产品的环境适应性设计

产品的环境适应性设计

一个产品要成为被广大消费者所接受的商品，一个产品要成为一种招之既来、来之能战、战之能胜的武器，除了它的功能和性能外，就是它对环境的适应性和使用的可靠性。

任何产品都处于一定的环境之中，在一定的环境条件下使用、运输和贮存。因此都逃脱不了这些环境的影响。特别恶劣环境条件下工作的产品更是如此。产品环境适应性水平高低的源头是环境适应性设计，因此要研制出一个环境适应性好的产品，首先抓的是环境适应性设计，设计奠定了产品的固有环境适应性。

1、环境适应性的设计步骤

⑴、明确产品的平台环境条件

当前产品的环境适应性设计基本上以标准中的考核条件为设计依据的，其目的是交付，结果是使用中仍然故障不断，究其原因，其中最重要的是：产品实际所经受到的环境条件并不是标准中给出的环境条件（即标准中的试验条件或试验严酷等级）。所以当前国外的最新标准，对整机已不规定具体的试验条件（即试验严酷等级），只给出自然或诱发环境条件的参考量值。可见，作为环境适应性的设计的第一步首先要弄清产品的平台环境条件，特别是大型系统工程，各分系统、子系统、设备、分机所经受到的环境条件又不同于整个系统所经受到的环境条件。

⑵、确定产品寿命期的环境剖面

一个产品从出厂到报废，除使用过程中的平台环境条件外，还要经受到运输和贮存环境条件；另外还涉及到经受各种环境因素的概率，所谓环境剖面就是产品全寿命期所遇到的各种环境因素及其出现概率。可见作为环境适应性设计的第二步，应知道产品全寿命期的环境剖面，并以此作为设计依据。

⑶、制订环境适应性设计准则

一个产品通常有许多分机组成，特别是大型系统工程，会更有许多分系统、子系统、设备单元组成，因此要搞好环境适应性设计，必须制定能保证产品环境适应性的统一设计准则，让每一设计师进行环境适应性设计时有统一的依据。环境适应性设计准则应采用先进的、成熟的材料、工艺、结构等，并且有好的费效比。

⑷、环境适应性设计评审

环境适应性设计评审是对环境适应性设计输入进行的全面、系统审查，从中发现环境适应性设计中的薄弱环节、提出改进意见、完善设计降低设计风险。

⑸、环境适应性设计输入验证

一个产品完成了环境适应性设计输入后，如果这种设计没有以前试验结果报告证实是可行的，则应进行设计验证试验来证明可行的。

2、环境适应性的设计原则

进行环境适应性设计时，可按下列原则进行：

⑴、减缓影响产品的环境应力、增强产品自身耐环境应力的能力

环境适应性设计首先应综合考虑所设计产品可能经受到的各种环境因素及其应力，采用减缓环境应力的措施、增强自身耐环境应力的能力，即用有效的防护设计、材料、工艺等来达到所设计产品的环境适应性要求。

⑵、逐级明确防护对象和防护等级。

按从大到小的顺序，即从系统、整机、单元、零部件、模块、元器件到材料逐级明确防护对象和防护等级。

⑶、建立有效、合理的防护体系。

环境适应性设计应从多方面入手：采用合理的结构设计，正确选择材料，严格进行计算并确定使用应力，选用稳定的加工、装联工艺，建立有效、合理的防护体系。

⑷、综合考虑环境因素的不良影响

一种环境因素可能产生多种不良影响；一种不良影响往往是多种环境因素协同作用的结果，设计时应予以综合考虑。

3、耐高低温设计

为提高电子产品的耐高低温性能，其耐高低温设计应列入电子产品总体方案设计范畴。

电子产品的耐高低温设计应从下列三方面进行：

3.1、采用合理的结构

合理的结构是电子产品耐高低温最为重要的保证。

⑴、电子产品的结构应综合考虑机箱的功率密度、总功耗、热源分布、热敏感性、热环境等因素，以此来确定电子产品最佳的冷却方法。

⑵、电子元器件、模块的最大结温的减额准则应符合有关规定；单个电子器件（如集成器件、分立式半导体器件、大功率器件）应根据温升限值，设置散热器或独立的冷却装置；热敏器件的安置应远离热源；对关键器件、模块的冷却装置应采取冗余设计；互连用的导线、线缆、器材等应考虑温度引起的膨胀、收缩造成的故障。

