《环境防护设计〔B〕ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境防护设计〔B〕ppt课件.ppt（47页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,环境防护设计,2,概述,一、定义：环境条件是指产品在贮存、运输和工作过程中可能遇到的一切外界影响因素环境条件对产品可靠性起着重要的影响。环境防护设计就是调查环境对产品可靠性影响，以便研究对策，采取有效措施，设计和制造耐环境的产品，提高产品的可靠性，这就是环境防护设计。,3,二、环境因素造成危害例子：1）在第二次世界大战期间，美国运往远东的航空无线电子设备由于湿热影响，有60%不能工作；2）盟军有8%的飞机在寒冷冬季遇难，原因就是飞机适应不了寒冷气候；3）美国侵朝战争期间，由于武器的包装、运输、贮存不当使武器装备损失高达45%。我国每年高达数十亿元多；,4,二、环境因素造成危害例子：4）高温
2、高湿、雨淋、尘埃、硫化物等引起金属腐蚀。据估计，在美军电子系统的失效率中，腐蚀损坏约占20%，腐蚀损坏损失约占其总费用的15%-45%；5）英国生产的某种型号雷达，其MTBF为116h，在地中海地区使用为61h，在东南亚湿热气候地区使用仅为18h；,5,二、环境因素造成危害例子：6）在国民经济的各部门中，由于腐蚀造成的损失也是十分惊人的。根据美国国家标准局（NBS）近来的调查，由于腐蚀使美国每年的损失高达700亿美元，相当于当年国民生产总值的4%；英国在1969年估计每年损失至少是65亿英镑，占国民生产总值的3.5%；前苏联估计每年损失50-60亿卢布，这是一些惊人的数字。,6,三、环境影响分
3、析 电子设备在实际使用过程中，客观环境不是单一的，往往综合地作用于产品，有些成对环境因素作用于产品，其作用是加速的。如高温和湿度，高温将提高湿气浸透速度。而有些是降低其作用。如低温可以减少霉化作用，在0以下，霉化现象呈不活动状态；低温可以减小盐雾的侵蚀速度；低温将减少太阳辐射影响。,7,有些是在有条件情况下起作用。如：加速度和振动，在高温和低气压下，这种综合会增大各种影响。低压和加速度，伴随高温环境，这种综合才是重要的。湿度和低压，其影响程度取决于温度。只有在很低的温度情况下，低温和冲击振动才能起加强作用。,8,为了提高产品的可靠性，必须在方案论证与确定及设计阶段就考虑产品的环境防护。环境防护
4、的第一步是确定产品的工作环境，第二步是确定在这种环境条件下所用的元器件及材料的性能。若是这种性能不能满足产品可靠性要求或处于临界状态量，就要采取环境防护措施，并且选择耐环境的元器件和材料等。不同环境条件，对电子设备影响程度有所不同。,9,例一：1971年，美国对机载电子设备全年的故障进行剖析，发现故障的原因如下：由温度引起的故障占22.2%；由振动引起的故障占11.38%；由潮湿引起的故障占10%；由砂尘引起的故障占4.16%；由盐雾引起的故障占1.94%；由低气压引起的故障占1.94%；由冲击引起的故障占1.11%；由其它原因引起的故障占47.3%；,10,50%以上的故障是由各种环境所致，
5、而温度、振动、湿度三项环境造成电子设备43.58%；的故障率。所以温度、振动、湿度环境必须引起我们极大的注意。为了防护温度、振动、湿度对电子产品的影响，因此应进行热设计、缓冲减振及三防设计。热设计、缓冲减振设计专题讲述。,11,四、环境条件气候环境条件：温度、湿度、气压、风雨、雪冰、霜、露、沙尘、盐雾、油雾、游离气体；机械环境条件：振动、冲击、离心、碰撞、跌落、摇摆、静力负荷、失重、声振、爆炸、冲击波；辐射条件：太阳辐射、核辐射、紫外线辐射、宇宙线辐射；,12,四、环境条件生物条件：昆虫、霉菌、啮齿动物；电条件：电场、磁场、闪电、雷击、电晕、放电；人为因素：使用、维修、包装、保管、运输；,13
