电子电路三防技术

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电子电路三防技术
目录
一、什么是三防技术 二、环境条件和防护等级 三、整机三防技术 四、印制板组件的三防 五、三防涂覆典型工艺 六、电接触点防护和密封 七、三防设计评价 八、总结
一、什么是三防技术
一、什么是“三防”技术
在军用电子行业,通常将电子设备的“防潮、防 霉、防盐雾”称为三防技术,随着产品应用范围的不 断拓展,三防技术的内涵发生了很大变化,现在的三 防是以提高产品的环境可靠性为目标,内容包括防潮 、防结露、防盐雾、防霉、防腐蚀老化、防振动、防 静电、防风沙、防积雪裹冰等等,确切地说应称为环 境防护技术,但在行业内“三防”已是俗成的专有名 词,现仍然延用着。
水是电解质,能溶解大量的腐蚀性离子对金属产生 腐蚀。
设备的某一处的温度低于“露点”(温度)时,该 处表面的结构件或PCB板会有凝露产生。
潮湿同时是霉菌、盐雾的载体。
二、环境条件和防护等级
3) 盐雾 盐雾是海浪、潮汐及大气环流(季风)气压、
日照等自然因素造成,会随风飘落至内陆,其浓度 随离海岸距离而递减,通常离海岸1Km处为岸边的 1 % (但台风期会吹向更远)。 盐雾的危害性: 使金属结构件镀层破坏; 加速电化学腐蚀速度导致金属导线断裂、元器件
电子设备必须防止潮湿、霉菌、盐雾等外界 环境因素对设备的影响,一旦防护失效,就可 能因腐蚀而造成材料断裂、绝缘强度下降、接 触不良、介电常数改变,进而导致设备故障率 增加,使用寿命缩短。
二、环境条件和防护等级
环境条件分类
a. 按自然气候分:如陆地、海洋、空中、空间…… b. 按产品所处状态:如运输、贮存、使用等…… c. 按产品使用场合:室内、室外、舰船、机载、岛礁
B类
B
不受控的环境,偶尔会R.H 100%如
一级
仓库、地下室、户外简单遮蔽等
C类
C
恶劣环境如:海上舰船、岛礁或距离海岸;离
冶炼,化工厂1~3Km, 受有害物质(SO2 H2S 等)侵蚀
三、整机三防技术
三、整机三防技术
1. 整机三防设计和环境条件关系
确定阵地 大气环境
产品 防护设计
设计总体 指标要求
500h 以上无蚀点
无特别要求,必 须镍底层。
有机涂层设计
Baidu Nhomakorabea
三、整机三防技术
一般应采用涂层系统以提高零件的防腐蚀能力, 防护等级为恶劣环境表面(Ⅰ级)要求涂覆底漆 、中间层漆和面漆;防护等级为一般环境(Ⅱ级 )的表面可以不涂中间漆
面漆一般选用耐候性好的丙烯酸聚氨酯面漆或氟 碳面漆
四、印制板组件的三防
合理选择材料
根据使用部位综合考虑材料的性能,尤其应重视 材料在不同状态下的腐蚀特性。
尽量选择耐蚀性好的材料,尤其在易产生腐蚀和 不容易维护的部位。
所选用的材料应具有相容性。不同金属之间的接 触电位差最大不超过0.25V,否则需要考虑对接触 面采取保护措施。
屏蔽盒选材及防护
材料
型号
一、什么是“三防”技术
通常说的防护设计就是“三防”设计,根据装备 实际使用环境及防护等级要求,对其系统、设备和某 些特定单元所采取的防湿热、防霉菌、防盐雾等环境 防护的设计思想、设计方法和防护工艺措施。
