機載顯示器的三防設計

李素平++豐新龍

摘 要：環境因素影響著機載顯示器的穩定性和可靠性，因此環境因素是機載顯示器在使用、運輸和存儲中考慮的重要因素。針對機載顯示器在三防方面存在的問題及面臨的諸多失效形式，從結構設計技術、工藝防護技術及電路板組合件的防護技術等方面進行分析，對提高機載顯示器三防能力進行研究。

關鍵詞：三防；結構；工藝

中圖分類號： TP2 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）11-148-2

0 引言

機載顯示器對各類環境條件反應敏感，尤其是潮濕、鹽霧、霉菌。目前，在機載顯示器的使用和三防試驗過程中暴露出各式各樣的問題，其中很多產品無法順利通過GJB150或GJB150A《軍用裝備實驗室試驗方法》要求的三防試驗，出現材料腐蝕、鍍層腐蝕以及產品部分性能失效的現象。據相關部門統計，在我國南海海域環境條件下，軍用電子設備的故障中80%與海洋環境因素有關。可見，航空產品的環境適應性極大地影響著我國的經濟效益和軍事效益。

1 結構設計的三防措施

三防技術已不單純是一項工藝技術，而是一個綜合性的概念，涉及到電路、結構、工藝和質量管理等諸多方面。可以說，機載顯示器的三防性能是設計和制造出來的，要提高三防能力，必須從產品設計方案階段開始就注入三防設計的概念。三防設計概念的注入，可以保證產品從零部件到整機都具有環境適應性。三防工藝可以彌補設計過程中在三防方面的不足或難以避免的問題，提高產品抵抗環境變化的能力。

1.1 材料的選擇及防護

和其它航空產品一樣，材料選擇是機載顯示器三防設計過程的第一步，也是最關鍵的一步。在結構設計過程中，在滿足強度要求的情況下，應盡可能選用耐腐蝕性好的金屬材料和不長霉菌又耐老化的非金屬材料。同時考慮到經濟因素，機載顯示器的金屬材料優先選用防銹鋁（5A06）和不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）。例圖，碳鋼零件在沒有鍍層的情況下三防性能特別差，不適合用于航空產品。近年來，機載顯示器正朝著輕型化方向發展，在今后的設計中，產品中許多零部件都將采用工程塑料等非金屬材料制成，更要注重材料的三防問題。

在正確、合理地選用材料的同時，還應通過對材料輔以適當的工藝防護措施以提高材料耐環境變化的能力，如通過涂覆鍍層（金屬層或非金屬層）。選用材料時，還應了解材料的相容性問題，掌握材料的腐蝕機理，防止不同材料彼此接觸、相互影響而引起腐蝕、老化或失效。因此，根據材料的相容性合理選擇鍍層也是非常重要的一步。例如不銹鋼螺釘與鋁合金殼體在濕熱試驗過程中發生電化學腐蝕，產生氧化鋁，因此不銹鋼材料一定要經過鈍化或電拋光處理。

設計中應盡量選用同一種金屬材料，或者選用電位相近的材料，因為兩種材料的電位差越大，腐蝕越嚴重。鍍層損傷后也會發生腐蝕。

1.2 結構設計

在實際設計工作中，結構設計和材料選擇同等重要，多數三防問題都能通過合理的結構設計來避免。在結構設計中應注意以下幾個方面。

1.2.1 要避免積水

產品的結構及外形應盡可能簡單，減少孔、槽設計，在有可能留存濕氣或形成積水的空間一定要注意排氣、排水問題。若無法合理設計排氣排水措施，一定要注意電路板的安裝方向和導線束的防護。如圖1所示，導光板上的導線束通過液晶屏下方與殼體之間的間隙插合到電路板上，濕熱試驗過程中液晶屏下方與殼體之間容易積水，導致導線束與電路板之間的接插件發生短路，產品部分功能喪失。為避免此類問題發生，在產品設計初期就應當注意導線束位置，可以選擇通過從液晶屏側面或上方與殼體之間的間隙插合到電路板，同時電路板上的接插件相應的調整位置。

