加固電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉鵬飛

(山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司研發(fā)中心系統(tǒng)工程研究所，山西 太原 030024)

電子設(shè)備加固通常包括電磁兼容加固,抗振動(dòng)沖擊加固，抗高低溫和三防(防霉菌、防潮濕、防鹽霧)加固等。對(duì)電子設(shè)備的加固主要取決于具體的使用場(chǎng)景。

1 電磁兼容性加固

在了解電子設(shè)備的干擾源、被干擾對(duì)象、干擾途徑的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施抑制干擾源，消除干擾途徑，提高抗干擾能力，以滿足電磁兼容性要求。

1.1 屏蔽措施

常用金屬和其他導(dǎo)電材料制造成密閉箱體形成屏蔽體，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽。大部分電磁兼容問題都可以通過此方法解決[1]。

1.2 常用材料

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮到金屬材料的機(jī)械特性和加工條件等因素，通常采用鋼板、鋁板或銅板。加固電子設(shè)備常采用鋁合金，因其導(dǎo)電性好且質(zhì)輕，強(qiáng)度高不易變形，銑削加工精度高。

對(duì)于用金屬材料制造的屏蔽體，在電磁屏蔽設(shè)計(jì)中都存在縫隙問題。透過孔縫的電磁泄露使電磁屏蔽效能減小最為嚴(yán)重。

1.3 孔縫的屏蔽

箱體的孔縫是影響屏蔽完整性的主要因素。實(shí)際生產(chǎn)過程中，箱體上的開關(guān)、插座等安裝孔和箱體接合處的縫隙都會(huì)造成箱體屏蔽的不完整性。改善這些孔縫的導(dǎo)電連續(xù)性在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。

1.3.1 孔的屏蔽

在對(duì)沒有翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的加固顯示器、加固主機(jī)等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于箱體上的開關(guān)、插座等安裝孔在箱體噴漆時(shí)對(duì)安裝孔周邊進(jìn)行絕緣處理，在安裝開關(guān)、插座等電器件時(shí)要在電器件與箱體之間加導(dǎo)電橡膠墊,保證箱體的屏蔽完整性。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 安裝孔屏蔽示意圖

在對(duì)有翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的顯示模塊、筆記本等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了上述對(duì)電器件安裝孔的處理外，還需要對(duì)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)部分的過線孔進(jìn)行屏蔽處理。首先線纜要用金屬防波套包裹，用金屬結(jié)構(gòu)件固定到過線孔的相應(yīng)位置，安裝完成后需保證箱體接合面的平整度。然后線纜與箱體之間的縫隙要用導(dǎo)電硅橡膠(導(dǎo)電硅橡膠固化后富有彈性，不易脫落后續(xù)不會(huì)對(duì)箱體內(nèi)部電路造成影響)進(jìn)行填充。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 過線孔屏蔽示意圖

箱體外部的線纜要在金屬防波套外包裹導(dǎo)電屏蔽布，減少防波套上孔縫的影響。最后用絕緣防水自粘帶對(duì)外部線纜進(jìn)行加固，防止屏蔽布脫落。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 外部線纜屏蔽示意圖

1.3.2 縫的屏蔽

加固顯示器、主機(jī)、筆記本等箱體的接縫處理方式一樣。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要滿足以下要求：1) 增加接縫處箱體的接觸面積；2) 設(shè)計(jì)止口；3) 接觸面加入導(dǎo)電膠條或金屬絲硅膠墊，實(shí)現(xiàn)縫的電磁屏蔽。具體結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。

圖4 接縫屏蔽設(shè)計(jì)

1.4 顯示窗口的屏蔽

箱體的顯示窗口是電磁屏蔽的薄弱環(huán)節(jié)。顯示窗口一般使用鍍膜屏蔽玻璃或者絲網(wǎng)屏蔽玻璃。鍍膜屏蔽玻璃透光率高，屏蔽效能較低；絲網(wǎng)屏蔽玻璃透光率低，屏蔽效能高。兩者安裝方式也不同，鍍膜屏蔽玻璃在安裝時(shí)需用銅箔把玻璃導(dǎo)電面與箱體搭接，以保證玻璃與箱體的屏蔽完整性；絲網(wǎng)屏蔽玻璃在安裝時(shí)需用導(dǎo)電橡膠條把玻璃四周的絲網(wǎng)裙邊固定到顯示窗口周邊的導(dǎo)電槽中，為了確保屏蔽的完整性可以使用兩道導(dǎo)電槽并用壓框固定玻璃和絲網(wǎng)裙邊。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)設(shè)備的具體要求，選擇合適的屏蔽玻璃。具體結(jié)構(gòu)組成如圖5、6所示。

圖5 鍍膜玻璃安裝示意圖

圖6 絲網(wǎng)玻璃安裝示意圖

1.5 濾波屏蔽

為了防止電磁干擾信號(hào)通過電源線傳導(dǎo)和發(fā)射，在電源輸入端安裝濾波器。電源輸入端的電纜與箱體的轉(zhuǎn)接處采用屏蔽航空插座，必要時(shí)可在電纜上加裝磁環(huán)。這樣處理可以減少經(jīng)電源線傳入的電磁干擾，達(dá)到良好的屏蔽效果。