二、环境条件和防护等级
1. 环境条件
二、环境条件和防护等级
环境条件是指产品在制造、贮存、运输和使 用中可能遇到的一切外界影响因素。
确定设备工 作平台环境
确定工作 平台特性
确定环境 试验条件
三、整机三防技术
防护设计是一项系统工程,单一的防护工艺很难排除不良 设计的影响,只有从设计开始采取措施,才能为防护找到更 好的办法。
电讯设计
结构设计
工艺设计
2. 工艺防护设计程序
结构设计、电讯 N N
三、整机三防技术
防护工艺设计
可实现性 Y
防止由于温度骤变产生的 “ 凝露 ” 使焊点间漏导 增加、短路。
四、印制板组件的三防
3. 三防的局限性
三防涂层很薄(20-200μm), 因此不能期望它提供一 个很高的抗冲击振动和完全抗水蒸汽穿透能力。要达到 更高的防护等级,需采用固体封装技术抵御盐雾的侵蚀 ,例如工作在户外或海上舱外非密封的电路板。
二、环境条件和防护等级
分类
定义
Ⅰ型 表面 Exposed surfaces
Ⅰ型表面是指当设备处于工作或行进状态时,直接暴露在自然 环境中的表面或能受自然环境因素直接作用的表面。自然环境 因素包括:温度,湿度,雨,雪,盐雾,日光及风沙等。例如,直 接暴露在上述环境中任何设备的外表面都是Ⅰ型表面。
Ⅱ型表面 sheltered surfaces
效。 温度冲击会造成结构件失效。
二、环境条件和防护等级
温度有利一面 高温对驱潮湿有利,并可防止凝露及露点的产生。
温度负面影响 当设备工作时会产生热量,机柜内部气压升高而气
体外溢。而不工作时气温下降,则外部湿气及污染物会 进入机柜内。
二、环境条件和防护等级
2 )水和湿度
材料腐蚀过程中, 水是主要的介质。防潮是三 防中最重要的一环。
铝型材及机加工件(如屏蔽盒)可选用锻铝6061或 6063;
压铸铝合金应选用YL102,而尽量不用ADC12(含铜 )。
三、整机三防技术
几种铝合金性能比较
材料
抗张强度 Mpa H112 O T4 T5
抗蚀性 (无包铝) 中性盐雾 T6 试验 (h)
机械加工性能
5A06
295 315
>100
高盐度的沿海和海岛地区
二、环境条件和防护等级
4. 防护表面分类
在三防设计中为了简化环境因素的分类,突 出环境因素对装备表面的影响,参照美军规范 MIL-F-14072D《地面电子设备的精饰》,将防护 表面划分为Ⅰ型(暴露)表面和Ⅱ型(遮蔽)表 面。
Type Ⅰ(exposed)surfaces Type Ⅱ(sheltered)surfaces
…… d. 按环境因素属性:如气候、机械、生物、电磁、特
殊介质……
二、环境条件和防护等级
2. 环境因素及其影响 1 )温度 2 )水和湿度 3 )盐雾 4 )霉菌 5 )太阳辐射 6 )粉尘
二、环境条件和防护等级
1 )温度 温度直接影响腐蚀反应速度,一般来说,温度
每提高10℃,腐蚀老化的速度增加一倍。 低温状态某些材料的性能会发生变化, 甚至失
二、环境条件和防护等级
3. 大气环境的腐蚀级别
级别 C1 C2 C3 C4
C5
腐蚀性 很低 低 中 高
很高
相对湿度(%) <60
60~75 60~75
>75
空气含盐量 很低 低 较低

