电子设备岛礁环境适应性设计分析

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摘要：岛礁地区具有高温、高湿、高含盐量、强风、暴雨、强烈阳光辐射的气候特点，针对岛礁地区的气候特点以及岛礁特有的地理环境，本文介绍了电子设备在岛礁地区的环境适应性设计方法，并通过实验室环境试验情况及外场环境使用情况证明，该电子设备的环境适应性设计是成功、有效的。

关键词：岛礁；防蚀；环境适应性设计；三防

岛礁环境往往是高温、高湿、高含盐量、强风、暴雨、强烈阳光辐射条件同时存在，并且相互作用和相互影响，对其电子设备环境适应性设计提出了更高的要求。如果要让电子设备长期可靠工作，首先，要进行有针对性的环境适应性设计。本文主要对岛礁环境电子设备提出了结构设计、材料选用、金属镀层与化学覆盖层的选用、元器件的选用、热设计、三防处理等一系列处理措施，通过实验室环境试验情况及外场环境使用情况，验证了该电子设备的环境适应性设计是成功、有效的。

1环境要求

岛礁环境具有高温、高湿、高含盐量、强风、暴雨、强烈阳光辐射等特点，对电子设备环境适应性设计要求较高。

2环境适应性设计措施

为了适应岛礁地区高温、高湿、高含盐量、强风、暴雨、强烈阳光辐射的气候特点以及特有的地理环境，保证电子设备寿命和可靠性，岛礁电子设备的环境适应性设计措施主要如下：（1）采取改善环境或减缓环境影响的措施，采用环境控制系统对电子设备进行环境防护；（2）选用耐环境能力强的结构、材料、元器件。针对岛礁的环境特征和设备特点，进行结构优化、耐腐材料选择，按GJB3404-1988《电子元器件选用管理要求》，选用耐环境能力强的元器件；（3）采用涂镀层，密封设计等措施进行防腐蚀、防盐雾、防潮湿等。

3环境适应性设计

3.1结构设计

电子设备关键部位采用密闭结构或防护罩设计，并配备适当环控系统，隔离或减少氧、水、盐（电解质）和高温等环境因素对设备的损坏，提高防盐雾、防潮湿、防霉菌、防高温等能力。结构形式是一种先天性缺陷，很难在以后弥补，结构设计不仅要考虑所采用的材料和结构形式，还必须有表面处理等工艺技术的支持。结构三防设计的基本原则是：不会积水藏灰，没有缝隙尖角；结构简洁顺畅，防护处理有方。大多数的腐蚀问题都能通过适当的结构设计来避免。具体设计如下：（1）设计中减少铆接、点焊、螺纹紧固等结构形式，因为若这些结构产品的缝隙足以使水等介质进入并能储留其中，就能产生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀一旦产生将很难根治，并且会逐渐加强，严重影响产品的性能和使用寿命。（2）异种金属接触时，应尽量选择电位差小于0.25V的异种金属。因为一旦两种金属电位差大于0.25V，电偶腐蚀将非常显著。（3）避免积水结构。设备外形应当恰当的倾斜，在可能积水或保存湿气的空间开设排水和排水孔，并避免凹凸不平的表面。（4）在可能产生腐蚀开裂的情况下，采取适当的工艺措施来消除内应力，并注意避免应力集中的结构形式。（5）在容易发生腐蚀和最大腐蚀部位加大结构尺寸，通常称为“腐蚀裕度”，一般取预期寿命所需量的两倍。（6）对于易受腐蚀损坏而必须经常维护和更换的零件，应从结构上保证易于维修、更换。

3.2材料的选用

（1）概述。在选用材料时，可以按照以下几方面进行选择：①选用经过鉴定、认证并经实际应用可靠的材料；②根据抗恶劣环境的要求，选用耐腐蚀材料，紧固件全部选用不锈钢；③不同金属相互接触时，选用电化偶相容的材料，尽量避免因不同电位的金属材料相接触而引起的电化学腐蚀，或在金属间用非金属材料隔开；④非金属材料按GJB/Z80-1996《电设备生物、应力腐蚀防护结构设计要求》中第5章的规定及相关使用要求选用耐高、低温性能好，吸湿性低，透湿性小，抗霉菌性能好，具有所需的机械强度、绝缘强度、阻燃性能的材料，电绝缘材料根据使用条件的要求，选用陶瓷、环氧酚醛玻璃布板、云母板、绝缘漆等材料；⑤印制板选用高绝缘、耐热、无毒、不易变形、刚度高的材料，单、双、多层印制板符合GJB362B-2009《刚性印制板总规范》中第3章的规定。（2）金属材料选择。电子设备结构件材料优选经过“三防”试验验证的耐腐蚀性能好、耐候性好、加工性好的防锈铝合金（如5A06、3A21）；螺钉、平垫垫圈等紧固件选用不锈钢材料。（3）非金属材料的选择。电子设备中的非金属材料也占很大一部分，它们可作为介质、绝缘材料或用来防护和隔离作用的涂料等。非金属材料优选抗盐雾性好、吸湿性低、耐老化性好、性能稳定的材料（如聚烯烃热缩管、环氧覆铜玻纤板、聚四氟乙烯覆铜玻纤板、导热硅脂、705硅橡胶、聚氨脂漆和清漆、弹性有机硅树脂漆等）。

