標(biāo)準(zhǔn)電子模塊耐腐蝕設(shè)計與制備方法研究

胡國高

（中國電子科技集團(tuán)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(shù)的發(fā)展，模塊綜合化的電子裝備越來越廣泛地應(yīng)用在各種軍事平臺上，其中艦載設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求很高[1-4]，基于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式及制備工藝技術(shù)無法滿足型號的環(huán)境適應(yīng)性要求，在型號的環(huán)境適應(yīng)性摸底試驗以及其它類似型號的鑒定試驗結(jié)果中也暴露出基于傳統(tǒng)設(shè)計與制備方法的裝備環(huán)境適應(yīng)能力不足的問題，問題涉及基材腐蝕、導(dǎo)電橡膠條腐蝕導(dǎo)致電磁屏蔽效能降低乃至失效、防護(hù)層失效，不能按GJB 150A.11A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)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(xiàn)電子設(shè)備防腐蝕設(shè)計以滿足產(chǎn)品耐海洋環(huán)境適應(yīng)性要求。但涂料涂覆使用過程中易被劃傷和局部破壞導(dǎo)致基材或功能性鍍層裸露使其防護(hù)效能下降等問題；因此，必須開展可靠性更高、適用海洋環(huán)境的抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的設(shè)計與制備方法。

1 材料選型設(shè)計

材料選擇方面，為提高標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的耐蝕性，屏蔽殼體、蓋板等結(jié)構(gòu)件均采用防銹鋁5A06，銘牌采用鋁合金1060，鎖緊起拔機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)螺紋緊固件均采用不銹鋼316，印制板采用玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板FR-4。

2 標(biāo)準(zhǔn)電子模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了解決標(biāo)準(zhǔn)電子模塊在高濕、高熱、高鹽霧海洋環(huán)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(dǎo)電密封橡膠圈腐蝕失效風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)電子模塊制備制造加工方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)問題的不足。

結(jié)構(gòu)外形設(shè)計方面，結(jié)合航空綜合化電子設(shè)備特點，各個承制單位按照標(biāo)準(zhǔn)電子模塊統(tǒng)一封裝要求采用LRM模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，局部采用防積水結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。模塊通過雙峰密封條實現(xiàn)整體密封，隔絕外部環(huán)境，利用雙峰密封條既能隔絕外部海洋腐蝕大氣環(huán)境對內(nèi)部電子線路、器件等的侵蝕，又能將屏蔽盒體與蓋板聯(lián)成密閉完整的金屬屏蔽腔體，保證內(nèi)部電子組件不受外界電磁干擾和對外產(chǎn)生電磁干擾，滿足模塊的電磁兼容性要求。

3 制備方法

標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的制備工藝流程見圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的制備工藝流程

標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的詳細(xì)制備工藝流程如下：

1）首先對作為標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的主體結(jié)構(gòu)件屏蔽殼體進(jìn)行數(shù)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(jù)銘牌設(shè)計要求采用鋁合金1060化學(xué)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(jié)構(gòu)件進(jìn)行彩虹色導(dǎo)電氧化處理，再利用表面處理保護(hù)工藝裝備和保護(hù)劑對屏蔽盒體和蓋板進(jìn)行局部保護(hù)，保護(hù)完成后進(jìn)行局部微弧氧化處理。

4）對完成貼片的印制電路板進(jìn)行三防漆涂覆，將三防合格后的印制電路板機(jī)械裝配在屏蔽殼體內(nèi)部，接著依據(jù)電路接線圖完成電裝接線，對焊點進(jìn)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(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)螺紋緊固件采用濕裝配把蓋板裝配上，標(biāo)準(zhǔn)電子模塊完成制備。

4 試驗和應(yīng)用驗證

4.1 試驗驗證

2018年9月，對根據(jù)本設(shè)計方案制備的模塊進(jìn)行了環(huán)境試驗，按照GJB 150A.11A-2009 《軍用裝備實驗室環(huán)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?zāi)K和報告結(jié)論如圖3所示。

圖3 試驗?zāi)K和報告結(jié)論

4.2 應(yīng)用驗證

圖1 標(biāo)準(zhǔn)電子模塊耐海洋環(huán)境腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式

在通過環(huán)境試驗驗證后，根據(jù)本設(shè)計方案制備的模塊已應(yīng)用于某型海軍直升機(jī)、某型偵察機(jī)等機(jī)載平臺，經(jīng)過近兩年來的實際使用，模塊未出現(xiàn)腐蝕或電磁屏蔽相關(guān)的問題，說明目前本設(shè)計制備方法可行可靠。

