電子設備島礁環境適應性設計分析

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摘要：島礁地區具有高溫、高濕、高含鹽量、強風、暴雨、強烈陽光輻射的氣候特點，針對島礁地區的氣候特點以及島礁特有的地理環境，本文介紹了電子設備在島礁地區的環境適應性設計方法，并通過實驗室環境試驗情況及外場環境使用情況證明，該電子設備的環境適應性設計是成功、有效的。

關鍵詞：島礁；防蝕；環境適應性設計；三防

島礁環境往往是高溫、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，對其電子設備環境適應性設計提出了更高的要求。如果要讓電子設備長期可靠工作，首先，要進行有針對性的環境適應性設計。本文主要對島礁環境電子設備提出了結構設計、材料選用、金屬鍍層與化學覆蓋層的選用、元器件的選用、熱設計、三防處理等一系列處理措施，通過實驗室環境試驗情況及外場環境使用情況，驗證了該電子設備的環境適應性設計是成功、有效的。

1環境要求

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

2環境適應性設計措施

為了適應島礁地區高溫、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境，保證電子設備壽命和可靠性，島礁電子設備的環境適應性設計措施主要如下：（1）采取改善環境或減緩環境影響的措施，采用環境控制系統對電子設備進行環境防護；（2）選用耐環境能力強的結構、材料、元器件。針對島礁的環境特征和設備特點，進行結構優化、耐腐材料選擇，按GJB3404-1988《電子元器件選用管理要求》，選用耐環境能力強的元器件；（3）采用涂鍍層，密封設計等措施進行防腐蝕、防鹽霧、防潮濕等。

3環境適應性設計

3.1結構設計

電子設備關鍵部位采用密閉結構或防護罩設計，并配備適當環控系統，隔離或減少氧、水、鹽（電解質）和高溫等環境因素對設備的損壞，提高防鹽霧、防潮濕、防霉菌、防高溫等能力。結構形式是一種先天性缺陷，很難在以后彌補，結構設計不僅要考慮所采用的材料和結構形式，還必須有表面處理等工藝技術的支持。結構三防設計的基本原則是：不會積水藏灰，沒有縫隙尖角；結構簡潔順暢，防護處理有方。大多數的腐蝕問題都能通過適當的結構設計來避免。具體設計如下：（1）設計中減少鉚接、點焊、螺紋緊固等結構形式，因為若這些結構產品的縫隙足以使水等介質進入并能儲留其中，就能產生縫隙腐蝕。縫隙腐蝕一旦產生將很難根治，并且會逐漸加強，嚴重影響產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）避免積水結構。設備外形應當恰當的傾斜，在可能積水或保存濕氣的空間開設排水和排水孔，并避免凹凸不平的表面。（4）在可能產生腐蝕開裂的情況下，采取適當的工藝措施來消除內應力，并注意避免應力集中的結構形式。（5）在容易發生腐蝕和最大腐蝕部位加大結構尺寸，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常維護和更換的零件，應從結構上保證易于維修、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選用經過鑒定、認證并經實際應用可靠的材料；②根據抗惡劣環境的要求，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《電設備生物、應力腐蝕防護結構設計要求》中第5章的規定及相關使用要求選用耐高、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，電絕緣材料根據使用條件的要求，選用陶瓷、環氧酚醛玻璃布板、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《剛性印制板總規范》中第3章的規定。（2）金屬材料選擇。電子設備結構件材料優選經過“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。電子設備中的非金屬材料也占很大一部分，它們可作為介質、絕緣材料或用來防護和隔離作用的涂料等。非金屬材料優選抗鹽霧性好、吸濕性低、耐老化性好、性能穩定的材料（如聚烯烴熱縮管、環氧覆銅玻纖板、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）印制板組件調試完成后噴三防漆以保護表面；整個分機調試完成后，優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量控制符合GJB480A-1995《金屬鍍覆和化學鍍覆工藝質量控制要求》中第5章的規定。

3.4元器件的選用

元器件選擇按總體元器件優選目錄，同時，兼顧在其他型號工程中得到驗證的可靠性高、質量穩定的元器件，其技術性能、質量可靠性、環境適應性等均可滿足環境適應性的要求，并留有一定的余量。通過詳細設計分析和計算，按GJB/Z35-1993《元器件降額準則》的要求對工作參數留有余量，對外接口電路增加防瞬態應力保護設計。電子設備的連接器選用不銹鋼材料底座的連接器。

3.5熱設計

為了提高元器件的熱環境下的可靠性，在發熱量大的模塊上加裝散熱條，并使發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，將發熱量大的元器件分散布局，大功率發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）結構件的防護處理。為了經受住島礁環境的考驗，設計強調表面處理的可靠性，使涂覆層具備長效功能。根據已掌握的完整、可靠的表面處理工藝技術，采用長效防蝕技術為基礎，現場三防技術為補充的處理原則，對零部件進行完整的涂覆，并對關鍵、重要的部件進行局部密封保護。電子設備的結構件采用防銹鋁，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，又可防止在潮濕環境下的打火現象。（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環境適應性評估

4.1實驗室環境試驗情況

電子設備生產后，針對該電子設備運用的島礁環境，結合GJB150A《軍用裝備實驗室環境試驗方法》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任何問題，滿足電子設備的島礁環境使用要求。

4.2外場環境使用情況

上述環境適應性設計方案已經成功地應用在一系列島礁環境電子設備上，如海用環境的山海關雷達站、遼寧丹東雷達站、廣東汕頭雷達站、島礁環境的多個島嶼、整個使用過程中功能性能穩定。

5結語

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

參考文獻：

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[4]路龍龍.石偉.電子結構的三防設計，2012.

作者：葉姍 單位：四川九洲空管科技有限責任公司