電子設(shè)備島礁環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

葉姍

（四川九洲空管科技有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000）

島礁環(huán)境往往是高溫、高濕、高含鹽量、強(qiáng)風(fēng)、暴雨、強(qiáng)烈陽光輻射條件同時(shí)存在，并且相互作用和相互影響，對其電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)提出了更高的要求。如果要讓電子設(shè)備長期可靠工作，首先，要進(jìn)行有針對性的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。本文主要對島礁環(huán)境電子設(shè)備提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用、金屬鍍層與化學(xué)覆蓋層的選用、元器件的選用、熱設(shè)計(jì)、三防處理等一系列處理措施，通過實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)情況及外場環(huán)境使用情況，驗(yàn)證了該電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是成功、有效的。

1 環(huán)境要求

島礁環(huán)境具有高溫、高濕、高含鹽量、強(qiáng)風(fēng)、暴雨、強(qiáng)烈陽光輻射等特點(diǎn)，對電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求較高。

2 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)措施

為了適應(yīng)島礁地區(qū)高溫、高濕、高含鹽量、強(qiáng)風(fēng)、暴雨、強(qiáng)烈陽光輻射的氣候特點(diǎn)以及特有的地理環(huán)境，保證電子設(shè)備壽命和可靠性，島礁電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)措施主要如下：（1）采取改善環(huán)境或減緩環(huán)境影響的措施，采用環(huán)境控制系統(tǒng)對電子設(shè)備進(jìn)行環(huán)境防護(hù)；（2）選用耐環(huán)境能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)、材料、元器件。針對島礁的環(huán)境特征和設(shè)備特點(diǎn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、耐腐材料選擇，按GJB3404-1988《電子元器件選用管理要求》，選用耐環(huán)境能力強(qiáng)的元器件；（3）采用涂鍍層，密封設(shè)計(jì)等措施進(jìn)行防腐蝕、防鹽霧、防潮濕等。

3 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電子設(shè)備關(guān)鍵部位采用密閉結(jié)構(gòu)或防護(hù)罩設(shè)計(jì)，并配備適當(dāng)環(huán)控系統(tǒng)，隔離或減少氧、水、鹽（電解質(zhì)）和高溫等環(huán)境因素對設(shè)備的損壞，提高防鹽霧、防潮濕、防霉菌、防高溫等能力。結(jié)構(gòu)形式是一種先天性缺陷，很難在以后彌補(bǔ)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要考慮所采用的材料和結(jié)構(gòu)形式，還必須有表面處理等工藝技術(shù)的支持。結(jié)構(gòu)三防設(shè)計(jì)的基本原則是：不會積水藏灰，沒有縫隙尖角；結(jié)構(gòu)簡潔順暢，防護(hù)處理有方。

大多數(shù)的腐蝕問題都能通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來避免。具體設(shè)計(jì)如下：

（1）設(shè)計(jì)中減少鉚接、點(diǎn)焊、螺紋緊固等結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)槿暨@些結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的縫隙足以使水等介質(zhì)進(jìn)入并能儲留其中，就能產(chǎn)生縫隙腐蝕。縫隙腐蝕一旦產(chǎn)生將很難根治，并且會逐漸加強(qiáng)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和使用壽命。

（2）異種金屬接觸時(shí)，應(yīng)盡量選擇電位差小于0.25V的異種金屬。因?yàn)橐坏﹥煞N金屬電位差大于0.25V，電偶腐蝕將非常顯著。

（3）避免積水結(jié)構(gòu)。設(shè)備外形應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)?shù)膬A斜，在可能積水或保存濕氣的空間開設(shè)排水和排水孔，并避免凹凸不平的表面。

（4）在可能產(chǎn)生腐蝕開裂的情況下，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣硐齼?nèi)應(yīng)力，并注意避免應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)形式。

