电子设备的三防设计

　2012年8月内蒙古科技与经济A ugust2012　第15期总第265期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.15T o tal N o.265

电子设备的“三防”设计

刘　琳,赵慧峰

(三门峡职业技术学院电气工程系,河南三门峡　472000)

摘　要:分析了潮湿、盐雾、霉菌对电子设备的破坏,从三防设计中合理的结构设计、工艺设计、防潮设计、防盐雾设计以及防霉菌设计等方面论述了电子设备结构设计中的三防要求,并指出结构设计是三防设计的关键,它贯穿于整个产品的设计之中。

关键词:三防设计;结构设计;工艺设计;防护方法

中图分类号:T N602 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)15—0101—02

在电子工业中,三防设计指的是防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。潮湿、盐雾和霉菌会腐蚀和破坏电子产品的设备和材料,从而导致产品的电气性能下降、机械强度降低,严重时会导致产品的功能失效。在我国南方和沿海地区使用的、尤其是在户外使用的电子设备均应进行三防设计。

1　潮湿、盐雾、霉菌对电子设备的破坏

1.1　潮湿环境的危害

经常工作于潮湿地带、坑道、海洋或其他恶劣气候条件下的电子设备,由于极易受到潮湿空气的侵蚀,通常会在元件或材料表面凝聚一层水膜甚至渗透到材料的内部,造成材料表面电导率增加、体积电阻率降低、介质损耗加大,从而产生电气短路、漏电或击穿等故障。同时,潮湿气候还会引起覆盖层起泡、脱落,使其失去保护作用。

1.2　盐雾环境的危害

盐雾是沿海地区的常见大气现象,大气中含有氧气、湿度、温度变化和污染物等腐蚀成分和腐蚀因素。盐雾腐蚀就是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀。腐蚀是材料或其性能在环境的作用下引起的破坏或变质,腐蚀会导致一系列不良后果:金属零件、部件的电气性能和机械性能发生变化;开关、连接器的接触不良;机械传动系统的精度降低;紧固件的强度减弱;电磁元件的参数发生变化等。此外,腐蚀产物还将造成电气短路、绝缘材料漏电等许多故障。电子设备常见的腐蚀现象很多,例如,镀银导线和器件表面失去光泽、变黑;镀银层出现“白锈”;海用雷达天线的腐蚀;机壳表面油漆层的剥落、锈斑;各种接线柱之间或印制电路板线路之间发生的“银迁移”等。

盐雾是一种气溶胶状体,其主要成分是NaCl和M gCl2,其余为少量的Mg SO4、CaSO4和其他杂质。盐雾中的主要成分NaCl分解成Na+和Cl-离子,Cl-离子的穿透力极强,能穿透金属表面上起保护作用的氧化膜,对金属造成腐蚀,把不溶性的氧化物变成可溶性的氯化物,使钝化态表面变成活泼表面,造成对产品极严重的不良反应。NaCl的存在使材料的绝缘电阻降低,例如,黄蜡布经10天的盐雾试验其绝缘电阻下降1～4个数量级。盐雾腐蚀的速度随温度、湿度的升高而加速。但是实验发现,当RH<70%时,腐蚀速度会变得很慢。

1.3　霉菌环境的危害

霉菌属于真菌,为单细胞生物,它生长于植物与各种普通材料上,靠孢子传播繁殖。孢子大多在温度为26℃～32℃、相对湿度为85%以上,能提供营养物质的材料上生长。这些材料有蜡克线、棉线、棉布、黄蜡布、电话纸、牛皮纸、电缆纸、硝基漆、酚醛塑压粉等,其中,许多材料是变压器、继电器中常用的材料,所以电子设备在使用上述材料时应特别注意霉菌的影响。

2　防潮设计

2.1　防潮设计要求

在生产设计中,防潮设计的要求: 材料选用采用防火、防霉、防锈蚀的材料; 保持设备机箱内空气循环,防止湿气的积聚; 湿气要及时排除,可以适当采用干燥剂来去除湿气; 在设备表面涂覆保护层以防止锈蚀; 设备中有变压器的,变压器和线圈之间的空隙用绝缘性能好的涂料来浸渍、填充; 对元器件进行塑料装,在塑料密封盒内封装和密封。

2.2　防潮常用方法

目前,防潮采用的主要方法有两种。

2.2.1　密封。即将电子器件封闭,不与外界的空气、水或其他腐蚀介质接触。在密封时,应特别注意转动件、接插件、连接导线等处的密封设计。此外,还应消除设备内部可能引起腐蚀的其他因素,如将密封的元件、器件预先干燥,或将设备内部抽成真空后充填惰性气体(氮气和氩气),或采用化学干燥剂排除设备中的湿空气。对于空用电子设备,可用热熔状态的树脂或橡胶进行灌封。经过处理后的组件,除可防潮、防腐之外,还可防振缓冲。

2.2.2　涂覆或浸渍防潮涂料。将电子设备的零件、部件(如线圈绕组、变压器等)喷涂或浸渍环氧绝缘清漆、环氧聚酰胺绝缘清漆、有机硅改性聚氨酯绝缘漆等各种防潮绝缘漆。

