電子設備的三防設計研究

呂春輝 陳穎芳

摘? 要：環(huán)境不僅和人類的生活息息相關，也對各類電子設備的使用壽命和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響，好的三防設計能有效的減少環(huán)境對設備的影響，增加設備的可靠性，提高設備的使用壽命，是電子設備能在各種復雜環(huán)境條件下得以正常運行的基礎。因此，不斷提高電子設備的三防性能和耐受各種惡劣環(huán)境條件的適應性，是電子工業(yè)設計、研制、生產(chǎn)領域亟待解決的技術問題。如何做好三防設計是電子設備設計必須考慮的一個重要環(huán)節(jié)。

關鍵詞：環(huán)境? 電子設備? 三防設計? 電子設備設計

中圖分類號：TN07? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）10（b）-0039-04

Abstract： Environment is not only closely related to human life， but also has an important impact on the service life and stability of all kinds of electronic equipment. A good three-prevention design can effectively reduce the influence of the environment on the equipment. Increase the reliability of equipment and prolong the service life of equipment.It is the basis for the normal operation of electronic equipment under various complex environmental conditions.Therefore，it is an urgent technical problem to continuously improve the three-prevention performance of electronic equipment and its adaptability to various harsh environmental condition in the field of electronic industry design， development and production. How to do a good job in three-prevention design is an important link that should be considered in the design of electronic equipment.

Key Words： Environment; Electroinc equipment; Three-prevention; The design of electroinc equipment

人們把電子設備的防濕熱、防霉菌、防鹽霧腐蝕稱之為三防，三防技術是針對電子設備開展的有關環(huán)境條件、耐環(huán)境設計、工藝防護、試驗技術等方面的試驗研究及其工程應用的一項技術，是電子設備的重要戰(zhàn)術指標之一，也是考核、鑒定產(chǎn)品環(huán)境適應性與可靠性、研究產(chǎn)品故障原因與失效機理、改進和調高產(chǎn)品質量的重要手段。

1? 三防技術研究和解決的主要內容

1.1 環(huán)境條件及其影響

環(huán)境條件是指設備在制造、貯存、運輸和使用中可能遇到的一切外界影響因素。環(huán)境條件包括自然環(huán)境條件和誘發(fā)環(huán)境條件或者兩者的組合。自然環(huán)境是指存在于自然界的條件，如氣象條件、輻射條件等。誘發(fā)條件是指人為的條件，如運輸和裝卸過程的機械沖擊、電磁輻射等。

環(huán)境的分類：按自然氣候分，如潮濕、干熱、濕和、寒冷、高原、海洋等;按產(chǎn)品使用場所分，如室內、室外、艦載、車載、機載等;按產(chǎn)品所處的狀態(tài)分，如運輸、貯存、使用等;按環(huán)境因素的屬性分，如氣候、機械、生物、電磁、特殊介質等。

電子設備在從研制、生產(chǎn)直至報廢的整個壽命周期內，通常要經(jīng)歷裝運、貯存和實際使用三個主要階段，在這三個階段中，設備將經(jīng)歷各種事件，受各種環(huán)境因素的作用，影響產(chǎn)品的性能和可靠性，因此環(huán)境條件是產(chǎn)品結構設計、材料選擇和表面防護等的主要依據(jù)之一。

三防技術研究的首要內容，必須弄清楚環(huán)境條件對研制、運輸、貯存和使用中產(chǎn)品的影響及其規(guī)律，以便提出產(chǎn)品環(huán)境工程管理大綱、耐環(huán)境設計規(guī)范、三防工藝措施、制定出有關設備的環(huán)境條件嚴酷等級。三防考核條件和方法。

1.2 防護技術措施

電子設備工作環(huán)境多種多樣，環(huán)境對設備的影響有單因素的，也有多因素的綜合影響。為滿足電子設備的環(huán)境適應性[1]及技術指標要求，保證產(chǎn)品質量，降低成本，從設計階段開始，在考慮產(chǎn)品電性能、結構、機械強度滿足使用條件的同時，還應考慮腐蝕的防護和控制問題，采取相應的三防技術措施。