3.3金属镀层与化学覆盖层的选择

表面镀涂的选用推荐如下：（1）钢件优选镀锌后钝化成彩虹色（镀锌厚度30um）或多层光亮镀镍或多层全光亮镀铬或达克罗镀锌铝涂层的电镀涂覆。（2）铝和铝合金件优选电化学氧化（或着黑色）或电化学氧化后铬酸盐封闭或电化学氧化后铬酸盐封闭的电镀涂覆。（3）铜件优选亮镀镍或镀银后黑化或镀银后涂保护液或镀金后涂保护液的电镀涂覆。（4）印制板组件调试完成后喷三防漆以保护表面；整个分机调试完成后，优选喷三防漆进行三防处理（导电部位和安装表面除外）；如不采用整体喷三防漆的方法，则需保证内部部件、模块、电缆、插头、插座等组件满足三防要求。（5）金属镀覆和化学镀覆工艺质量控制符合GJB480A-1995《金属镀覆和化学镀覆工艺质量控制要求》中第5章的规定。

3.4元器件的选用

元器件选择按总体元器件优选目录，同时，兼顾在其他型号工程中得到验证的可靠性高、质量稳定的元器件，其技术性能、质量可靠性、环境适应性等均可满足环境适应性的要求，并留有一定的余量。通过详细设计分析和计算，按GJB/Z35-1993《元器件降额准则》的要求对工作参数留有余量，对外接口电路增加防瞬态应力保护设计。电子设备的连接器选用不锈钢材料底座的连接器。

3.5热设计

为了提高元器件的热环境下的可靠性，在发热量大的模块上加装散热条，并使发热量大的元器件尽量紧贴散热条，以降低元器件的温度。同时，合理布置元器件和模块，将发热量大的元器件分散布局，大功率发热的模块紧靠机箱边布置。电源中使用的大功率场效应管，安装在散热片上，增加辐射散热效果，有效地降低了管壳的温度。

3.6三防处理

（1）结构件的防护处理。为了经受住岛礁环境的考验，设计强调表面处理的可靠性，使涂覆层具备长效功能。根据已掌握的完整、可靠的表面处理工艺技术，采用长效防蚀技术为基础，现场三防技术为补充的处理原则，对零部件进行完整的涂覆，并对关键、重要的部件进行局部密封保护。电子设备的结构件采用防锈铝，防锈铝的耐蚀等级为一级，年腐蚀率小于0.001mm/年，防锈铝经导电氧化或阳极氧化后除接地处外，喷涂耐候性好的氟碳漆，接地处喷涂TL-2，使用年限可达30年以上。（2）印制板组件的防护处理。印制电路板组件组装调试合格后，BGA类器件在喷涂三防漆之前用可剥离阻焊膜对四周进行密封，防止BGA类器件下面焊点的腐蚀；再对印制板组件喷涂DC1－2577，提高印制电路板组件在恶劣环境中的“三防”性能；印制板上连接器的焊点采用硅胶密封，防止焊点的腐蚀，又可防止在潮湿环境下的打火现象。（3）紧固件的防护处理。所有紧固件（含自制螺钉、螺母、外购件等）均选用不锈钢件，表面浸涂TL-2保护剂，提高其防潮、耐蚀能力，使用年限可达30年以上。（4）电接插件防护处理。电接插件插头壳体金属表面浸涂S01－20，插座、插头的插针浸涂电接触保护剂DJB－823，提高其“三防”性能。（5）电缆附件的防护处理。密封和半密封插头电缆的连接处，使用热缩套管进行密封防护处理，提高其电缆附件的“三防”性能。

4环境适应性评估

4.1实验室环境试验情况

电子设备生产后，针对该电子设备运用的岛礁环境，结合GJB150A《军用装备实验室环境试验方法》的要求，进行了高温、高湿、盐雾、霉菌等试验，整个试验过程未出现任何问题，满足电子设备的岛礁环境使用要求。

4.2外场环境使用情况

上述环境适应性设计方案已经成功地应用在一系列岛礁环境电子设备上，如海用环境的山海关雷达站、辽宁丹东雷达站、广东汕头雷达站、岛礁环境的多个岛屿、整个使用过程中功能性能稳定。

5结语

通过实验室环境试验情况及外场环境使用情况表明：该电子设备的环境适应性设计完全满足岛礁环境条件的使用要求，其环境适应性设计是成功、有效的。

参考文献：

[1]朱旺.海洋性气候条件下的三防工艺研究，2010.

[2]孙国强,罗健,徐晋等.大型雷达热带海洋环境适应性设计，2007.

[3]丁红杰.军用电子设备中铝合金的三防设计，2005.

[4]路龙龙.石伟.电子结构的三防设计，2012.

作者：叶姗 单位：四川九洲空管科技有限责任公司