电子产品三防设计培训资料.

一.三防的基本概念1。三防的定义：防湿热、防霉菌、防盐雾腐蚀。（简称：防潮、防霉、防盐雾或三防）2。对三防定义的理解1）国外通称为防腐蚀技术2）“三防”的真实含义：凡是由大气（候）环境或设备的平台环境而引起的设备所有故障都属于“三防”防护的范畴。而不仅限于防潮、防霉、防盐雾。三防设计4.3三防设计1)定义根据电子设备寿命期环境剖面及三防等级要求,对其系统设备和某些特定单元及部件采取的防湿热,防霉菌,防盐雾腐蚀的设计思想,设计方法和防护工艺措施.2)原则a..将三防设计纳入到系统和设备的功能设计中,避免单纯的工艺防护和事后补救措施.b.按规范设计，避免设计的随意性。c.三防新设计,新工艺,新材料必须经试验、评审并制定典型工艺规范。d.设备及关键部件的三防性能,须按军标中有关规定进行试验,以满足必需的环境适应性要求.。e.跟踪设备在(使用)寿命期内所出现的三防问题。4.6主要术语4.6.1相关术语1）寿命期环境剖面（Lifecycleenvironmentprofile----LCEP）LCEP用以表征设备在整个寿命期内会暴露于其中的环境或环境的综合，LCEP应包括以下内容：a。从设备出厂验收、运输、贮存、使用、维修直到报废所遇到的环境应力的综合；b。每个寿命期阶段的环境条件相对和绝对限期出现的次数及频度的可能性。c。LCEP是设备制造商在设计前应了解的信息,包括：使用或部署的地域；设备要安装、贮存或运输平台；有关相同或类似的设备在此平台环境条件下应用状况。LCEP应由设备制造商的三防专家制定，是设备三防设计和环境试验剪裁的主要依据，它对要研制的设备在真实环境下的性能和幸存性方面的设计提供依据。它是个动态文件，一旦得到新的信息，它它应当定期修订更新。LCEP应在设备的设计规格书中环境要求部分出现。主要术语2）平台环境（Platformenvironment）设备由于被连接到或装载于某一平台上后而经受的环境条件。平台环境是由此平台和任何环境控制系统诱发或强迫作用造成的结果。3）诱发环境（Inducedenvironment）主要是指人为的或设备产生的某一局部环境条件，也指自然环境强迫作用和设备的物理化学特性综合影响造成的任何内部条件。4）环境适应性（Environmentaladaptability）电子设备、整机、分机、元器件以及材料在预期的环境中实现其功能的能力。主要术语4.6.2.环境类型和三防等级环境类型防护等级环境(自然)类型的说明民用军品A类A二级温湿度受控的室内或被密封的有限空间内.B类B一级不受控的环境,偶尔会R.H100%如仓库,地下室,户外简单遮蔽等.C类C恶劣环境如：海上舰船,岛屿或距离海岸,盐碱地3.7Km；冶炼，化工，皮革厂1~3Km受有害物质（酸，碱，盐。SO2H2S等）侵蚀。D类D暴露在高真空和高辐射下.(高冲击、振动）4.6.3结构件分类-----按所处环境划分1)“Ⅰ”型表面和“Ⅱ”型表面分类定义Ⅰ型(暴露)表面TypeⅠ(exposed)surfacesⅠ型表面是指当设备处于工作或行进状态时,直接暴露在自然环境中的表面或能受自然环境因素直接作用的表面。自然环境因素包括：温度,湿度,雨,雪,盐雾,日光及风沙等。例如，直接暴露在上述环境中任何设备的外表面都是Ⅰ型表面。Ⅱ型(遮蔽)表面TypeⅡ(sheltered)surfacesⅡ型表面是指当设备处于工作或行进状态时,不直接暴露在自然环境中的表面，并且不会受到雨,雪,日光及风沙等直接作用的表面。如电子设备方仓的内表面，户外机柜的内表面及内部的结构件。结构件分类-----按所处环境划分2)结构件分类a.Ⅰ型结构件：处于Ⅰ型面的结构件。b.Ⅱ型结构件：处于Ⅱ型面的结构件。5.