標準電子模塊耐腐蝕設計與制備方法研究

胡國高

（中國電子科技集團公司第十研究所，成都 610036）

引言

近年來，隨著武器裝備和電子技術的發展，模塊綜合化的電子裝備越來越廣泛地應用在各種軍事平臺上，其中艦載設備的環境適應性要求很高[1-4]，基于傳統的結構設計形式及制備工藝技術無法滿足型號的環境適應性要求，在型號的環境適應性摸底試驗以及其它類似型號的鑒定試驗結果中也暴露出基于傳統設計與制備方法的裝備環境適應能力不足的問題，問題涉及基材腐蝕、導電橡膠條腐蝕導致電磁屏蔽效能降低乃至失效、防護層失效，不能按GJB 150A.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11部分:鹽霧試驗》的要求通過192 h的中性鹽霧試驗或96 h的酸性鹽霧試驗。目前常用外表面涂料涂覆實現電子設備防腐蝕設計以滿足產品耐海洋環境適應性要求。但涂料涂覆使用過程中易被劃傷和局部破壞導致基材或功能性鍍層裸露使其防護效能下降等問題；因此，必須開展可靠性更高、適用海洋環境的抗腐蝕標準電子模塊的設計與制備方法。

1 材料選型設計

材料選擇方面，為提高標準電子模塊的耐蝕性，屏蔽殼體、蓋板等結構件均采用防銹鋁5A06，銘牌采用鋁合金1060，鎖緊起拔機構和標準螺紋緊固件均采用不銹鋼316，印制板采用玻璃纖維環氧樹脂覆銅板FR-4。

2 標準電子模塊結構設計

為了解決標準電子模塊在高濕、高熱、高鹽霧海洋環境下抗腐蝕、電磁屏蔽性能不下降與抗腐蝕矛盾等問題，降低導電密封橡膠圈腐蝕失效風險，本研究提供一種方法簡便，能夠提高抗腐蝕能力、維持電磁屏蔽效能和長期工作可靠性高的標準電子模塊制備制造加工方法，以解決現有技術問題的不足。

結構外形設計方面，結合航空綜合化電子設備特點，各個承制單位按照標準電子模塊統一封裝要求采用LRM模塊結構設計形式，局部采用防積水結構設計形式。模塊通過雙峰密封條實現整體密封，隔絕外部環境，利用雙峰密封條既能隔絕外部海洋腐蝕大氣環境對內部電子線路、器件等的侵蝕，又能將屏蔽盒體與蓋板聯成密閉完整的金屬屏蔽腔體，保證內部電子組件不受外界電磁干擾和對外產生電磁干擾，滿足模塊的電磁兼容性要求。

3 制備方法

標準電子模塊的制備工藝流程見圖2。

圖2 標準電子模塊的制備工藝流程

標準電子模塊的詳細制備工藝流程如下：

1）首先對作為標準電子模塊的主體結構件屏蔽殼體進行數控銑削成型或一體化精密鑄造成型，特別需要保證鑲嵌雙峰密封條的屏蔽槽加工精度。

2）然后依據銘牌設計要求采用鋁合金1060化學腐蝕成型，底色為黑色，字符為白色，完成以后字符面噴涂三防清漆。

3）對屏蔽殼體和蓋板等主要結構件進行彩虹色導電氧化處理，再利用表面處理保護工藝裝備和保護劑對屏蔽盒體和蓋板進行局部保護，保護完成后進行局部微弧氧化處理。

4）對完成貼片的印制電路板進行三防漆涂覆，將三防合格后的印制電路板機械裝配在屏蔽殼體內部，接著依據電路接線圖完成電裝接線，對焊點進行三防漆涂覆。

5）在電性能測試合格后將雙峰密封條安裝在屏蔽殼體或蓋板的密封槽內，標準螺紋緊固件采用濕裝配把蓋板裝配上，標準電子模塊完成制備。

4 試驗和應用驗證

4.1 試驗驗證

2018年9月，對根據本設計方案制備的模塊進行了環境試驗，按照GJB 150A.11A-2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11部分:鹽霧試驗》要求完成了192 h的酸性鹽霧試驗，試驗后樣品外觀檢查無異常，說明模塊通過了GJB 150A.11A鹽霧試驗。試驗模塊和報告結論如圖3所示。

圖3 試驗模塊和報告結論

4.2 應用驗證

圖1 標準電子模塊耐海洋環境腐蝕的結構設計形式

在通過環境試驗驗證后，根據本設計方案制備的模塊已應用于某型海軍直升機、某型偵察機等機載平臺，經過近兩年來的實際使用，模塊未出現腐蝕或電磁屏蔽相關的問題，說明目前本設計制備方法可行可靠。