1.2.2 要避免縫隙腐蝕

盡量避免鉚接、螺紋連接等形式，優先選用鈑金結構或一體式結構形式，減少零件和接縫數量，同時在縫隙處加以密封處理（加密封橡膠條）。一體式結構設計同時也便于裝配和維修。

1.2.3 異種金屬接觸時應在兩種金屬之間放置絕緣襯墊

異種金屬尤其是電位差較大的異種金屬接觸時，應在其中一種金屬上鍍涂允許與另外一種金屬相接觸的金屬鍍層，或者在兩種金屬之間放置絕緣襯墊，但此時應考慮兼顧電磁兼容性要求。

1.2.4 盡可能避免引起應力集中的結構形式

盡可能避免引起應力集中的結構形式，防止產生應力腐蝕而導致裂開。對于由于應力集中而需要經常維護或更換的零組件，應在設計時保證易于維修和更換。

1.3 工藝設計

除了從材料選擇和結構設計方面采取措施，還應從工藝方面采取適當防護措施，進一步提高機載顯示器的三防能力。工藝方面進行三防設計通常是指零組件表面的化學覆層或金屬、非金屬覆層。防銹鋁通常采取化學氧化或陽極氧化處理來達到防護的目的。化學氧化膜除了有較強的耐腐蝕性和吸附能力外，還能導電。陽極氧化膜具有多孔性和絕緣性。不銹鋼通常采用鈍化處理。三防漆的種類很多，性能各異，漆的選用應根據其性能、適用范圍以及產品的外觀要求和實際使用環境而定。機載顯示器的外殼通常采用丙烯酸漆，電路板組合件通常采用聚氨脂漆，這兩種漆具有突出的三防性能，且附著力強，耐熱性高。

為提高鍍層的工藝性，在零件設計過程中，在不影響零件強度和使用功能的前提下，要有足夠的圓角過渡，避免尖角結構設計。

1.4 生產過程中的質量控制

在生產過程中由于工藝方法和操作的不合理會對產品的三防性能產生較大的影響，因此在生產過程中要嚴格按照相關工藝文件的要求執行或操作，同時注意以下幾個問題：

①生產過程中采用的加工工藝不能降低材料本身的三防性能。

②加工過程中零件表面不應有超出規定的劃傷、腐蝕或殘留有腐蝕物等有害物質，零組件在搬運過程中要適當采取防護措施。

③加工、裝配后的零組件需要進行清潔，去除多余物。

④嚴格控制工藝方法的實施過程。例如，機載顯示器外殼噴涂的黑色三防漆要在零組件化學氧化后24h內噴漆。

2 電路板的三防技術措施

各電路板組合件是機載顯示器的核心組件，其三防主要是采取噴涂三防漆（聚氨酯絕緣清漆）的方式，不僅可以提高三防能力，還可以增強元器件抗振、抗沖擊的能力。電路板噴涂三防漆會增加分布電容，會影響精密電路原有的參數和特性，此類問題必須在設計階段考慮。對于機載顯示器的電路設計，經過試驗驗證，三防漆的影響可忽略。

由于機載顯示器調試工作量大，周期長，目前，為避免調試工作中更換元器件對三防漆的影響，噴涂三防漆的工序在產品調試完成后進行，造成電路板組合件噴漆前受污染嚴重，清洗很難徹底，影響漆層噴涂質量。同時，由于部分結構安裝件的遮擋，使個別元器件的焊點處無法得到充分的漆層保護，導致濕熱試驗中電路板組件發生短路現象。在今后的設計和工藝實施過程中，要盡量避免這些不足，提高電路板組合件的可靠性。

3 結束語

從三防設計的理論研究到工程應用，三防設計的內涵發生了很大變化，已從早期單一的工藝防護發展到現在的方案設計、電路設計、結構設計。現在的三防設計是以提高產品的可靠性和環境適應性為目標。可以說，機載顯示器的三防問題是研制過程中的一個重點，也是一個難點，需要從設計、工藝、生產、質量的各個環節進行控制，同時不斷增強員工的三防設計理念，才能使機載顯示器的三防技術得到顯著提高，縮短試驗周期，降低試驗成本，提高我國的經濟效益和軍事效益。