环保设计-----指令及禁用物质①文件(指令)WEEEDirective(欧盟议会和欧盟理事会关于报废电子电气设备指令)DirectiveoftheEuropeanParliamentandoftheCouncilonWasteElectricalandElectronicEquipmentRoHS(欧盟议会和欧盟理事会关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指令)DirectiveoftheEuropeanParliamentandoftheCouncilontheRestrictionoftheUseofCertainHazardousSubstancesinElectricalandEquipment.②从2006年7月欧盟市场禁用以下物质：铅汞六价铬镉多溴联苯(PBB)聚溴二苯醚(PBDE)等6种有毒物质。环保设计----回收率、环保标识③回收率回收率增加至设备重量的75%以上。组件、材料和物质再利用和再循环将增加至设备重量的65%以上。④环保标识为便于分类收集生产者对投放市场的电子电气设备印有适当标志。标识：环保、分离回收、回收材料、设备分拆、包装材料等标识。环保设计----禁用物质的限量序号禁用物质极限含量（PPm）1石棉及石棉化合物02氯氟烃和碳卤化合物（一、二级臭氧耗损物）03卤代二恶英和呋喃04铅及其化合物(乙酸铅、硝酸铅、硫酸铅）8005汞及其化合物1006镉及其化合物757六价铬及其化合物9008多溴联苯（PBB）及其衍生物如多溴联苯醚（PBDE）多溴联苯氧化物（PBDO）9009多氯联苯及其衍生物（PCTS）56.三防的主要案例6.1三防设计的重要性及典型案例分析.根据多年的统计分析：事故中属设计不当或设计错误占80%由加工或工艺问题占20%6.2造成三防事故的主要原因：①没有设计规范的支撑、造成设计的随意性；②对产品的（寿命期）环境剖面缺乏了解；③认识上的片面：把三防技术仅看作是工艺问题；④缺乏对三防（自上而下）管理的力度。三防失效案例一：选材错误海上（舰船用）电子设备模块材料选用LY12（2A12），军检湿热240h，长白粉。采用喷三防漆保护。海上使用一年后，漆层底部长白粉（误认为长霉）应选用LF系列防锈铝合金或者LD31（6063）；不选硬铝。LY-12硬铝潮湿试验后腐蚀图片铸铝在潮湿环境下腐蚀图片有色金属材料的选用----铝几种铝合金性能比较材料抗张强度Mpa抗蚀性(无包铝)中性盐雾试验(h)机械加工性能H112OT4T5T65A06295315＞100切削性好光洁度高变形小6061271＞100切削性好光洁度高变形小6063164210＞100切削性好光洁度高变形小2A12235235405＜24切削性差变形大三防失效案例二：电偶腐蚀钛合金天线行架与铝合金接触，在沿海工作不到一年，由于电偶腐蚀而散架，无法修复。铝合金盖板与镀银件接触导致铝合金腐蚀。镀银模块于铝合金底座接触，导致铝底座腐蚀。镀银器件安装在铝合金面板上，湿热试验后导致铝面板腐蚀，器件外壳改为镀镍后，通过试验。SMA高频连接器，用镀锌螺钉，在湿热环境6个月后，彩锌螺钉生锈，应选用不锈钢紧固件。腐蚀案例三防失效案例三：应力腐蚀海军某舰，天线采用钢管焊接涂漆，二年后焊接处锈蚀而断裂。C类环境焊接处应力腐蚀三防失效案例四：工艺设计（流程）错误机柜侧门镀彩锌后喷烘漆或喷粉（内侧未喷或局部需导电而保护），湿热试验后镀锌部位长白粉。镀锌表面丝印文字符号，经高温烘拷后，彩锌钝化膜失效，湿热后长白粉。三防失效案例五：对环境剖面了解不够在东南沿海、海南等盐雾地区工作的电子设备PCBA断线、器件失效。该地区湿热、盐雾沉降量大或尘土中含盐而导致电化学腐蚀的结果。C类环境铝合金选用不当腐蚀C类环境紧固件及结构件锈蚀C类环境设备的紧固件锈蚀情况C类环境电缆橡胶密封套开裂漏水C类环境波导法兰漏水、结构件锈蚀三防失效案例六：设计思想海岸、舰船大、中型密封腔（如天线罩）积水这是因为：暴露于大气的密封件不可靠；一旦密封失效，内部积水形成R·H100%应设计成开放式结构，可采用防水透气阀（压力平衡器）使内腔与大气相通。