機(jī)載顯示器的三防設(shè)計(jì)

李素平++豐新龍

摘 要：環(huán)境因素影響著機(jī)載顯示器的穩(wěn)定性和可靠性，因此環(huán)境因素是機(jī)載顯示器在使用、運(yùn)輸和存儲(chǔ)中考慮的重要因素。針對(duì)機(jī)載顯示器在三防方面存在的問(wèn)題及面臨的諸多失效形式，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝防護(hù)技術(shù)及電路板組合件的防護(hù)技術(shù)等方面進(jìn)行分析，對(duì)提高機(jī)載顯示器三防能力進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：三防；結(jié)構(gòu)；工藝

中圖分類號(hào)： TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）11-148-2

0 引言

機(jī)載顯示器對(duì)各類環(huán)境條件反應(yīng)敏感，尤其是潮濕、鹽霧、霉菌。目前，在機(jī)載顯示器的使用和三防試驗(yàn)過(guò)程中暴露出各式各樣的問(wèn)題，其中很多產(chǎn)品無(wú)法順利通過(guò)GJB150或GJB150A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》要求的三防試驗(yàn)，出現(xiàn)材料腐蝕、鍍層腐蝕以及產(chǎn)品部分性能失效的現(xiàn)象。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)南海海域環(huán)境條件下，軍用電子設(shè)備的故障中80%與海洋環(huán)境因素有關(guān)。可見(jiàn)，航空產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性極大地影響著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三防措施

三防技術(shù)已不單純是一項(xiàng)工藝技術(shù)，而是一個(gè)綜合性的概念，涉及到電路、結(jié)構(gòu)、工藝和質(zhì)量管理等諸多方面。可以說(shuō)，機(jī)載顯示器的三防性能是設(shè)計(jì)和制造出來(lái)的，要提高三防能力，必須從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案階段開(kāi)始就注入三防設(shè)計(jì)的概念。三防設(shè)計(jì)概念的注入，可以保證產(chǎn)品從零部件到整機(jī)都具有環(huán)境適應(yīng)性。三防工藝可以彌補(bǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中在三防方面的不足或難以避免的問(wèn)題，提高產(chǎn)品抵抗環(huán)境變化的能力。

1.1 材料的選擇及防護(hù)

和其它航空產(chǎn)品一樣，材料選擇是機(jī)載顯示器三防設(shè)計(jì)過(guò)程的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)盡可能選用耐腐蝕性好的金屬材料和不長(zhǎng)霉菌又耐老化的非金屬材料。同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)因素，機(jī)載顯示器的金屬材料優(yōu)先選用防銹鋁（5A06）和不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）。例圖，碳鋼零件在沒(méi)有鍍層的情況下三防性能特別差，不適合用于航空產(chǎn)品。近年來(lái)，機(jī)載顯示器正朝著輕型化方向發(fā)展，在今后的設(shè)計(jì)中，產(chǎn)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(wèn)題。

在正確、合理地選用材料的同時(shí)，還應(yīng)通過(guò)對(duì)材料輔以適當(dāng)?shù)墓に嚪雷o(hù)措施以提高材料耐環(huán)境變化的能力，如通過(guò)涂覆鍍層（金屬層或非金屬層）。選用材料時(shí)，還應(yīng)了解材料的相容性問(wèn)題，掌握材料的腐蝕機(jī)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(jù)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(yàn)過(guò)程中發(fā)生電化學(xué)腐蝕，產(chǎn)生氧化鋁，因此不銹鋼材料一定要經(jīng)過(guò)鈍化或電拋光處理。

設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選用同一種金屬材料，或者選用電位相近的材料，因?yàn)閮煞N材料的電位差越大，腐蝕越嚴(yán)重。鍍層損傷后也會(huì)發(fā)生腐蝕。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇同等重要，多數(shù)三防問(wèn)題都能通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)避免。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

1.2.1 要避免積水

產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及外形應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，減少孔、槽設(shè)計(jì)，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(wèn)題。若無(wú)法合理設(shè)計(jì)排氣排水措施，一定要注意電路板的安裝方向和導(dǎo)線束的防護(hù)。如圖1所示，導(dǎo)光板上的導(dǎo)線束通過(guò)液晶屏下方與殼體之間的間隙插合到電路板上，濕熱試驗(yàn)過(guò)程中液晶屏下方與殼體之間容易積水，導(dǎo)致導(dǎo)線束與電路板之間的接插件發(fā)生短路，產(chǎn)品部分功能喪失。為避免此類問(wèn)題發(fā)生，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就應(yīng)當(dāng)注意導(dǎo)線束位置，可以選擇通過(guò)從液晶屏側(cè)面或上方與殼體之間的間隙插合到電路板，同時(shí)電路板上的接插件相應(yīng)的調(diào)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(yōu)先選用鈑金結(jié)構(gòu)或一體式結(jié)構(gòu)形式，減少零件和接縫數(shù)量，同時(shí)在縫隙處加以密封處理（加密封橡膠條）。一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)也便于裝配和維修。