⑶、对于印制板组件：其板上的功率器件，应采取有效的措施降低器件与散热器界面的接触电阻；带导热条的印制板，其夹紧装置、导轨及机箱（或插箱）壁之间应保证有足够的压力和接触面积；采用空气自然对流冷却的印制板，其板之间的间距、板上的最高元器件与插箱壁之间的间距应符合有关规定。

⑷、应根据机箱的热耗量和内部阻力的情况，选择合适的通风机，设计合理的空气流通通道，保证需要冷却的各个部位得到其所需的风量，冷却空气应首先流经对热敏感的器件；冷却空气的进口与出口位置应相互错开，不得形成气流短路或开路。

⑸、对于机箱中的各个部分，其单元热量分布均匀时，可采用抽风冷却，非均匀热源采用鼓风冷却。对于热耗量大的密封式机箱，应采用多种冷却系统，其冷却通道应专门设计。

3.2、正确地选择材料

⑴、尽量选择对温度变化不敏感的材料，采用经优选、认证或经多年实践证明可靠的金属和非金属材料。

⑵、选择的材料在温度变化范围内，不应发生机械故障或破坏完整性，如机件变形、破裂、强度降低等级、材料发硬变脆、局部尺寸改变等。

⑶、选择膨胀系数不一的材料时，应确定其在温度变化范围内不粘结或相互咬死。

⑷、选择的润滑剂，应在温度变化范围内能保证其粘度、流动性稳定。

3.3、采用稳定的加工、装联工艺

⑴、应在高标准的制造和装配环境下进行电子产品的加工、装联。

⑵、对于电子产品机箱内各个组件，应采取合适的热安装技术；而对于印制板组件，其板上的电子元器件同样应采取正确的热安装技术。

⑶、应采用新型的、经验证的或典型的、可靠的天线、机箱及印制板涂装工艺、金属电镀工艺等，以确保其工艺涂镀层在温度变化范围内不出现不符合标准的保护性及装饰性评价。

4、防潮设计

4.1、结构设计

在不影响设备性能的前提下，应尽可能采用气密密封机箱。

4.2、防潮处理

⑴、憎水处理

通过一定的工艺处理，降低产品的吸水性或改变其亲水性，如用硅有机化合物蒸气处理，可提高产品的憎水能力。

⑵、浸渍处理

用高强度与绝缘性能好的涂料填充某些绝缘材料、各种线圈中的空隙、小孔、毛细管等。浸渍处理除可以防潮外，还可以提高纤维绝缘材料的击穿强度、热稳定性、化学稳定性以及提高元器件的机械强度等。

⑶、灌封

用环氧树脂、蜡、沥青、油、不饱和聚酯树脂、硅橡胶等有机绝缘材料加热熔化后，注入元器件本身或元器件与外壳间的空间或引线的空隙，冷却后自行固化封闭。所使用的材料应保证其耐霉性。

⑷、密封装置

对零部件、模块等采用密封装置，密封分塑料封装和金属封装两种：

·塑料封装：塑料封装是把零件直接置于注塑模具中与塑料制成一体。

·金属封装：金属封装是把零件置于不透气的密封盒中，有的还可在盒内注入气体或液体。

⑸、表面涂覆

用有机绝缘漆涂覆材料表面，提高防潮性能。

⑹、使用防潮剂

在设备内部放置防潮剂，并定期更换。