（5）在容易發(fā)生腐蝕和最大腐蝕部位加大結(jié)構(gòu)尺寸，通常稱為“腐蝕裕度，一般取預(yù)期壽命所需量的兩倍。

（6）對于易受腐蝕損壞而必須經(jīng)常維護(hù)和更換的零件，應(yīng)從結(jié)構(gòu)上保證易于維修、更換。

3.2 材料的選用

（1）概述。在選用材料時(shí)，可以按照以下幾方面進(jìn)行選擇：①選用經(jīng)過鑒定、認(rèn)證并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用可靠的材料；②根據(jù)抗惡劣環(huán)境的要求，選用耐腐蝕材料，緊固件全部選用不銹鋼；③不同金屬相互接觸時(shí)，選用電化偶相容的材料，盡量避免因不同電位的金屬材料相接觸而引起的電化學(xué)腐蝕，或在金屬間用非金屬材料隔開；④非金屬材料按GJB/Z80-1996《電設(shè)備生物、應(yīng)力腐蝕防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求》中第5章的規(guī)定及相關(guān)使用要求選用耐高、低溫性能好，吸濕性低，透濕性小，抗霉菌性能好，具有所需的機(jī)械強(qiáng)度、絕緣強(qiáng)度、阻燃性能的材料，電絕緣材料根據(jù)使用條件的要求，選用陶瓷、環(huán)氧酚醛玻璃布板、云母板、絕緣漆等材料；⑤印制板選用高絕緣、耐熱、無毒、不易變形、剛度高的材料，單、雙、多層印制板符合GJB362B-2009《剛性印制板總規(guī)范》中第3章的規(guī)定。

（2）金屬材料選擇。電子設(shè)備結(jié)構(gòu)件材料優(yōu)選經(jīng)過“三防”試驗(yàn)驗(yàn)證的耐腐蝕性能好、耐候性好、加工性好的防銹鋁合金（如5A06、3A21）；螺釘、平墊墊圈等緊固件選用不銹鋼材料。

（3）非金屬材料的選擇。電子設(shè)備中的非金屬材料也占很大一部分，它們可作為介質(zhì)、絕緣材料或用來防護(hù)和隔離作用的涂料等。非金屬材料優(yōu)選抗鹽霧性好、吸濕性低、耐老化性好、性能穩(wěn)定的材料（如聚烯烴熱縮管、環(huán)氧覆銅玻纖板、聚四氟乙烯覆銅玻纖板、導(dǎo)熱硅脂、705硅橡膠、聚氨脂漆和清漆、彈性有機(jī)硅樹脂漆等）。

3.3 金屬鍍層與化學(xué)覆蓋層的選擇

表面鍍涂的選用推薦如下：

（1）鋼件優(yōu)選鍍鋅后鈍化成彩虹色（鍍鋅厚度30um）或多層光亮鍍鎳或多層全光亮鍍鉻或達(dá)克羅鍍鋅鋁涂層的電鍍涂覆。

（2）鋁和鋁合金件優(yōu)選電化學(xué)氧化（或著黑色）或電化學(xué)氧化后鉻酸鹽封閉或電化學(xué)氧化后鉻酸鹽封閉的電鍍涂覆。

（3）銅件優(yōu)選亮鍍鎳或鍍銀后黑化或鍍銀后涂保護(hù)液或鍍金后涂保護(hù)液的電鍍涂覆。

（4）印制板組件調(diào)試完成后噴三防漆以保護(hù)表面；整個分機(jī)調(diào)試完成后，優(yōu)選噴三防漆進(jìn)行三防處理（導(dǎo)電部位和安裝表面除外）；如不采用整體噴三防漆的方法，則需保證內(nèi)部部件、模塊、電纜、插頭、插座等組件滿足三防要求。

（5）金屬鍍覆和化學(xué)鍍覆工藝質(zhì)量控制符合GJB480A-1995《金屬鍍覆和化學(xué)鍍覆工藝質(zhì)量控制要求》中第5章的規(guī)定。

