电子设备三防设计

王文博周立平赵尧

摘要：本文阐述了电子设备三防设计的基本概念和目的，从材料应用、结构设计以及工艺方面介绍产品设计中应当遵循的原则和注意事项，得出了一些有利于提高产品可靠性和环境适应性的结论。三防设计应该在产品研制阶段即应从结构设计、材料和工艺技术等诸方面进行系统性考虑。

关键词：电子设备三防技术结构设计

1引言

“三防”是指电子设备具有防湿热、防霉菌和防盐雾腐蚀的能力。通常来讲，三防技术就是环境防护技术，它已经成为衡量一个国家工业发达水平的重要标志之一。特别是随着科学技术的发展，电子设备使用范围也越来越广泛。这就对于设备持续正常工作提出更高的要求，有统计指出美军电子设备一半的故障率都和使用中的各种环境因素有关。其中占比例最高的三项分别是湿度、温度和振动。因此，提高产品环境适应性不但可以提高可靠性，更是提高社会和经济效益。我国在20世纪50年代由电子工业部门建立专门从事电子产品的环境适应性实验研究和三防工艺研究的机构。有效、合理的电子结构设计、工艺、选材在“三防”中显得尤为重要。

2三防材料选择

三防设计时，合理的选择材料是十分重要而又复杂的问题，它直接影响产品的性能。不同零件的工作环境和受力不同，对材料的强度、刚度、抗疲劳、耐温和耐腐蚀要求不一样。

从经济性考虑，一般选用不锈钢材质。金属材料中铬、镍、钛合金、铜合金和铝合金等都有比较好的耐腐蚀性。掌握材料的腐蚀机理、破坏形式及其相容性问题，对于关键件和特殊件应该选择更加耐腐蚀的材料。比如聚四氟乙烯（PTFE）以及聚醚醚酮（PEEK），它们都具备耐高温，耐腐蚀，优良的电绝缘性能，耐老化，吸水性小、自润滑等性能。注意产品使用关键地方不要使用易燃材料。考虑到金属或金属层相互接触时候的电位差，避免不同金属接触或者装配，若无法避免时，尽可能在两者之间添加绝缘衬垫并涂覆保护层，扩大阳极性金属表面积。同时在满足结构使用需求时，尽可能降低加工、防护和更换成本。

近些年来，从电子设备向轻型化、小型化趋势发展，对于不是特殊部位的零部件，都是开采用对于环境适应性较好的工程材料，比如ABS、尼龙（聚酰胺）、聚丙烯等。他们从重量、价格、耐热性、硬度、抗老化、不长霉菌等方面具有不可比拟的优势。

3三防结构设计

三防设计是一门综合性技术，涉及材料、机械、环境控制以及电化学多种学科。必须从设计阶段综合考虑，结合适当的工艺方法达到使用要求。首先要从可实现性上考虑，需要优化材料选型和结构形式。而且要根据工厂的加工能力，技术范围和生产成本和周期以及加工过程的良品率、风险性综合考虑。为了避免由焊接应力、热应力、雨水和粉尘引起的腐蚀，在结构设计时其遵循以下原则：

（1）零件宜采用一体化整体结构和连续焊缝设计，尽量少采用铆接、螺纹紧固、断续焊等结构形式。因为零件应力集中处，表面粗糙，焊缝咬边、气泡等缺陷容易腐蚀，保证结构形状简单、合理、美观。

（2）零件接缝处尽量涂密封胶或者加密封衬垫，外露设备的门窗应设计防水檐，避免雨水滴入门、窗缝隙，形成积水，外加导水槽，可以有效将积水排出，减小零件腐蚀。边角倒圆，可以提高喷漆的覆膜效率，结构的几何形状应该有利于防腐措施的采用，设计的布局也应该易于维修和涂覆。

（3）室外工作的设备考虑到防尘布局设计，不密封或者密封不严实的设备长期暴露在高温湿热的环境，零件会受到腐蚀，特别是采用铝材料的零件。从而导致机械性能下降，影响各种接插件、开关等电接触元器件接触。利用结构上的紧压力，采用O型密封圈，迫使其发生自身范围内的弹性形变，从而达到密封效果。密封圈使用时间长短和密封圈的材料有关，比如硅橡胶、氟橡胶的耐久性较好，不易发生永久变形，但必须定期进行检查并且维护。

4三防工艺设计

电子设备的防护设计，是结构和工艺设计的关键技术之一。对电子设备以及制造上必须采取针对性的措施。在器件的选型、材料的利用、结构的设计及表面的防护等方面针对使用环境进行专门设计。密封不严实的电子设备长期处于高温、高湿、多雨水、多盐雾的情况，结构件受盐雾影响而严重腐蚀，金属结构件因油漆脱落而产生锈蚀，导致机械性能下降，严重的影响电子设备的性能、使用寿命。

当材料满足设备的结构使用要求，但是对于环境使用不满足，必须对材料表面实施镀涂保护。三防工艺设计主要有前处理、电镀、喷涂、表面改性等表面处理手段。前处理通常是进行除油、除锈、以及粗化处理。除油以后应当保证表面无油污、手印、灰尘和其他残留物。除锈和粗化常用的方法有喷砂和酸洗除锈，酸洗除锈是利用酸性（或碱性）溶液与金属表面锈层发生化学反应，使表面锈层溶解、剥离的原理而将表面锈蚀除去。电镀是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，它利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性。表面改性是指在保持材料原性能的前提下，是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理、表面涂层和非金属涂层技术。改善零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、导电装性能。装备结构设计中应避免和减少局部应力集中，装配过程中应避免产生较大的残余应力，对加工过程中已产生残余应力的零部件，应采取退火、喷丸等方法消除残余应力。

5控制环境

有效的环境控制也是三防处理的一种手段，以此可以保护设备长时间工作在恶劣的环境中。常用的控制方法有密封、去湿和干燥等手段。

密封方式是一种隔离被保护面和大气接触的一种有效方式，比如裸露在外界潮湿环境中的电缆接插件接头，以及高压器件和集成电路的关键部位均可采用硅橡胶灌封。这种方法可靠性较高，同时也可以起到加固和减震的作用，不足之处是可维修性比较差，对于发热量较大的器件，影响散热性能。

去湿和干燥常采用通风和抽湿两种方式，前者对于气密性较差的腔体可以加剧空气流动，但是容易滋生霉菌加剧腐蚀，尽量避免雨天潮湿环境通风。抽湿则是采用人工手段进行湿度隔离，可以有效调节使用需求，但是对于设备的放置空间和维护维修有一定要求。

6结束语

科技的飞速发展，电子设备使用范围越来越广，同时受自然环境、气候环境以及电磁环境的干扰和影响也越来越大。必须从设计、加工，运输过程加以防护。设计师在产品设计初期必须充分考虑环境因素影响，然后和工艺人员对接优化设计。采用先进的设计思想、可靠的材料、优化结构、表面处理、密封干燥等措施对整机及零部件、元器件进行环境防护设计，从而提高产品的环境适应性以及系统可靠性。

参考文献：

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