電子設(shè)備島礁環(huán)境適應性設(shè)計

葉姍

（四川九洲空管科技有限責任公司，四川 綿陽 621000）

島礁環(huán)境往往是高溫、高濕、高含鹽量、強風、暴雨、強烈陽光輻射條件同時存在，并且相互作用和相互影響，對其電子設(shè)備環(huán)境適應性設(shè)計提出了更高的要求。如果要讓電子設(shè)備長期可靠工作，首先，要進行有針對性的環(huán)境適應性設(shè)計。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、材料選用、金屬鍍層與化學覆蓋層的選用、元器件的選用、熱設(shè)計、三防處理等一系列處理措施，通過實驗室環(huán)境試驗情況及外場環(huán)境使用情況，驗證了該電子設(shè)備的環(huán)境適應性設(shè)計是成功、有效的。

1 環(huán)境要求

島礁環(huán)境具有高溫、高濕、高含鹽量、強風、暴雨、強烈陽光輻射等特點，對電子設(shè)備環(huán)境適應性設(shè)計要求較高。

2 環(huán)境適應性設(shè)計措施

為了適應島礁地區(qū)高溫、高濕、高含鹽量、強風、暴雨、強烈陽光輻射的氣候特點以及特有的地理環(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)境適應性設(shè)計措施主要如下：（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)備進行環(huán)境防護；（2）選用耐環(huán)境能力強的結(jié)構(gòu)、材料、元器件。針對島礁的環(huán)境特征和設(shè)備特點，進行結(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)境能力強的元器件；（3）采用涂鍍層，密封設(shè)計等措施進行防腐蝕、防鹽霧、防潮濕等。

3 環(huán)境適應性設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

電子設(shè)備關(guān)鍵部位采用密閉結(jié)構(gòu)或防護罩設(shè)計，并配備適當環(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，結(jié)構(gòu)設(shè)計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，防護處理有方。

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

（1）設(shè)計中減少鉚接、點焊、螺紋緊固等結(jié)構(gòu)形式，因為若這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的縫隙足以使水等介質(zhì)進入并能儲留其中，就能產(chǎn)生縫隙腐蝕?？p隙腐蝕一旦產(chǎn)生將很難根治，并且會逐漸加強，嚴重影響產(chǎn)品的性能和使用壽命。

（2）異種金屬接觸時，應盡量選擇電位差小于0.25V的異種金屬。因為一旦兩種金屬電位差大于0.25V，電偶腐蝕將非常顯著。

（3）避免積水結(jié)構(gòu)。設(shè)備外形應當恰當?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?shù)墓に嚧胧﹣硐齼?nèi)應力，并注意避免應力集中的結(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)常維護和更換的零件，應從結(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，可以按照以下幾方面進行選擇：①選用經(jīng)過鑒定、認證并經(jīng)實際應用可靠的材料；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，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、應力腐蝕防護結(jié)構(gòu)設(shè)計要求》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，具有所需的機械強度、絕緣強度、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”試驗驗證的耐腐蝕性能好、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、導熱硅脂、705硅橡膠、聚氨脂漆和清漆、彈性有機硅樹脂漆等）。

3.3 金屬鍍層與化學覆蓋層的選擇

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)選電化學氧化（或著黑色）或電化學氧化后鉻酸鹽封閉或電化學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液或鍍金后涂保護液的電鍍涂覆。

（4）印制板組件調(diào)試完成后噴三防漆以保護表面；整個分機調(diào)試完成后，優(yōu)選噴三防漆進行三防處理（導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）金屬鍍覆和化學鍍覆工藝質(zhì)量控制符合GJB480A-1995《金屬鍍覆和化學鍍覆工藝質(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，兼顧在其他型號工程中得到驗證的可靠性高、質(zhì)量穩(wěn)定的元器件，其技術(shù)性能、質(zhì)量可靠性、環(huán)境適應性等均可滿足環(huán)境適應性的要求，并留有一定的余量。通過詳細設(shè)計分析和計算，按GJB/Z35-1993《元器件降額準則》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)應力保護設(shè)計。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

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，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)熱的模塊緊靠機箱邊布置。

電源中使用的大功率場效應管，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)件的防護處理。為了經(jīng)受住島礁環(huán)境的考驗，設(shè)計強調(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)為補充的處理原則，對零部件進行完整的涂覆，并對關(guān)鍵、重要的部件進行局部密封保護。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30年以上。

（2）印制板組件的防護處理。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行密封，防止BGA類器件下面焊點的腐蝕；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采用硅膠密封，防止焊點的腐蝕，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保護劑，提高其防潮、耐蝕能力，使用年限可達30年以上。

（4）電接插件防護處理。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劑DJB－823，提高其 三防 性能。

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

4 環(huán)境適應性評估

4.1 實驗室環(huán)境試驗情況

電子設(shè)備生產(chǎn)后，針對該電子設(shè)備運用的島礁環(huán)境，結(jié)合GJB150A《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》的要求，進行了高溫、高濕、鹽霧、霉菌等試驗，整個試驗過程未出現(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)境適應性設(shè)計方案已經(jīng)成功地應用在一系列島礁環(huán)境電子設(shè)備上，如海用環(huán)境的山海關(guān)雷達站、遼寧丹東雷達站、廣東汕頭雷達站、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

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