電子設備的三防保護措施主要有以下幾個方面：

（1）進行三防結構設計和防護設計。

（2）采用不受溫度、濕度、鹽霧、霉菌等侵蝕的材料和保護層。

（3）采用排除濕氣、冷卻、滅菌燈措施，改善設備的使用環(huán)境。

（4）利用蜜蜂、包裝、表面涂鍍覆等技術，防止腐蝕介質接觸材料表面。

（5）定期檢查維修，在腐蝕作用達到破壞前予以排除。

電子設備的防護技術包括以下幾個方面：

（1）采用耐腐蝕的材料[2]。一般有金屬和非金屬兩類，金屬如鋁合金、鈦合金、合金鋼等，或采用貴金屬鍍覆，如鍍金、鉑等，或采用金屬鈍化或陽極氧化表面，或采用適當?shù)臒崽幚矸椒?，提高材料的耐腐蝕性;非金屬如采用抗霉性材料，必要時可考慮使用防腐劑，采用吸濕性低的材料，選用耐臭氧和光老化的橡膠和彈性體，選用不會發(fā)腐蝕性氣體，并與金屬無接觸腐蝕的材料，同時要注意材料間的相容性。

（2）降低環(huán)境嚴酷程度。抽空或排除空氣污染，或充惰性氣體替代空氣，或利用過濾、干燥等排除濕氣，冷氣設備防止過熱，變質老化，采用緩蝕劑、殺菌劑，防止腐蝕氣氛源，消除塵埃和污染。

（3）保護材料和設備不受環(huán)境影響。表面采用涂鍍覆保護[3]，進行密封設計，采用密封工藝。

（4）防護包裝。合理選擇包裝等級和包裝設計，確定保護種類、包裝方法。如機械防護包裝，防水包裝、防潮包裝、緩沖包裝、防銹包裝和防霉包裝等，選用有效的防銹材料[3]。

2? 三防設計的具體實施過程

2.1 設計階段

根據(jù)電子設備工作平臺以及可能遇到的惡劣環(huán)境，提出三防設計要求;指定三防設計管理工作計劃，明確各個階段應達到的目標;確定三防等級。

任命三防設計師來負責以下任務：

（1）參與設備方案論證并編制三防設計指南。

（2）協(xié)助設計師編制三防設計任務書。

（3）提出三防技術關鍵性課題，協(xié)助計劃部門組織實施。

（4）確保在研制和生產(chǎn)各個階段，貫徹執(zhí)行三防設計指南和三防設計任務書;解決產(chǎn)品研制過程中的三防技術問題。

（5）引進國內外最新三防技術，以及有關新材料、新工藝，組織有關人員進行試驗驗證和實施并將已成熟的新設計、新工藝編制成典型通用設計規(guī)范和典型工藝技術文件。

（6）對產(chǎn)品在使用，維修過程中的防護性能和三防設計及工藝上的缺陷等反饋信息匯總，匯報并提出解決辦法。

建立三防技術協(xié)調組，以利于三防設計管理的分析、決策，及時發(fā)現(xiàn)問題和采取措施。三防技術協(xié)調組由計劃管理人員、電路設計人員、工藝設計人員、三防設計人員、質量保證人員和物資供應人員組成。三防設計師提出三防設計任務書，由電路、結構、工藝、三防設計師和設備負責人共同確定，經(jīng)評審后分解各個步驟，然后下達給課題組、生產(chǎn)、加工現(xiàn)場的工藝人員。

電子設備一般由印制電路板、模塊、零部件和機箱組成。

結構設計師根據(jù)設計任務書的要求，提出需解決的關鍵性課題和新材料、新工藝項目，使三防設計落實到可靠的材料、工藝基礎上，貫徹到產(chǎn)品中;正確的選用材料，采用合理的結構設計和可行的加工工藝，根據(jù)電子設備所處的環(huán)境，選擇正確的有機涂層，確定設備的制造和裝配環(huán)境以及合理周密的產(chǎn)品包裝、運輸和貯存。

2.2 生產(chǎn)加工階段

設備機箱由結構師完成圖紙設計后，由機加工車間進行機箱及其零、部件的生產(chǎn)，然后按照設計任務書要求對機箱進行三防處理，三防處理一般有粉末涂覆和表面氧化處理兩種形式，粉末涂覆的一般流程如下：