5 主要技術(shù)點

5.1 材料選擇

為提高標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的耐候性可靠性，密封采用外圈硅橡膠材質(zhì)內(nèi)圈導(dǎo)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(zhì)浸入設(shè)備內(nèi)部，內(nèi)圈導(dǎo)電橡膠部分與結(jié)構(gòu)屏蔽金屬殼體組成一個有效電磁屏蔽體，達(dá)到電磁評屏蔽要求；模塊加工組裝性能良好，防護(hù)能力較強(qiáng)。

5.2 表面處理加工

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

6 技術(shù)優(yōu)勢

6.1 可靠性優(yōu)勢

基于標(biāo)準(zhǔn)電子模塊的抗腐蝕模塊，材質(zhì)為防銹鋁和雙峰密封條（硅橡膠+導(dǎo)電橡膠），兩者材質(zhì)性能非常穩(wěn)定，兩者間電位差小，基本無電偶腐蝕風(fēng)險，具有長期工作可靠性；結(jié)構(gòu)形式上采用雙峰密封條實現(xiàn)模塊密封設(shè)計，既能防止腐蝕介質(zhì)進(jìn)入模塊對內(nèi)部電子電路造成腐蝕影響失效，又能形成內(nèi)部電子電路接地回路，滿足標(biāo)準(zhǔn)電子模塊電磁屏蔽要求，大大提升了模塊的耐海洋環(huán)境適應(yīng)能力和不降低產(chǎn)品電磁屏蔽效能，因此采用該種設(shè)計實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)電子模塊具有卓越的長期工作可靠性。

6.2 防護(hù)綜合性優(yōu)勢

標(biāo)準(zhǔn)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(huán)回路，隔絕腐蝕介質(zhì)與模塊內(nèi)部電子電路及功能器件接觸，大幅提高了標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行耐海洋環(huán)境裝飾性涂料涂覆以滿足產(chǎn)品外觀顏色要求。通過微弧氧化+耐海洋環(huán)境涂料涂覆雙重防護(hù)措施下，解決了產(chǎn)品使用過程中易導(dǎo)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(yōu)勢

標(biāo)準(zhǔn)電子模塊采用成熟度很高的設(shè)計和加工實現(xiàn)方法，精度設(shè)計合理且經(jīng)濟(jì)，制備工藝流程不復(fù)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(chǎn)。

6.4 適用范圍優(yōu)勢

傳統(tǒng)的LRM模塊通常是通過噴涂裝飾性耐腐蝕涂料進(jìn)行外表面防腐，其環(huán)境適用范圍有限，通常執(zhí)行一次任務(wù)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(xiàn)腐蝕；傳統(tǒng)的LRM模塊很少進(jìn)行密封設(shè)計，即使密封設(shè)計也只考慮采用傳統(tǒng)橡膠密封條或?qū)щ娤鹉z條進(jìn)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(xiàn)耐腐蝕性能和電磁屏蔽效能要求就需要開展更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計；耐海洋環(huán)境抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn)電子模塊可以隨裝備平臺（如艦船、飛機(jī)、衛(wèi)星、地面站等）檢修保養(yǎng)要求一起進(jìn)行維修保養(yǎng)，消除了每次任務(wù)執(zhí)行前的檢修保養(yǎng)，縮短了任務(wù)執(zhí)行準(zhǔn)備時間，同時以雙峰密封條為界面的內(nèi)部密封區(qū)域通過彩虹色導(dǎo)電氧化與屏蔽腔體形成導(dǎo)電回路實現(xiàn)電磁屏蔽，外部區(qū)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(hù)完整回路實現(xiàn)抗腐蝕功能要求。

7 結(jié)論

本文對耐海洋環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)電子模塊防護(hù)設(shè)計進(jìn)行了研究，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料及表面處理方式選擇、制備工藝流程設(shè)計，成功制備了耐海洋環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)電子模塊，經(jīng)鹽霧（pH值=3.5±0.5）試驗驗證滿足耐海洋環(huán)境適應(yīng)性要求，取得了較為理想的使用效果。相較于傳統(tǒng)的LRM模塊，耐海洋環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)電子模塊在可靠性、成本、防護(hù)綜合性（耐腐蝕性+電磁屏蔽效能）、適用環(huán)境等方面均有明顯優(yōu)勢。