三防失效案例七：不规范设计某埋地设备由于采用平垫（拼接）造成雨季漏水。正确设计：低应力压缩密封，应采用“O”形圈或“D”形圈，不采用平垫。三防失效案例八：户外结构件锈蚀户外设备（C类、B类环境）钢结构件锈蚀；紧固件锈蚀。解决方案：①采用奥氏体不锈钢②采用热浸锌（喷锌或喷铝）+喷漆（底漆+面漆150~200微米）重防护体系。③紧固件选用不锈钢（奥氏体）。C类环境钢结构件锈蚀户外钢结构件(C类环境)腐蚀严重B、B类环境钢结构件工艺处理不当导致锈蚀三防失效案例九：包装(储存)失效某厂军品显示器线路板采用铝塑真空包装,储存在长江流域（有霉雨季），二年后、发现有长霉：a)扁平电缆表面严重长霉；b)减振橡胶板（不是硅橡胶）有白色点状霉点；c)连接器塑料件长霉；d)纸标签（涂漆）长霉；e)铝合金结构件长白粉。原因：可能是热压封口处漏气，潮湿气进入，湿热的局部环境在高温环境下长霉。案例十:C类环境材料与器件失效1.热缩套管长霉某些热缩套管在高湿热环境下会长霉,对这类材料需进行优选.2.连接器锈蚀在C类环境下,连接器不可采用铝合金镀镍,因为镍层对铝基体而言是阴极镀层.铝合金会被腐蚀.应采用奥氏体不锈钢壳体.案例十一:C类环境下微波器件密封失效腐蚀案例工作在C类环境的微波器件通常是被密封在壳体内，即由C类环境转为A类或B类环境。当密封失效后，微波器件将被腐蚀。C类环境密封失效微波器件腐蚀C类环境下密封失效微波器件腐蚀腐蚀分析三防失效案例十二：选材重于防护(工艺)用于C类环境的结构材料采用铝合金的总成本(包括维护成本和风险)要优于钢构件.某些结构件采用不锈钢会更合算.采用工程塑料复合材料(SMC),由于可批量生产和耐蚀性好,是降低成本的方向.典型案例分析1.3简单的总结①必须按设计规范设计-----做到有章可循,有法可依,减少设计上的随意性.②选材重于防护(工艺).③设计思想(方法论)重于设计技术.④需注意的几个问题:电偶腐蚀应力腐蚀缝隙腐蚀处理好降低成本与维护成本(可靠性成本)的关系.注重整个寿命期环境剖面的防护.二.环境(自然)适应性设计1.环境条件分类a.按自然气候分：如湿热、干热、暖温、寒温、寒冷……b.按产品所处状态：如运输、贮存、使用等；c.按产品使用场合：室内、室外、舰船、车载、机载……d.按环境因素的属性：如气候、机械、生物、电磁、特殊介质…第四种分类法是70年代后期国际电工委员会推荐的分类法，适合于电工、电子产品。环境(自然)适应性设计2.气候类型与环境因素气候类型日平均值的多年平均值低温℃高温℃当RH≥95%时最高温度(℃)最高绝对湿度(g/m3)恒定湿热+17+33+3132湿热+12+35+2827极干热+8+43+2624中等干热+0+35+2422干热-10+35+2320暖温-15+30+2017寒温-29+29+1815寒冷-45+25+1312极冷-55+26+18143.环境因素及其影响3.环境因素及其影响3.1温度3.2湿度3.3粉尘3.4盐雾3.5游离腐蚀性气体(SO2H2SSO3-)3.6霉菌3.7昆虫,啮齿动物3.8太阳辐射（紫外线、臭氧）3.1温度的影响环境因素影响因子典型故障模式高温材料热老化加速金属氧化结构变化设备过热绝缘失效触点电阻变大EMIS材料电阻变坏元器件(IC)损坏,焊点脱开,着火等导热脂,润滑脂流失,失效.橡胶,塑料膨胀,变形.机械故障(卡死)低温凝露,结冰脆裂物理收缩元器件失效导致性能变坏；橡胶,塑料及元器件失效；结构变化,引起泄漏；某些器件在超过其限度后性能下降或失效。温度冲击机械应力结构件失效,焊接,焊点开裂,粘接和灌封件损坏，涂层开裂、脱层等。温度的影响1）温度有利一面高温对驱潮湿有利，并可防止凝露及露点的产生。2）负面影响当设备工作时会产生热量，机柜内部气压升高而气体外溢。而不工作时气温下降，则外部湿气及污染物会进入机柜内。3.2湿度设备和工程材料腐蚀过程中,水是主要的介质.当大气中RH＜20%几乎所有腐蚀现象都停止.因此防潮是三防中最重要的一环.