информация в анализе  
         структурной устойчивости систем ...................................................................... 313 
11.2. Информационная мера организации системы ................................................... 319 
11.3. Статистическая термодинамика агрегатных состояний ................................... 321 
11.4. Энтропийные модели в интегральных технологиях ......................................... 324 
11.5. Синтез оптимальной микроэлектронной структуры ......................................... 340 
 
12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  РЭС  С  УЧЕТОМ   
      МЕСТА  РАЗМЕЩЕНИЯ  И УСЛОВИЙ  ЭКСПЛУАТАЦИИ ................................. 349 
12.1. Классы и группы РЭС .......................................................................................... 349 
12.2. Примеры конструкций РЭС различных классов и назначений ........................ 355 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................... 365 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ (ИТОГОВЫЕ) ....................................................... 367 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК ................................................................................ 368 

Список сокращений 

5 

 

 
 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

 
 
АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки 
производства 
АСУ – автоматизированная система управления 
АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическими процессами 
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика 
БИС – большая интегральная схема (микросхема) 
БНК – базовая несущая конструкция 
ГПК – гибкий печатный кабель 
ГПП – гибкая печатная плата 
ГПС – гибкая производственная система 
ГСС – генератор стандартных сигналов 
ДПП – двусторонняя печатная плата 
ЕСДП – Единая система допусков и посадок 
ЕСЗКС – Единая система защиты от коррозии, старения  
ЕСКД – Единая система конструкторской документации 
ЕСТД – Единая система технологической документации 
ЕСТПП – Единая система технологической подготовки производства 
ЖКИ – жидкокристаллический индикатор 
ЗУ – запоминающее устройство 
ЗУПВИ – запоминающее устройство с произвольной выборкой информации 
ИВЭП – источник вторичного электропитания 
ИМС (МС) – интегральная микросхема (интегральная схема) 
ИСЗ – искусственный спутник Земли 
КД – конструкторская документация 
КС – конструкционная система 
КСГ – комплексная система гашения 
ЛП – линия передачи 
ЛЭП – линия электропитания 
ММСО – метод металлизации сквозных отверстий 
МП – микропроцессор 
МПП – многослойная печатная плата 
НИР – научно-исследовательская разработка 
НК – несущая конструкция 
НТД – нормативно-техническая документация 

Список сокращений 
 

6 

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство 
ОКГ – оптический квантовый генератор 
ОКР – опытно-конструкторская разработка 
ОПП – односторонняя печатная плата 
ОТК – отдел технического контроля 
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство 
ПИ – программа испытаний 
ПСИ – приемосдаточные испытания 
ПП – печатная плата 
ПЭ – потребитель электроэнергии 
ПЭВМ – персональная электронная вычислительная машина (компьютер) 
РНО – регулировочные и настроечные операции 
РП – рельефные платы 
РЭУ – радиоэлектронное устройство 
РЭС – радиоэлектронные средства 
САГ – система активного гашения 
САПР – система автоматизированного проектирования 
СБ – сборочный чертеж 
СБИС – сверхбольшая интегральная схема (микросхема) 
СВЧ – сверхвысокие частоты 
СГ – система гашения 
СНИП – Санитарные нормы и правила 
СО – система охлаждения 
СпИС – специализированная интегральная схема (микросхема) 
СПФ – сухой пленочный фоторезист 
СТ МЭК – стандарт Международной электротехнической комиссии 
ТД – технологическая документация 
ТЗ – техническое задание 
ТК – технический контроль 
ТКР – температурный коэффициент расширения 
ТП – технологический процесс 
ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика 
ТУ – технические условия 
ТЭЗ – типовой элемент замены 
УГО – условное графическое обозначение 
ФЧХ – фазочастотная характеристика 
ФШ – фотошаблон 
ЧПУ – числовое программное управление 
ЭА – электронная аппаратура 
ЭВА – электронно-вычислительная аппаратура 