3.4 元器件的選用

元器件選擇按總體元器件優(yōu)選目錄，同時(shí)，兼顧在其他型號工程中得到驗(yàn)證的可靠性高、質(zhì)量穩(wěn)定的元器件，其技術(shù)性能、質(zhì)量可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等均可滿足環(huán)境適應(yīng)性的要求，并留有一定的余量。通過詳細(xì)設(shè)計(jì)分析和計(jì)算，按GJB/Z35-1993《元器件降額準(zhǔn)則》的要求對工作參數(shù)留有余量，對外接口電路增加防瞬態(tài)應(yīng)力保護(hù)設(shè)計(jì)。電子設(shè)備的連接器選用不銹鋼材料底座的連接器。

3.5 熱設(shè)計(jì)

為了提高元器件的熱環(huán)境下的可靠性，在發(fā)熱量大的模塊上加裝散熱條，并使發(fā)熱量大的元器件盡量緊貼散熱條，以降低元器件的溫度。同時(shí)，合理布置元器件和模塊，將發(fā)熱量大的元器件分散布局，大功率發(fā)熱的模塊緊靠機(jī)箱邊布置。

電源中使用的大功率場效應(yīng)管，安裝在散熱片上，增加輻射散熱效果，有效地降低了管殼的溫度。

3.6 三防處理

（1）結(jié)構(gòu)件的防護(hù)處理。為了經(jīng)受住島礁環(huán)境的考驗(yàn)，設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)表面處理的可靠性，使涂覆層具備長效功能。根據(jù)已掌握的完整、可靠的表面處理工藝技術(shù)，采用長效防蝕技術(shù)為基礎(chǔ)，現(xiàn)場三防技術(shù)為補(bǔ)充的處理原則，對零部件進(jìn)行完整的涂覆，并對關(guān)鍵、重要的部件進(jìn)行局部密封保護(hù)。電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)件采用防銹鋁，防銹鋁的耐蝕等級為一級，年腐蝕率小于0.001mm/年，防銹鋁經(jīng)導(dǎo)電氧化或陽極氧化后除接地處外，噴涂耐候性好的氟碳漆，接地處噴涂TL-2，使用年限可達(dá)30年以上。

（2）印制板組件的防護(hù)處理。印制電路板組件組裝調(diào)試合格后，BGA類器件在噴涂三防漆之前用可剝離阻焊膜對四周進(jìn)行密封，防止BGA類器件下面焊點(diǎn)的腐蝕；再對印制板組件噴涂DC1－2577，提高印制電路板組件在惡劣環(huán)境中的 三防 性能；印制板上連接器的焊點(diǎn)采用硅膠密封，防止焊點(diǎn)的腐蝕，又可防止在潮濕環(huán)境下的打火現(xiàn)象。

（3）緊固件的防護(hù)處理。所有緊固件（含自制螺釘、螺母、外購件等）均選用不銹鋼件，表面浸涂TL-2保護(hù)劑，提高其防潮、耐蝕能力，使用年限可達(dá)30年以上。

（4）電接插件防護(hù)處理。電接插件插頭殼體金屬表面浸涂S01－20，插座、插頭的插針浸涂電接觸保護(hù)劑DJB－823，提高其 三防 性能。

（5）電纜附件的防護(hù)處理。密封和半密封插頭電纜的連接處，使用熱縮套管進(jìn)行密封防護(hù)處理，提高其電纜附件的“三防”性能。

4 環(huán)境適應(yīng)性評估

4.1 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)情況

電子設(shè)備生產(chǎn)后，針對該電子設(shè)備運(yùn)用的島礁環(huán)境，結(jié)合GJB150A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》的要求，進(jìn)行了高溫、高濕、鹽霧、霉菌等試驗(yàn)，整個試驗(yàn)過程未出現(xiàn)任何問題，滿足電子設(shè)備的島礁環(huán)境使用要求。

4.2 外場環(huán)境使用情況

上述環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方案已經(jīng)成功地應(yīng)用在一系列島礁環(huán)境電子設(shè)備上，如海用環(huán)境的山海關(guān)雷達(dá)站、遼寧丹東雷達(dá)站、廣東汕頭雷達(dá)站、島礁環(huán)境的多個島嶼、整個使用過程中功能性能穩(wěn)定。

5 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)情況及外場環(huán)境使用情況表明：該電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)完全滿足島礁環(huán)境條件的使用要求，其環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是成功、有效的。