6、,五、环境影响和故障模式,14,五、环境影响和故障模式,15,五、环境影响和故障模式,16,五、环境影响和故障模式,17,五、环境影响和故障模式,18,五、环境影响和故障模式,19,“三防”设计,一、“三防”设计的基本概念：所谓“三防”设计，即防潮湿、防盐雾、防霉菌。防潮湿：潮湿的影响在于，当空气相对湿度大于80%时，很多电子设备中的有机及无机材料构件由于受潮将增加重量，发胀，变形，金属构件腐蚀加速。如果绝缘材料选用及工艺处理不当，则绝缘电阻下降，以致绝缘击穿，性能破坏，造成故障。为保证可靠性应进行潮湿设计。,20,一、“三防”设计的基本概念 防盐雾：盐雾的影响是盐雾与潮湿空气结合时，其中所含
7、的半径很小的氯离子对金属保护膜有穿透作用。盐和水结合能使材料导电，故可使绝缘电阻降低，引起金属电蚀、化学腐蚀加速，使金属件与电镀件受破坏。二氧化硫、氯气、氨气等有害气体与潮湿空气会合便产生酸性、碱性气体。这些气体也有加速金属构件的腐蚀作用，使绝缘性下降。,21,一、“三防”设计的基本概念 防霉菌：霉菌、白蚁等生物类也都在不同情况下对产品产生影响。例如霉菌在一定温度、湿度（一般25-35相对湿度80%以上）的环境条件，繁殖生长迅速，其分泌物形成的斑点影响产品外观；这些分泌物所含的弱酸会使电工仪表的金属细线腐蚀断，损坏电路功能。尤其在光学仪器上长霉，会是玻璃的反射和透光明显下降，破坏光学性能，所以
8、设计中也进行防霉设计。,22,二、“三防”设计技术 电子设备“三防”技术是一门综合科技，它主要包含“三防”电路设计技术、“三防”结构设计技术、“三防”工艺技术、“三防”试验技术及“三防”检测技术等。同时“三防”又是一项系统工程。在电子设备方案论证与确定时，就应进行系统的“三防”设计方案论证与确定，根据电子设备寿命剖析和任务剖面所经历的环境条件，确定有效的“三防”系统设计方案。在技术设计阶段，在电路设计上应采用“三防”电路设计技术和选用符合“三防”要求的的元器件原材料。,23,“三防”结构设计注意以下几点：1）在产品研究和设计之前，应根据该工程和设备预期的环境条件和“三防”等级，提出需解决的关键
9、性技术和新材料、新工艺项目，使“三防”设计落实到可靠的材料、工艺基础上，贯彻到产品设计之中。2）正确地选用材料，包括金属材料、非金属材料。3）合理的结构设计和可靠的加工工艺。,24,“三防”结构设计注意以下几点：4）熟悉金属腐蚀和腐蚀控制方法，掌握了解电偶腐蚀，应力腐蚀和氢脆的基本理论，合理选择金属镀层和化学覆盖层。5）了解野外工作、海上或沿海工作的电子设备恶劣的工作环境，对每个部件的设计、选材、加工、装配、储存等，都要预测所受到的腐蚀程度及防护方法。,25,“三防”结构设计注意以下几点：6）正确选用有机涂层、尤其是工作在野外、海上电子设备，需选用耐候性好，经优选、认证可靠的涂层及涂装工艺技术
10、；特别要重视零件的前处理工艺底漆和面漆的配合使用技术，这是涂装工艺的关键。7）重视机箱、机柜的面板设计，尽量采用经验证的可靠的新工艺、新材料。8）确定高标准的制造和装配环境，合理周密设计产品包装、运输和储存。,26,“三防”设计的基本方法常用的四种防护措施：1）材料防护：选用能抵御有害环境因素的新材料，如：铸铁、铸钢、不锈钢、钛合金钢、铝合金、工程塑料等。此外，还有很多更高的防护性新材料，如环氧型、聚脂型、有机硅型、聚酰亚胺型等绝缘及表面防护材料。2）工艺防护：为了进行三防，采用工艺防护措施，如：电镀、油漆、金属及塑料喷涂工艺和采用封闭绝缘工艺。,27,“三防”设计的基本方法常用的四种防护措施
11、：3）结构防护。若采用材料与工艺防护达不到要求时，则从产品的整体或局部采取结构上的改进措施也十分有效，如对三防有特殊要求的电路、部件、组件、在结构上可以采取密封措施、效果很好。4）隔离防护。有时可以采用设备与有害环境隔离的措施，也可以采用局部隔离。例如，军用电台中放入吸潮的硅胶、放入防霉片等，可以起到潮气与电路隔离的作用。,28,“三防”设计的基本方法防潮湿设计方法：1）憎水处理：通过一定的工艺处理，以降低产品的吸水性或改变其采水性能，如用硅有机化合物蒸气处理，就可以提高产品的憎水能力。2）浸渍处理：用高强度与绝缘性能好的涂料来填充某些绝缘材料、各种线圈中的空隙、小孔、毛细管等。浸滞处理除可以