1.6 接地

接地是電子設(shè)備正常工作的基本技術(shù)要求之一，也是電磁兼容性能高低的關(guān)鍵因素。良好的接地是改善設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容性能的一種有效而經(jīng)濟(jì)的方案。

不同類別的信號(hào)線避免混雜接在一個(gè)連接頭上，宜按類別分類并接地隔離。電纜都要包裹金屬防波套進(jìn)行屏蔽隔離，且屏蔽層要分別接地。各種信號(hào)源和放大器等易受電磁干擾的電路應(yīng)安裝屏蔽罩。

2 抗振動(dòng)沖擊加固

加固電子設(shè)備工作環(huán)境惡劣，其工作環(huán)境條件包括機(jī)械振動(dòng)、沖擊、搖擺、顛振等，其中危害最大的就是振動(dòng)和沖擊。為了保證設(shè)備可靠性，必須在設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)備的抗振動(dòng)、沖擊加固，使其適應(yīng)工作環(huán)境。

在進(jìn)行電子設(shè)備的抗振動(dòng)沖擊設(shè)計(jì)時(shí)主要采用結(jié)構(gòu)的剛性化設(shè)計(jì)，通過提高對(duì)振動(dòng)敏感的器件的固有頻率來增強(qiáng)其抗振動(dòng)沖擊的能力[2]，主要包括：

1) 箱體采用鋁合金制造，剛度大，從而提高固有頻率；

2) 對(duì)液晶屏模塊單獨(dú)進(jìn)行隔振緩沖設(shè)計(jì)；

3) 對(duì)于控制板卡，通過增加安裝孔數(shù)量，合理布局，提高抗振動(dòng)沖擊能力；

4) 箱體內(nèi)的電纜，要合理設(shè)計(jì)走線并進(jìn)行捆扎固定。

2.1 液晶屏模塊隔振緩沖設(shè)計(jì)

液晶屏是大而薄的片式結(jié)構(gòu)，對(duì)振動(dòng)很敏感，是加固設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。對(duì)液晶屏一般采用剛度強(qiáng)化和隔振緩沖設(shè)計(jì)。剛度強(qiáng)化主要是將液晶屏通過剛性連接固定在鋁合金制成的減振框內(nèi)，提高液晶屏的固有頻率，從而增強(qiáng)抗振動(dòng)沖擊的能力。隔振緩沖設(shè)計(jì)是在液晶屏模塊與箱體面板間加裝一圈緩振材料，同時(shí)能起到密封作用，保證顯示區(qū)域的潔凈。緩振材料一般采用導(dǎo)熱膠墊或橡膠墊。具體結(jié)構(gòu)組成如圖7所示。

圖7 液晶屏隔振緩沖設(shè)計(jì)

上述措施可以滿足大部分液晶屏的隔振緩沖設(shè)計(jì)。對(duì)于其他更加嚴(yán)格的振動(dòng)沖擊要求，除了上述措施外，還需要在液晶屏模塊與箱體面板間安裝減震器。減震器一般均勻?qū)ΨQ布局，這樣才能使減震器發(fā)揮作用，起到隔振緩沖的目的。

3 散熱設(shè)計(jì)

電子設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)，就是根據(jù)傳熱學(xué)的基本原理采用傳導(dǎo)散熱、對(duì)流散熱及輻射散熱等手段，使設(shè)備的工作溫度不超過其極限溫度，從而保證電子設(shè)備的可靠工作[3]。

3.1 箱體的散熱設(shè)計(jì)

電子設(shè)備的箱體是接受設(shè)備內(nèi)部的熱量，并將其散發(fā)到周圍空氣中的一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)。箱體的材料用導(dǎo)熱性能好的金屬(如鋁合金)，這樣箱體內(nèi)部的熱量可以通過內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)件傳導(dǎo)給箱體。箱體通過對(duì)流和輻射將熱量散發(fā)到周圍的空氣中。

選擇合適的箱體表面狀況，增強(qiáng)輻射能力。必要時(shí)可在箱體上開通風(fēng)孔，加強(qiáng)對(duì)流散熱能力。通風(fēng)孔進(jìn)出口開在溫差最大的兩處。

3.2 內(nèi)部元器件的散熱設(shè)計(jì)

內(nèi)部元器件進(jìn)行貼壁處理，在箱體外側(cè)相應(yīng)位置設(shè)計(jì)散熱槽，箱體通過對(duì)流和輻射將熱量散發(fā)到周圍的空氣中。對(duì)不能貼壁的發(fā)熱元器件安裝散熱器。對(duì)于功耗高，熱量集中的元器件，可加裝熱管。熱管安裝時(shí)緊貼箱體內(nèi)壁，熱管上的熱臺(tái)緊貼熱源，兩個(gè)接觸面都要涂抹導(dǎo)熱脂，保證充分的熱傳導(dǎo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

加固電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到很多方面，每一方面都需要深入研究。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要理論結(jié)合實(shí)踐，運(yùn)用新材料和新技術(shù)，不斷提高設(shè)計(jì)水平，保證設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。