3　防盐雾设计

因为盐雾会引起电子设备的腐蚀,因此,防盐雾设计也就是防腐蚀设计。

3.1　防盐雾设计防盐雾化学腐蚀的原则

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收稿日期:2012-04-28

作者简介:刘琳,讲师,三门峡职业技术学院电气工程系教师,从事电子方面教学10年。主攻方向为电子产品设计与加工。

　总第265期 内蒙古科技与经济

防盐雾设计中防盐雾化学腐蚀的原则是:采用密封结构、选用耐盐雾材料,所使用元器件要有一定对策的防护措施,比如在元器件表面涂耐腐蚀涂层,在金属件间增加高性能阻隔层。盐雾颗粒绝大部分直径在1 m～5 m范围内,且颗粒大小随着距离海岸的增加而减小。例如在离海5m处,直径为1 m～5 m的颗粒占92.1%,直径5 m以上的占7.9%;离海50m处,1 m～5 m的占98.3%;离海250m处, 1 m～5 m的占99.6%。经研究表明,盐雾对电子设备的影响主要是海上和近海处,内陆只有距海400m 和高度在150m以内的区域内有影响,在距离更远更高处,盐雾的影响更小。置于室内的设备受盐雾的影响很小,对于那些密封容器,盐雾是不会侵入的。

3.2　防腐蚀的内容

防腐蚀的内容主要包括以下几个方面。

3.2.1　选择耐蚀材料。按设备的工作环境要求,根据设备的接触介质选取耐蚀材料,如在海洋盐雾环境中工作的设备选用钛合金、纯铜或青铜;在大气中二氧化硫含量较多的环境条件下工作的设备宜用不锈钢做构件;在大气中含氨较浓的环境中工作的设备,则宜选用含镍的材料。另外,在选用耐蚀材料时宜选用非金属材料,尤其是工程塑料。对于相互接触的金属构件,应注意它们之间的电位差(通常应低于0.5V),按低于金属材料在介质中的腐蚀电位进行设计。

3.2.2　采用耐蚀覆盖层。常用的金属表面覆盖层分为金属、非金属和化学涂覆3种。 金属覆盖层包括电镀、热喷镀、渗镀、热渗镀、包镀、真空蒸发镀、化学镀等; 非金属覆盖层包括油漆、塑料等; 化学处理层包括化学氧化、电化学氧化、磷化和钝化。

3.2.3　设计合理的构件。在设计构件时应尽量避免存在机械应力、热应力、滞留水或水汽的空间,以防造成金属表面电化学的不均匀性,从而加快金属的腐蚀。

4　防霉菌设计

在防霉菌设计时应注意以下几点: 选用不长霉的材料; 零部件表面涂敷防霉剂或防霉漆; 严格密封,放入干燥剂,保持内部空气干燥,相对湿度低于65%; 元器件密封前,用强紫外线进行照射,防止和抑杀霉菌; 在密封的零部件中充以高浓度的臭氧,以期消灭霉菌。

5　目前工艺设计中工艺防护的主要手段

目前电子工业在电子设备的工艺设计上采用工艺防护的主要手段有:镀、涂、密封。其中,镀是基础,涂与密封起增强作用。

5.1　I型(暴露)表面的防护

I型(暴露)表面是指当设备处于工作或行进状态时暴露于自然环境的表面,或是虽然未暴露于自然环境,但能够受到各种气候因素诸如温度、雨、冰雹、雪、雨雪、含盐大气、工业大气、阳光直接照射、尘埃、风沙等直接作用的表面。上述工作环境比较恶劣,因此,必须选择好的涂覆系统, 钢铁件一般可以采用热浸镀锌或采用喷砂→热浸镀锌→磷化底漆→锶黄底漆→聚氨酯面漆的工艺过程; 铝合金件可以采用阳极氧化→聚氨酯清漆、导电氧化处理→锶黄底漆→面漆的工艺过程; 铸件(铸铁或铸铝)采用喷砂→磷化底漆→铁红底漆(锌黄底漆)→面漆的工艺过程。

5.2　Ⅱ型(遮蔽)表面的防护

Ⅱ型(遮蔽)表面是指设备工作时不暴露于自然环境下且不会受到各种气候因素,诸如温度、雨、冰雹、雪、雨雪及阳光直接照射、风沙等直接作用的表面。Ⅱ型表面的暴露条件与室内环境相当, 钢铁件,可以采用镀锌彩钝化→锌黄底漆→面漆或采用磷化处理(磷化底漆)→铁红底漆→面漆的工艺过程; 铝合金件,可以采用导电氧化→锌黄底漆→面漆、采用阳极氧化→S01-3聚氨酯清漆的工艺过程。

6　结论

电子设备已经走进千家万户,涉及我们生活和国防的众多方面。三防技术是一项“自上而下”的系统工程,相关设计人员在电子设备设计时要尽量多了解设备的“寿命期环境剖面”,按规范设计。要跟踪已使用的设备“故障”情况,总结经验,不断“滚动修订”完善设计规范。同时,建立并完善“三防体系”,逐步克服设计上的随意性。

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