12、防潮外，还可以提高纤维绝缘材料的击穿强度、热稳定性，化学稳定性、以提高元器件的机械强度。,29,“三防”设计的基本方法防潮湿设计方法：3）灌封：用环氧树脂、蜡类、沥青、油、不饱和聚酯树脂、硅橡胶等有机绝缘材料熔化后，注入元器件本身或与外壳间的空间或引线孔的空隙，冷却后自行固化封闭。4）密封装置：密封装置有塑料封装与金属封装两种。塑料封装是把零件直接装入注塑模具中与塑料制成一体。金属封装原则是把零件置于不透气的密封盒中，有的还在盒中注入气体或液体。从长远来看，金属封装的防潮效果比塑封更好。,30,“三防”设计的基本方法防潮湿设计方法：5）选用防潮材料：选用如铸铁、铸钢、不锈钢、钛合金钢、铝合金、
13、工程塑料等，近年来由研究发展了很多新的防护材料，如环氧型、聚脂型、有机硅型、聚酰亚胺型等。6）表面涂覆：用有机绝缘漆喷涂材料表面，使其不受潮湿侵蚀。7）放置吸潮剂：把硅胶粒等吸潮剂放置于包装箱或设备内部，以便把进入的潮气随时吸掉。,31,“三防”设计的基本方法防盐雾设计方法：1）电镀：在钢铁零件表面镀上铅锡合金或锌锡合金等，都能防止盐雾侵蚀。2）涂覆：喷涂过有机绝缘涂料的表面，既能防潮，也能防盐雾的侵蚀。3）合理选用金属材料：选用在大气条件下化学性能十分稳定的金属材料，如不锈钢等，或以塑料代替金属。,32,“三防”设计的基本方法防盐雾设计方法：4）注意不同金属间的接触腐蚀：盐雾能促使金属元件腐
14、蚀，并能促使形成一些电解作用，特别是当不同金属接触时，这种作用更为严重，因此，要尽量选用相同金属间的接触。如需不同金属接触时，应控制电位差不大于0.5V，超过时可以选择一种过度金属（或镀层），以降低原来两种金属的接触腐蚀。常用金属标准电位见表2所示：,33,表2：常用金属标准电位表,34,“三防”设计的基本方法防盐雾设计方法：5）密封装置：密封是防止潮湿和盐雾长期影响的最有效的机械防护措施。6）控制环境温度和相对温度。温度每升高10，腐蚀速度可提高23倍，电解质的导电率可提高10%-20%，当相对湿度RH小于70%时腐蚀很慢。当RH大于70%时，盐类发生潮解作用，形成电解液膜，发生化学腐蚀，因
15、此，适当控制环境温度和相对湿度，可减慢盐雾的腐蚀作用。,35,“三防”设计的基本方法防霉菌设计方法：1）密封装置、表面涂覆、控制环境温度和相对湿度，放入干燥剂等防潮、防盐雾措施，也适合于防霉菌。2）选用材料时，应尽量选用耐霉性好的材料。3）在密封装置中可充入高浓度臭氧，以便消灭菌类。4）对非密封装置用紫外线照射，防止及消灭已生产的菌类。,36,“三防”设计的基本方法印制电路板的三防设计：1）选材：最好选用耐氰化合物单、双面复箔板THF13-21.22和双氰胺性环氧玻璃布板THXB-68。对板箔要进行质量检查、确定符合技术条件要求后再投产。2）选用较好的电镀涂覆工艺：对印制电路镀银、印制插头镀金
16、或镀镍金。3）灌封硅橡胶：在印制板和元器件上，喷涂7405有机硅清漆后灌封QD231硅橡胶。,37,“三防”设计的基本方法印制电路板的三防设计：4）成品处理：用三氯三氟乙烷（F113）进行气相清洗，并在50温箱中预烘60分钟，插头部分用无腐蚀能耐150高温的|P|绝缘胶带保护后，在印制板上涂SO1-3清漆。5）对半成品进行保护：可以喷涂树脂性中性保护剂，在存放时每块印制板用聚乙烯塑料袋单独装放，并存放在备有硅胶（控制相对湿度为50%10范围）的玻璃器内。,白建雄:,38,三、“三防”设计的一般准则 1）对设备或组合进行密封是防止潮气及盐雾长期影响的最有效的机械防潮方法。2）采用密封措施时，必须
