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 

1. Органи

 

10 

частич
циалис

С

ляет о
произв
мость 
 

 
П

Услов
констр
ждого
ются в
Приче
вия эк
ниям Т

П

некото
лено п
констр
ский п
проект
том вс
целого

К

с пом
станда
рукция
следую
являют
они на

изация проек

чное выпо
стов-конс
Система 
обеспечит
водственн
изготовл

Представ
но издели
руктивной
 рассматр
в соответ
ем назнач
ксплуатац
ТЗ на кон
Под сист
орой форм
проектиру
рукция, эл
процесс. 
тируемог
сех взаим
о с позици
Конструк

мощью ур
артизован
ями выше
ющие уро
тся не то
азываются

ктирования эл

олнение к
структоро
электрон
ть высок
ный цикл
ения прод

Рис. 1.1.

вление ко
ия можно
й иерархи
риваемого
тствии с 
чение, кон
ции отдел
нструкцию
темой по
мой взаим
уемое сред
лектриче
В свою 
о объекта
мосвязей,
ий систем
кторская
ровней ра
ы. Констр
естоящих 
овни разук
олько кон
я модулям

лектронных с

которых 
ов и специ
нной подд
кое качес
л изготов
дукции. 

 Жизненны

онструкц
о разбить 
ией Исхо
о уровня 
результа
нструктив
льных под
ю изделия
нимается
модейств
дство (ПС
ский, теп
очередь, 
а в виде з
 изучени
много ана
я иерархи
азукрупне
рукции н
уровней.

крупнения
структивн
и (от лат. 

средств. Огра

зависит о
иалистовдержки ж
ство вып
вления и 

ый цикл эле

ии РЭС к
на подси

одные дан

конструк

атами раз
вно-техно
дсистем д
я в целом
я совокуп
вия. В вид
С) в целом
пловой, м

системн
замкнуто
ие рассма
ализа. 
ия. Конст
ения РЭС
нижестоящ
. По конс
я РЭС: шк
но, но и ф
modulus –

аничения при

от участи
-технолог
жизненног
пускаемой

существ

ектронного

как систе
истемы в с
нные на к
ктивной и
зработки 
ологическ
должны с
.  
пность эл
де систем
м или его 
механичес
ный подх
ой систем
атриваемо

трукторск
С, габари
щего уров
структивн
каф, блок
функцион
– составна

проектирова

ия в их вы
гов. 
го цикла 
й продук
венно сни

о изделия 

емы. Стру
соответст
конструир
иерархии 
более вы
кие огран
соответств

лементов,
мы может 
узел, отде
ский или 
од – это
ы и комп
ого объек

кая иерарх
итные раз
вня совме
ной сложн
, ячейка. Е
нально зак
ая часть, к

ании 

ыполнени

изделий 

кции, сок
изить себ

уктура и 
твии с при
рование д
РЭC опр

ысокого у
ничения и
вовать тр

 объедин
быть пре
ельно его 
другой ф
 предста
плексное, 
кта как ед

хия реали
змеры ко
естимы с 
ности разл
Если устр
конченны
кратная це

ии спе
позво
кратить 
бестои
связи. 
инятой 
для каределяуровня. 
и услоребова
ненных 
едставсхема, 

физичевление 
с учединого 

изуется 
оторых 
констличают 
ройства 
ыми, то 
елому). 

1.1. Конструирование как область науки и техники 

11 

Различают (ГОСТ 26632–85) следующие уровни разукрупнения РЭС 
в модульном исполнении по конструктивной сложности: радиоэлектронный 
модуль третьего уровня (РЭМ 3) – функционально законченный радиоэлектронный шкаф, пульт, стойка, выполненные на основе базовой несущей 
конструкции третьего уровня и обладающие свойствами конструктивной 
и функциональной взаимозаменяемости; модуль второго уровня (РЭМ 2) – 
блок или рама; модуль первого уровня (РЭМ 1) – ячейка, плата. Модуль 
нулевого уровня (РЭМ 0) конструктивно совместим с модулем первого 
уровня и реализует преобразование информации или преобразование сигналов. Обычно это элементы (ЭРЭ, ИС, элементы функциональной микроэлектроники), не имеющие самостоятельного эксплуатационного применения. 
Составные части процесса конструирования. Конструкция создается в процессе конструирования, под которым понимают мыслительную, 
оформительскую и организаторскую деятельность. Основным содержанием 
конструирования является прогнозирование некоторой будущей структуры 
на основании современных данных, нахождение и отражение найденных 
связей между частями конструкции в конструкторской документации 
и внедрение ее в производство и эксплуатацию. Один из наиболее важных 
результатов конструирования – получение новой информации, которую 
можно использовать в последующих разработках. Эта информация может 
иметь позитивный (новое решение) или негативный характер. Отрицательный 
результат тоже полезен, так как позволяет избежать повторения ошибок. 
Конструирование есть часть общего процесса проектирования (или 
разработки) изделия, содержащего такие взаимосвязанные этапы, как разработка структурной и принципиальной электрических схем, собственно 
конструирование, разработка технологии изготовления, внедрение изделия 
в производство и эксплуатацию. 
Взаимосвязь системных, схемных, конструктивных и технологических решений. При проектировании конструкции РЭС в той или иной степени принимают участие различные подразделения предприятия: системотехнические (определение структуры РЭС, разбивка на наземную и бортовую части); схемотехнические (разработка схемы, разбивка ее на узлы); 
конструкторские (общая компоновка, выпуск конструкторской документации, сопровождение производства); технологические (установление последовательности изготовления, отработка режимов, подготовка производства); 
производственные. Кроме того, в разработке принимают участие вспомогательные службы предприятия: надежности (рекомендации по структурной 
и информационной избыточности, проведение испытаний); снабженческие 
(поставка материалов, покупных изделий); патентные; автоматизированного 
конструкторского проектирования и т. д. В этих подразделениях работают 
специалисты различных направлений. Координация работы предприятий, 
подразделений и специалистов осуществляется с помощью согласованных 
календарных планов или сетевых графиков.