1.2.3 異種金屬接觸時(shí)應(yīng)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(shí)，應(yīng)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(shí)應(yīng)考慮兼顧電磁兼容性要求。

1.2.4 盡可能避免引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)形式

盡可能避免引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)形式，防止產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕而導(dǎo)致裂開(kāi)。對(duì)于由于應(yīng)力集中而需要經(jīng)常維護(hù)或更換的零組件，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)保證易于維修和更換。

1.3 工藝設(shè)計(jì)

除了從材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采取措施，還應(yīng)從工藝方面采取適當(dāng)防護(hù)措施，進(jìn)一步提高機(jī)載顯示器的三防能力。工藝方面進(jìn)行三防設(shè)計(jì)通常是指零組件表面的化學(xué)覆層或金屬、非金屬覆層。防銹鋁通常采取化學(xué)氧化或陽(yáng)極氧化處理來(lái)達(dá)到防護(hù)的目的?；瘜W(xué)氧化膜除了有較強(qiáng)的耐腐蝕性和吸附能力外，還能導(dǎo)電。陽(yáng)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(yīng)根據(jù)其性能、適用范圍以及產(chǎn)品的外觀要求和實(shí)際使用環(huán)境而定。機(jī)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(qiáng)，耐熱性高。

為提高鍍層的工藝性，在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，在不影響零件強(qiáng)度和使用功能的前提下，要有足夠的圓角過(guò)渡，避免尖角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.4 生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制

在生產(chǎn)過(guò)程中由于工藝方法和操作的不合理會(huì)對(duì)產(chǎn)品的三防性能產(chǎn)生較大的影響，因此在生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格按照相關(guān)工藝文件的要求執(zhí)行或操作，同時(shí)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

①生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中零件表面不應(yīng)有超出規(guī)定的劃傷、腐蝕或殘留有腐蝕物等有害物質(zhì)，零組件在搬運(yùn)過(guò)程中要適當(dāng)采取防護(hù)措施。

③加工、裝配后的零組件需要進(jìn)行清潔，去除多余物。

④嚴(yán)格控制工藝方法的實(shí)施過(guò)程。例如，機(jī)載顯示器外殼噴涂的黑色三防漆要在零組件化學(xué)氧化后24h內(nèi)噴漆。

2 電路板的三防技術(shù)措施

各電路板組合件是機(jī)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(qiáng)元器件抗振、抗沖擊的能力。電路板噴涂三防漆會(huì)增加分布電容，會(huì)影響精密電路原有的參數(shù)和特性，此類問(wèn)題必須在設(shè)計(jì)階段考慮。對(duì)于機(jī)載顯示器的電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，三防漆的影響可忽略。

由于機(jī)載顯示器調(diào)試工作量大，周期長(zhǎng)，目前，為避免調(diào)試工作中更換元器件對(duì)三防漆的影響，噴涂三防漆的工序在產(chǎn)品調(diào)試完成后進(jìn)行，造成電路板組合件噴漆前受污染嚴(yán)重，清洗很難徹底，影響漆層噴涂質(zhì)量。同時(shí)，由于部分結(jié)構(gòu)安裝件的遮擋，使個(gè)別元器件的焊點(diǎn)處無(wú)法得到充分的漆層保護(hù)，導(dǎo)致濕熱試驗(yàn)中電路板組件發(fā)生短路現(xiàn)象。在今后的設(shè)計(jì)和工藝實(shí)施過(guò)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(jié)束語(yǔ)

從三防設(shè)計(jì)的理論研究到工程應(yīng)用，三防設(shè)計(jì)的內(nèi)涵發(fā)生了很大變化，已從早期單一的工藝防護(hù)發(fā)展到現(xiàn)在的方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在的三防設(shè)計(jì)是以提高產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性為目標(biāo)?？梢哉f(shuō)，機(jī)載顯示器的三防問(wèn)題是研制過(guò)程中的一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，需要從設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，同時(shí)不斷增強(qiáng)員工的三防設(shè)計(jì)理念，才能使機(jī)載顯示器的三防技術(shù)得到顯著提高，縮短試驗(yàn)周期，降低試驗(yàn)成本，提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。