机载电子设备三防设计应用研究

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环境技术/Environmental Technology

环境试验设备

nvironmental Test Equipment

E

Ａｂｓｔｒａｃｔ：This paper systematically expounds the three-proofing design of electronic equipment, and the classified discussion is carried out from the aspects of selection control of raw materials, chassis structure design, seal design, dissimilar metal overlapping design and surface coating design, etc., in order to improve the three-proofing performance of electronic equipment, and preliminarily summarizes the matters needing attention in the three-proofing test of electronic equipment. And the relevant experience can be used for the verification and reference of the three-proof design and the environmental test for the similar equipment.

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：electronic equipment; three-proof design; environmental testing

摘要：对电子设备的三防设计进行系统性阐述，从原材料的选型控制、机箱结构设计、密封设计、异种金属搭接设计和表面涂镀层设计等方面进行分类讨论，以提高电子设备整体的耐三防性能，并对电子设备三防试验注意事项进行了初步总结，相关经验可供同类设备的三防设计及环境试验验证借鉴和参考。关键词：电子设备；三防设计；环境试验

中图分类号：Ｖ２１６．５ 文献标识码：A 文章编号：1004-7204(2019)03-0106-04

机载电子设备三防设计应用研究

Research on the Three-proof Design and Application of Airborne Electronic

Equipment

白乃贵，司卫征，黄栋，郭伟科（广东省智能制造研究所，广州510070）

BAI Nai-gui，SI Wei-zheng，HUANG Dong，GUO Wei-ke

(Guangdong Institute of Intelligent Manufacturing，Guangzhuo 510070)

引言

随着新型装备应用环境的不断变化，对装备中各种电子设备的使用寿命、使用环境都提出了更高的要求。在沿海地区使用的武器装备，为适应新的战略环境要求，其电子设备不仅需要集成更多复杂的功能，满足高可靠性、小型化、轻量化、便于维修保障等要求，还要适应更加严酷的湿热、霉菌、盐雾、酸性大气等环境的考验。在我国南海海域环境条件下，电子设备的故障中有８０　％与整机的环境因素有关，电子设备的环境适应性直接影响到了装备的战术指标和使用寿命［１］。严酷的外部环境需要科学合理的三防设计技术来保证电子设

备的环境适应性。

现如今电子设备的三防设计已经由简单的工艺防护逐步发展为一项涉及总体、硬件电路、结构、工艺、管理等多方面的系统性工程。本文从三防环境分析、原材料元器件选型控制、机箱结构设计、密封设计、异种金属搭接设计、表面涂镀层设计等方面阐述了机载电子设备三防设计技术，并进一步总结了三防环境试验过程中的注意事项，可供相关设计工作者借鉴和参考。

１　三防设计技术

１．１　三防环境分析

项目资助：广东省科技计划项目（2014B070705007、2018A050506057），广东省科学院项目（2016GDASPT-0106、2019GDASYL-0105072）

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２０１９年０６月／　Ｊｕｎｅ ２０１９

nvironmental

Test Equipment

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环境试验设备

机载电子设备在使用环境及设计要求方面有严格限制，海洋性气候环境的腐蚀环境更加严酷，对机载电子设备的材料耐腐蚀防护能力要求更高。其遭受的三防环境试验主要包括湿热、霉菌、盐雾和酸性大气。湿热环境往往会导致电子设备表面材料的电阻率下降、材料腐蚀加剧、绝缘击穿等恶劣后果；霉菌的滋生会造成电子设备非金属材料的腐蚀分解、绝缘性能降低，其大量生长蔓延往往会导致设备失灵等严重故障；盐雾环境通常会对电子设备的金属材料及其涂镀层产生严重腐蚀，如果电子设备密封不良，盐雾会设备内部零部件、元器件产生腐蚀，并影响绝缘性能、电性能；酸性大气主要成分为ＳＯ２，通常与高湿、高盐雾的海洋大气相遇形成局部富集污染物的酸性盐雾气氛对电子设备造成腐蚀［２］。

机载电子设备长期遭受上述恶劣环境的腐蚀影响，为保证装备的质量，必须对电子设备进行合理的三防设计及验证工作，以降低使用过程中的风险情况。

１．２　原材料元器件选型控制

电子设备原材料元器件选择通常遵循以下原则：分立半导体器件（例如二极管、三极管等）优先选用金属或陶瓷封装产品；优先选择具有耐潮湿、盐雾、霉菌环境能力的电子元器件；特别考虑元器件海洋环境适应性，选用本身具有耐霉菌性能的材料；不选用耐高温差，易吸潮、不密封的国产塑封器件，国产塑料封装容易老化；不选用易受潮树脂封装ＣＡ４２、ＣＡ４２１系列固体钽电解电容；金属材料选型时应兼顾腐蚀机理、破坏形式和金属兼容性问题，在保证强度要求的情况下兼顾减重需求，选择耐腐蚀性好的铝合金材料［３］，如机箱壳体材料选用耐腐蚀性能的Ｔ６状态硬铝合金材料（６０６１）；标准紧固件选用防腐蚀性能优良的奥氏体不锈钢材料；印制电路板基材选用耐腐蚀、耐老化、耐潮湿、抗霉菌的ＦＲ－４基材。

１．３　机箱结构设计

电子设备机箱结构设计通常遵循以下原则：选择合适加工工艺，消除残余应力，避免应力集中；尽量避免

折线、尖角，避免灰尘杂质、腐蚀介质的积累和滞留；零部件在改变形状和尺寸时设计圆弧过渡；尽量避免凹槽和缝隙；机箱设计有独立通道，避免外部空气与机箱内部的元器件、印制板等直接接触；风路设计通畅，不留死角。

１．４　密封设计

电子设备的机箱通常采取密闭式结构，机箱连接处加有永久变形小的硅橡胶“○”型圈，将设备内部与外界环境相隔离；机箱的连接孔位通常采取箱壁加厚处理，并采用密封剂对螺钉孔位进行密封。

１．５　异种金属搭接设计

异种金属搭接时，连接构件尽量选用电位接近的金属，控制异种金属电偶腐蚀。机载电子设备中常采用铝合金作为箱体结构的主要材料，而铝合金在盐雾环境下极易受到电化学腐蚀，在选择与铝合金配合的金属时，应选用与铝合金电位差小于０．２５　Ｖ的金属，以降低电偶腐蚀的发生概率。

对于不能满足电位差要求的金属，必须搭接时，可以选择涂覆绝缘保护层、增加绝缘衬垫、填充密封胶或者镀覆过渡金属层（考虑电磁兼容性要求时采用过渡金属层）。

１．６　表面涂镀层设计

按照“表面涂覆底漆＋聚氨酯面漆”处理方法喷涂有机涂层，提高金属抗腐蚀能力，保证产品防湿热、防盐雾、防霉菌等要求，以适应恶劣的腐蚀环境；表面防湿热、防盐雾、防霉菌涂层施工工艺按照ＨＢ／Ｚ　１０２－２０００《机载设备三防涂层涂漆工艺》的要求开展。

箱体中的不锈钢零件采用钝化处理，外部接插件壳体首选不锈钢钝化处理，其次是铝合金表面镀镉［５］。

无导电要求的铝合金一般采用硫酸阳极化，要求导电的零件采用无铬－阿洛丁化学转化膜工艺或导电化学氧化处理，同时根据零件类型、特性、使用环境和条件及寿命确定表面处理的厚度；铝合金表面处理采用无铬－阿洛丁化学转化膜工艺比传统的导电化学氧化耐腐蚀性能更好［６］。零件的切削、开孔、锉修等在表面处理前