17、注意解决好设备或组合密封后的散热问题。利用导热性好的材料作外壳，或采用特殊导热措施，还必须注意消除可能在设备内部造成腐蚀条件的各种因素。3）防止盐雾对设备的危害，应严格电镀工艺、保证镀层厚度，选择合适电镀材料（如铝-锡合金）等，这些措施对盐雾、海水具有十分满意的抵抗能力。,39,三、“三防”设计的一般准则 4）为了防止霉菌对电子设备的危害，应对设备的温度和湿度进行控制，降低湿度保持良好的通风条件，以防止霉菌生长。5）将设备严格密封，加入干燥剂，使其内部空气干燥，是防止霉菌的具体措施之一。6）使用抗霉材料是电子设备防霉的基本方法。无机矿物质材料不易长霉；合成树脂本身一般具有一定的抗霉性。7）大型
18、仪器中对湿度有要求的组件，可以采用半密封，并在组件中放吸潮剂进行湿度控制。,40,三、“三防”设计的一般准则 8）对设备使用防霉剂或防霉漆进行防霉处理，即用化学药品抑制霉菌生长，或将其杀死。防霉剂的使用方法有混合法、喷涂法和浸渍法。9）合理选择材料，降低互相接触的金属（或金属层）之间电位差。10）避免不合理的结构设计，如避免积水结构，消除点焊、铆接、螺纹紧固处的缝隙腐蚀；避免引起应力集中的结构形式；零件应力值应小于屈服极限75%。,41,三、“三防”设计的一般准则 11）当必须把不允许接触的金属材料装配在一起时，可以在两种金属之间涂覆保护层或放置绝缘衬垫；在金属上镀以允许接触的金属层；尽可能扩
19、大阳极性金属的表面积，缩小阴极性金属的表面积。12）采用耐腐蚀覆盖层。金属覆盖层（锌、镉、锡、镍、铜、铬、金、银等镀层）；非金属覆盖层（油漆等）；化学处理层（黑色金属氧化处理-发蓝、黑色金属的磷化处理，铝及铝合金的氧化处理、铜及铜合金钝化和氧化处理等。,42,三、“三防”设计的一般准则 13）为了对气候环境防护，对元器件进行老练筛选是很重要的，对元器件进行密封捡漏是对防潮和防盐雾有效措施。14）选用防潮、防霉、抗盐雾性能良好的非金属材料。15）为减缓内部金属零件的腐蚀，防止接点表面污染，在密封设备内部应避免使用能产生腐蚀性挥发气体的材料。如果必须使用时，应对易受影响的零件进行专门保护。,43,
20、三、“三防”设计的一般准则 16）密封件所用的材料应选用防潮、防霉、防盐雾性能均好的弹性材料。17）设备的封装必须在清洁、干燥的环境下进行，以免以因内部空气不洁或温度变化时出现凝露而使金属件遭受腐蚀或电性能变坏。18）为了防止大、中型设备在贮存或停机时绝缘受潮，可以安装防潮加热器。加热器的加热容量一般按照能使产品内部温度较外界空气温度提高5左右来设计。,44,三、“三防”设计的一般准则 19）提高防霉、防潮性能。电子设备中不采用棉、麻、丝、绸、纸、木材等材料作绝缘材料。20）为了保证机电元件的运转性能、所选用的润滑油脂应具有良好的抗潮、防霉性能、使用时应不发生潮解、变质、生霉、结块硬化等现象。
21、21）一般钢制零件的保护性电镀层应采用镀锌钝化后再涂覆一层清漆。为减缓黑色金属结构的腐蚀，其表面应加保护层。对不允许电镀或油漆保护的黑色金属零件，应采用油封等临时性保护措施。22）接点采用镀银和镀金措施，提高抗盐雾性能。,45,三、“三防”设计的一般准则 23）设备使用的助焊剂、粘结剂、灌封材料、表面处理剂、清洗剂等化工材料应选取中性材料以防止腐蚀。24）为了避免腐蚀，对铝板的焊接要采用氩弧焊。25）为了防潮并提高设备的对地绝缘电阻，应适当考虑浮地结构，额定电压为60V时，电气间隙应大于3mm。26）大型设备内壁增加防潮加热器，外壳内填充隔热材料，以降低设备总传热系数，达到稳定延迟导热，使设备内部相对湿度低于外部20%左右。,46,结 语,一在进行“三防”设计时，应考虑成本。应选择那些成本低、效果好的“三防”设计措施。二在进行“三防”设计时，应与热设计、EMC设计、技术性能设计实施并行设计，进行权衡优化。三尽管“三防”设计方法很多，应根据不同环境使用的产品，采用不同“三防”设计方法。,47,结 语,四应根据设备具体情况，对那些对环境影响敏感的重点部位和部件，采用强有力的“三防”设计方法。五伴随科学技术在不断发展，涌现出一些新的更为有效的“三防”设计方法和材料，我们应不断研究、吸收和采用。,谢谢！,