典型的大气环境
室内环境
大气污染较低 城市和工业大气,低盐度
沿海区域 高盐度的工业区和沿海区

>85
很高
高盐度和恶劣大气的工业 区域、
四、印制板组件的三防
1. 概述
印制电路(PCB)表面一般涂覆三防漆保护。 三防 涂层又称敷形涂层(Conformal coating)。
涂覆到印制板组件上,与被涂物体外形保持一 致的绝缘保护层。
2. 三防作用
PCB在工作和贮存期间能抵御恶劣环境对电路和元器 件的影响,同时增加器件的抗冲击振动性,达到三防 的目的。
三防涂覆可改变高阻抗精密电路原有特性和参数,对微 波电路的影响会更大。
保护涂覆不能提高PCB基材的绝缘性,涂层仅能延缓其 受潮,不能提高其防潮性能。
四、印制板组件的三防
4. 三防漆材料分类
AR---丙烯酸树脂 ER---环氧(改性)树脂 SR---有机硅树脂 UR---聚氨酯 XY---聚对二甲苯 ( 气相沉积 ) FC---氟碳树脂 其它—无溶剂丙烯酸聚氨酯光固化涂料等
优点
三、整机三防技术
缺点
应用对象

H62、H59-1 耐蚀好、导电性优 重,材料 地面设备及Ka波段以
价高
上的器件

6061、6063
轻,材料价低 耐蚀性良 广泛应用于L、S、C
LF – 5 (压铸铝)
,导电性 良
波段微波器件
塑料(金 属化)
PPS、PEEK、 ABS
轻,适合于大批量 标准件生产,成本
Ⅱ型表面是指当设备处于工作或运输状态时,不直接暴露在自 然环境中的表面,并且不会受到雨、雪、日光及风沙等直接作 用的表面。如电子设备方舱的内表面,户外机柜的内表面及内 部的结构件。
防护等级分类
二、环境条件和防护等级
环境类型 A类
防护等级
民用
军品
A
二级
环境类型的说明 温湿度受控的室内或被密封的有限空间内
下图为金属表面水膜厚度与腐蚀速度的关系: 区域I是干燥大气腐蚀,其腐蚀速度很小;区域Ⅱ是 潮湿大气腐蚀,腐蚀速度随水膜厚度增加而增大。 区域Ⅲ相当于下雨天的腐蚀,由于液膜厚度增加, 氧气在液膜中的扩散速度受到控制,因此腐蚀速度 反而减小。区域Ⅳ,相当于金属全沉浸于水中的腐 蚀。一般腐蚀是在区域Ⅱ、Ⅲ内进行。
长霉表面影响外观
二、环境条件和防护等级
5) 太阳辐射 太阳辐射随着纬度降低,其紫外线强度升高,
在高原由于日照时间长,其太阳辐射也较高。太阳 辐射是高分子材料老化最主要的外因之一,户外使 用的高分子材料都受到它的破坏。太阳光的光波能 量,随波长不同而异,一般紫外线的光能量能够切 断许多高分子的分子链或引发其光化学反应,导致 高分子材料老化。
二、环境条件和防护等级
粉尘的危害性
由于粉尘沉降在PCB表面, 产生电化学腐蚀, 故 障率增加 粉尘+湿热+盐雾对PCB损害最大, 沿海、沙漠( 盐碱地)、淮河以南梅雨季节化工、矿区附近地 区,电子设备故障最多
二、环境条件和防护等级
环境因素对电子装备的直接影响:
(1) 环境因素促使金属腐蚀 (2) 环境因素促使非金属材料老化 (3) 环境因素影响电性能
最优化 Y
防护工艺确认
三、整机三防技术
3. 三防设计要点
设计人员应掌握温度、湿度、盐分、微生物、太 阳辐射等环境因素对产品的影响规律,开展相应的三 防护设计,要点主要包括: 结构优化设计 合理选择材料 合理有效的防护工艺体系 防止异种金属接触腐蚀 防护维护和修理
三、整机三防技术
四、印制板组件的三防
常用三防材料及性能
体积电阻率 ρV Ω-cm
丙烯酸 聚氨酯 Acryli Urethane
c
1012~10 1011~1014 14
6061
271
>100
6063
164 210
>100
2A12
235 235 405
< 24
切削性好 光洁度高 变形小
切削性好 光洁度高 变形小
切削性好 光洁度高 变形小
切削性差 变形大
三、整机三防技术
铝合金的选用和防护
表面处理
防护原理
耐蚀性(中性盐雾试验)
铝板
压铸铝
无色化学氧化 阳极氧化
铬酸盐转化膜,低于 1μ,致密
膜厚大于6微米
100h无腐蚀 240h 以上
48h (不能)
化学镀镍
化学镀膜层均匀
通常用其特殊功能而不要求耐蚀性; 当膜厚30微米时,有可能通过96 h。
注意事项
表面导电 表面不导电
可焊性
镀金/镀银 喷涂(漆)
镍底层起屏蔽保护作 用
有机涂层
镀金:72h无腐蚀;钎焊不要求 镀银:不要求,应考虑防变色。
二、环境条件和防护等级
腐蚀速度
ⅠⅡ


水膜层厚度δ 随着水膜厚度的增加,腐蚀速度快速增加直至最大值后下降。
二、环境条件和防护等级
金属腐蚀速度随着大气中相对湿度的增加而增加,特 别是大于临界湿度(67%左右)后快速增加。
二、环境条件和防护等级
潮湿的影响
对电子设备而言,潮湿是以三种形式存在:雨水, 冷凝和水汽。
失效。
二、环境条件和防护等级
4)霉菌 凡是空气可以进入的设备,其零件表面就有可
能受到霉菌的污染。在适宜的温湿度下,霉菌就可 以吸收水分和养料逐渐发芽成长,而且霉菌的繁殖 是十分迅速的。
霉菌的危害性: 霉菌吞噬和繁殖使有机材料绝缘性下降, 损坏而
失效
霉菌的代谢产物是有机酸, 影响绝缘性及抗电强 度而产生电弧
二、环境条件和防护等级
6 ) 粉尘 粗尘:粗粉尘是直径在2.5-15微米的不规则颗粒, 一般
不会引起故障, 但影响连接器的接触。 细尘: 细尘是直径小于2.5微米的不规则颗粒, 细尘须
通过防静电刷才可除去。 细尘的腐蚀性很大,尤其是当含有腐蚀性的酸、碱、盐
时,能透过阻焊膜或敷形涂层腐蚀铜导线。 粉尘+盐雾+湿热对PCB板的腐蚀最大。

一次费用 高,散热

L、S波段
三、整机三防技术
铝及铝合金选用
① 铝及铝合金的耐蚀性: 纯铝>防锈铝>锻铝>压铸铝 >硬铝
② 在湿热环境下应用硬铝如2A12等的加工件(破坏包铝 层)要非常慎重。
③ 根据结构特点及功能要求,选用原则是: 无承力要求及导电件选用纯铝;
有一般承力要求的钣金件可选用防锈铝;
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