5 主要技術點

5.1 材料選擇

為提高標準電子模塊的耐候性可靠性，密封采用外圈硅橡膠材質內圈導電橡膠的一體化雙峰密封條。其中，外圈硅橡膠部分阻止腐蝕介質浸入設備內部，內圈導電橡膠部分與結構屏蔽金屬殼體組成一個有效電磁屏蔽體，達到電磁評屏蔽要求；模塊加工組裝性能良好，防護能力較強。

5.2 表面處理加工

表面處理加工方面，所有表面均導電氧化處理形成導電氧化膜，再通過保護工裝對產品零部件進行微弧氧化前處理保護，能夠保證微弧氧化處理過程中不會產生移動。裝夾保護好后在雙極性微弧氧化電解液池中進行微弧氧化處理，在產品局部形成抗腐蝕性良好的微弧氧化膜層，達到耐海洋環境使用要求；最后將表面處理好的產品依據外觀裝飾要素涂覆相應顏色的氟聚氨酯磁漆完成表面涂覆。

6 技術優勢

6.1 可靠性優勢

基于標準電子模塊的抗腐蝕模塊，材質為防銹鋁和雙峰密封條（硅橡膠+導電橡膠），兩者材質性能非常穩定，兩者間電位差小，基本無電偶腐蝕風險，具有長期工作可靠性；結構形式上采用雙峰密封條實現模塊密封設計，既能防止腐蝕介質進入模塊對內部電子電路造成腐蝕影響失效，又能形成內部電子電路接地回路，滿足標準電子模塊電磁屏蔽要求，大大提升了模塊的耐海洋環境適應能力和不降低產品電磁屏蔽效能，因此采用該種設計實現的標準電子模塊具有卓越的長期工作可靠性。

6.2 防護綜合性優勢

標準電子模塊由屏蔽盒體和屏蔽蓋板通過雙峰密封條（外圈硅橡膠條）形成一個防腐蝕密封閉環回路，隔絕腐蝕介質與模塊內部電子電路及功能器件接觸，大幅提高了標準電子模塊的耐腐蝕能力。同時，以雙峰密封條安裝槽為界，安裝槽以外所有表面均采用耐腐蝕性能良好的微弧氧化處理，最后進行耐海洋環境裝飾性涂料涂覆以滿足產品外觀顏色要求。通過微弧氧化+耐海洋環境涂料涂覆雙重防護措施下，解決了產品使用過程中易導致裝飾性涂料局部損傷后其耐蝕性不足的問題，大大提高了其耐蝕性。

6.3 成本優勢

標準電子模塊采用成熟度很高的設計和加工實現方法，精度設計合理且經濟，制備工藝流程不復雜，加工裝配無需繁瑣的前處理和后處理，難度不大，可自動化裝配，大批量制造成本不高，適合于大批量生產。

6.4 適用范圍優勢

傳統的LRM模塊通常是通過噴涂裝飾性耐腐蝕涂料進行外表面防腐，其環境適用范圍有限，通常執行一次任務后就需要檢查外部裝飾耐蝕性涂層是否被破壞，及時修補避免出現腐蝕；傳統的LRM模塊很少進行密封設計，即使密封設計也只考慮采用傳統橡膠密封條或導電橡膠條進行單一功能，不能兼顧耐腐蝕和電磁屏蔽的功能要求，如需實現耐腐蝕性能和電磁屏蔽效能要求就需要開展更復雜的結構設計；耐海洋環境抗腐蝕標準電子模塊可以隨裝備平臺（如艦船、飛機、衛星、地面站等）檢修保養要求一起進行維修保養，消除了每次任務執行前的檢修保養，縮短了任務執行準備時間，同時以雙峰密封條為界面的內部密封區域通過彩虹色導電氧化與屏蔽腔體形成導電回路實現電磁屏蔽，外部區域通過局部微弧氧化+耐腐蝕性涂料涂覆與模塊腔體形成腐蝕防護完整回路實現抗腐蝕功能要求。

7 結論

本文對耐海洋環境的標準電子模塊防護設計進行了研究，通過結構設計、材料及表面處理方式選擇、制備工藝流程設計，成功制備了耐海洋環境的標準電子模塊，經鹽霧（pH值=3.5±0.5）試驗驗證滿足耐海洋環境適應性要求，取得了較為理想的使用效果。相較于傳統的LRM模塊，耐海洋環境的標準電子模塊在可靠性、成本、防護綜合性（耐腐蝕性+電磁屏蔽效能）、適用環境等方面均有明顯優勢。