表面預處理→水洗、烘干→補平、打磨、除塵→禁噴處保護→噴涂操作→熱固化→撕掉保護紙→檢驗→返工品處理→合格品存放保護。

印制電路板由電路設計師設計完成后，進行生產(chǎn)、裝配，然后由工藝師與電路設計師共同商議確定電路板的三防保護位置（不噴涂區(qū)域），然后由操作人員進行三防保護及噴涂操作，具體過程如圖1所示[4]。

除了機箱和電路板需要進行三防處理，還有些零部件也需要進行三防處理：

對變壓器繞組、線圈進行絕緣浸漬處理，經(jīng)過浸漬處理的繞組提高防潮能力，增加了粘接強度，在沖擊振動時不會產(chǎn)生位移或短路;浸漬的工藝過程如圖2所示。

對變壓器、電子組件等采用環(huán)氧、聚酯、聚氨酯或有機硅等材料進行灌封，灌封后的產(chǎn)品不但提高了防濕熱、防霉菌、防鹽霧腐蝕的能力，而且能夠承受高的沖擊振動等更加苛刻的環(huán)境條件，保證部件的正常工作。灌封[5]的工藝流程如圖3所示。

機箱、電路板及其零、部件通過三防處理后由裝配人員進行電裝和機裝處理，完成電氣連接，再由調試人員完成調試。調試后對整機機箱進行固化，對接插件進行三防處理，接插件的三防處理有圖保護漆、灌封、套防護套以及點高抗撕硅橡膠等措施。

2.3 環(huán)境試驗

環(huán)境試驗是為了考核產(chǎn)品在規(guī)定時間內，規(guī)定環(huán)境因素下，完成規(guī)定功能的可靠性評價活動[6]。

環(huán)境試驗的目的：一是研究各種環(huán)境對設備產(chǎn)生的影響，用以提高產(chǎn)品預期使用環(huán)境的適應性;二是對研究成熟和生產(chǎn)的產(chǎn)品進行鑒定和驗證，以便確定產(chǎn)品對環(huán)境的適應能力。

調試完成的設備通過篩選試驗，來發(fā)現(xiàn)設備的固有缺陷或故障，為修改設計提供依據(jù)，通過模擬實際環(huán)境的高低溫試驗、振動、沖擊以及濕熱、霉菌、鹽霧試驗等來確定設備的環(huán)境適應性和可靠性。

3? 三防設計的評價

三防評價是指通過試驗和檢測等手段對電子設備及材料三防性能進行評估的一項綜合性技術，對提高設備及材料的環(huán)境適應性有極大的促進作用，通過三防評價：可以確定是否達到預計的三防技術要求，比較與其他電子設備或者材料三防性能、質量和工藝的差異;可以發(fā)現(xiàn)缺陷，分析原因，提出改進措施，提高產(chǎn)品的三防性能;可以了解環(huán)境因素對電子設備及材料的影響，腐蝕機理和破壞形式，以確定更加具體的防護類型及措施。

三防設計評價涉及試驗標準、試驗方法、試驗程序、試驗條件、試驗量級、考核指標、評價指標、合格判據(jù)等方面內容。三防設計師根據(jù)設備方案、三防設計任務書以及環(huán)境試驗過程中采集的數(shù)據(jù)來評價三防設計是否滿足設備的需求，如不滿足，找出原因，經(jīng)改進后再進行試驗和評價，如此反復以促使提高電子設備的三防性能。

4? 結語

三防技術是多學科的綜合技術，三防設計的好壞直接影響電子產(chǎn)品的環(huán)境適應性及產(chǎn)品的壽命，合理的進行三防設計可以使產(chǎn)品的故障率降低50%～70%，提升產(chǎn)品的可靠性，增加產(chǎn)品的使用壽命。我們應該在三防設計領域繼續(xù)努力，為電子產(chǎn)品提供更大的保證。

參考文獻

[1] 沈靜華.放入式電子測壓器環(huán)境適應性研究[D].太原：中北大學，2018.

[2] 王麗.電子設備的三防設計[J].展望科技，2017（21）：152-152.

[3] 張俊.光電四框架光電轉塔結構設計[D].成都：電子科技大學，2019.

[4] 王羚薇.軍用電子設備的三防設計[J].電子技術與軟件工程，2020（1）：68-69.

[5] 楊禮迦.電工電子設備的三防技術分析[J].電子世界，2019（4）：188-189.

[6] 程建.環(huán)境試驗過程中產(chǎn)品防護的幾點要點探討[J].環(huán)境技術，2017（4）：12-14.