Список сокращений 

7 

ЭВМ – электронная вычислительная машина (компьютер) 
ЭВС – электронно-вычислительные средства 
ЭЛТ – электронно-лучевая трубка 
ЭП – эскизный проект 
ЭРЭ – электрорадиоэлемент 

Список сокращений 
 

8 

 

 
 ВВЕДЕНИЕ 

 
 
Разработчики 
(инженеры-системотехники, 
инженерысхемотехники, радиоэлектронщики, программисты, специалисты по сетям 
и техническому обслуживанию) при решении специфических задач должны хорошо ориентироваться в вопросах построения конструкции, разработки технологических процессов и организации производства ЭА. Это 
позволит получать не только самые совершенные эксплуатационные показатели создаваемой ЭА, но и обеспечит возможность организации ее производства с применением передовых технологий и достижением высоких 
экономических показателей. В пособии приведены общие сведения по 
этим проблемам, необходимые для схемотехников, системотехников, программистов, конструкторов, радиоэлектронщиков и технологов.  
В современной учебной и научно-технической литературе широко 
применяют термины «радиоэлектронная аппаратура» (РЭА), «компьютер», 
«электронно-вычислительные средства» (ЭВС), «радиоэлектронные средства» (РЭС) и др. Принципиальных различий между этими терминами 
с точки зрения конструкторско-технологического проектирования нет. 
В пособии изложены принципы организации проектирования электронной 
аппаратуры (ЭА) различного назначения, рассмотрены задачи конструкторского и технологического проектирования: обеспечение надежной работы аппаратуры, правила конструирования, технологические процессы 
формообразования, изготовление коммутационных плат, сборка и монтаж, 
наладка и испытания. Рассмотрены проблемы эргономики и дизайна при 
проектировании РЭА. 

1.1. Конструирование как область науки и техники 

9 

 
1 

 ОРГАНИЗАЦИЯ  ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
 ЭЛЕКТРОННЫХ  СРЕДСТВ. ОГРАНИЧЕНИЯ 
 ПРИ  ПРОЕКТИРОВАНИИ 

 
 
1.1. Конструирование  
как область науки и техники 
 
Понятие конструкции РЭС. Конструкция (лат. constructio – 
устройство, построение, план, взаимное расположение частей), англ. – construction, нем. – die Konstruktion, фр. – construction. 
Технология (греч. techne – искусство, мастерство, logos – понятие, 
учение), нем. – die Technologie, фр. – technologie, англ. – technology. 
Под конструкцией понимается совокупность деталей и материалов 
с разными физическими свойствами, находящихся в определенной физической 
связи (электромагнитной, тепловой, механической), которая обеспечивает выполнение заданных функций с необходимой точностью и надежностью под 
влиянием внешних и внутренних воздействий и воспроизводится в условиях 
производства. Конструкция определяет взаимное расположение частей в пространстве, способы их соединения, характер взаимодействия, а также материал, из которого они изготовлены. Конструкция РЭС отличается рядом особенностей, которые выделяют ее в отдельный класс среди других конструкций: 
● иерархической структурой (последовательное объединение более 
простых электронных узлов в более сложные); 
● доминирующей ролью электрических и электромагнитных связей; 
● наличием неоднородностей в электрических соединениях, приводящих к искажению и затуханию сигналов, а также паразитных связей,  
порождающих помехи (наводки); 
● наличием тепловых связей, что требует принятия мер защиты термочувствительных элементов; 
● слабой связью внутренней структуры конструкции с ее внешним 
оформлением. 
Жизненный цикл изделия. В последние годы применительно 
к продукции технического назначения используется термин жизненный 
цикл, под которым понимают все этапы создания изделия, начиная с разработки ТЗ и кончая эксплуатацией готовых изделий с последующей утилизацией. Жизненный цикл электронного изделия, разделенный на этапы, 
представлен на рис. 1.1. На рис. 1.2 приведены этапы разработки РЭС; 
здесь к эскизному проектированию можно отнести этапы 1–6, к техническому проекту – 7–19. В двойную рамку заключены те этапы, полное или