三防设计技术讲座(新)

三防设计技术讲座------马骖1.三防技术的现状2.环境(自然)适应性设计3.三防设计技术讲座提纲一.三防技术的现状1.三防技术的发展阶段2.当前企业”三防”存在问题剖析3.三防体系的建立与技术管理二.环境(自然)适应性设计1.环境分类2.相关术语3.环境类型4.结构件分类5.环境因素及其影响6.环保设计三.三防设计技术1.三防设计的重要性及典型案例分析2.结构材料和工艺选择（A类、B类、C类环境）一.三防技术的现状1.三防技术的发展阶段1.1起步阶段(1963~1966)1)确定了”三防”的地位2)组建了三防技术队伍3)目标：仅停留于“工艺”防护缺乏顶层设计的全局观念三防技术的现状1.2初级阶段(1984~1990)通过”xx”总体设计---对”三防”技术抓总(自上而下)1)恢复了”三防”技术队伍2)由工艺防护转向优选材料3)重视”三防检测”及”三防认证”4)进展：恢复了“自上而下”抓三防三防技术的现状1.3发展阶段(1991~2006)由原电科院(现中电集团公司)专家组抓总,列入科工委预先研究课题.1)作为系统工程抓“三防”2)由工艺防护转向”三防设计”3)完成了电子行业”三防统测”工作4)完成了”三防手册”的编写5)开始编写设计规范性文件及管理办法1.4当前业界三防设计技术的状态1)由于多种原因处于缓慢发展状态人员变动领导变更急功近利2)军方及用户比生产厂(所)更重视3)大型民营企业重视程度高于军品4)认识上的差异------抓基础力度不够,缺乏长远规划.2.当前企业”三防”存在问题剖析2.1观念上的差距1)对三防重要性认识不够或缺少方法2)只重视”工艺防护”忽视“三防设计”3)领导(技术)找不到突破口或仅停留在技术层面上,未在管理上下功夫.2.2认识上的“滞后”绝大多数“三防”问题是在产品研发后期或使用中发现,由于“三防”不是直接创造“效益”,往往在前期被忽略,而一旦发现问题,只能事后补救.论证阶段方案阶段工程研制阶段定型阶段生产使用阶段存在问题剖析2.3如何解决1)领导重视（有专人负责）按“三防设计的管理规定”程序，“自上而下”抓。做到每个环节都在可控范围内。2)建立”三防体系”；3)重视三防设计；逐步完善并优化“三防设计规范”；逐步做到按规范设计；避免设计的随意性。3.三防体系的建立与技术管理3.1定义----三防体系三防体系是为使电子设备达到三防技术要求而应具备的条件：1）三防设计专家及环境工程专家；2）电子设备三防设计指南及管理规定；3）三防设计文件及支撑性设计文件；4）三防检测及认证（QC）.三防体系的建立与技术管理设计指南管理规定设计文件支撑性设计文件三防体系设计文件----第一层次第一层次----管理性文件1.通用性的设计指南2.三防技术工作的管理规定三防体系设计文件----第二层次第二层次-----设计文件1.金属及非金属材料的选用设计规范；2.表面处理----金属镀层、化学转化膜及有机涂覆层的选用规范；3.结构件三防设计规范；4.PCBA敷形涂覆的材料和工艺；5.关键辅料的选用规范。三防体系设计文件----第三层次第三层次----支撑性设计文件1.关键工艺的工艺规范、作业指导书；2.关键材料和结构设计的试验数据、研究报告；3.产品、部件的质量控制、检测方法及三防试验数据；4.产品售后的三防性能（市场返回的三防事故定性、解决方案、结果）；5.结构件、外购件的三防性能及质量控制；6.其它有关三防质量控制的信息和文件。三防体系的建立与技术管理3.2三防设计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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.按规范设计，避免设计的随意性。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。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.。跟踪设备在(使用)寿命期内所出现的三防问题。三防体系的建立与技术管理3)三防设计应具备的条件有专职或兼职的领导(负责顶层设计）有专业从事三防设计的专家(编制设计规范及专项工艺)逐步完善”三防设计规范”及三防体系建设有称职的专职检验（环境工程专家）(QC)4)目标：按规范设计避免设计的随意性。三防体系的建立与技术管理3.3三防的技术管理(SJ20812—2002)1)组织管理---有领导及建立三防设计师制度2)建立三防技术协调组3)三防等级的确定4)过程管理5)主要工作三防体系的建立与技术管理4)过程管理论证阶段方案阶段工程研制阶段定型阶段生产使用阶段----三防设计师应全方位参与并制定各阶段工作计划.5)主要工作a.参加调研,了解环境剖面,平台环境,任务剖面.b.编制三防设计指南,c.提出急需解决的专项课题,协助计划部门实施专题(滚动)计划.d.引进三防新技术,新材料,新工艺.e.组织编制设计(工艺)规范.f.汇总及反馈三防设计,工艺,材料有关问题的信息,提出解决办法.二.环境(自然)适应性设计（1）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）1.1.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+1814环境(自然)适应性设计（3）2.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。环境(自然)适应性设计（4）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。环境(自然)适应性设计（5）3.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）环境(自然)适应性设计（6）4.结构件分类-----按所处环境划分4.1“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。环境(自然)适应性设计（7）4.2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。环境(自然)适应性设计（8）4.2结构件类型按设备工作时所处的自然环境,将结构件分为Ⅰ型结构件和Ⅱ型结构件两类.除安装或工作时能与自然环境直接接触的外露零件外,大多数零件属于Ⅱ型结构件.环境类型结构件类型A类只有Ⅱ型结构件B类除户外只有简单遮蔽的外壳属于Ⅰ型结构件,其它属于Ⅱ型结构件.C类外壳及附件、天馈系统是Ⅰ型结构件.密封件内部无论何种类型的外部环境,其内部属A类环境.无论何种类型的外部环境,其内部都属于Ⅱ型结构件.Ⅱ型结构环境(自然)适应性设计（9)-----6.环境因素及其影响5.环境因素及其影响5.1温度5.2湿度5.3粉尘5.4盐雾5.5游离腐蚀性气体(SO2H2SSO3-)5.6霉菌5.7昆虫,啮齿动物5.8太阳辐射（紫外线、臭氧）5.1温度的影响环境因素影响因子典型故障模式高温热老化加速金属氧化设备过热粘度下降蒸发结构变化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。5.2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.当RH达到60%时,设备表面层会形成2~4个水分子厚的水膜.当有污染物溶入时,会有化学反应产生.当RH达到80%时,会有5~20个分子厚的水膜,各种分子都可自由活动当有碳元素存在,可能产生电化学反应.临界湿度`(CriticalR·H）-----一种物质明显吸收水份的湿度。例如：a。氯化钠：当在20℃时，CRH为75%b。铁或钢：当在20℃时，CRH为65%c。锌合金：当在20℃时，CRH为70%水分子很小，足以能穿透某些高分子材料的网状分子间隙而进入内部或通过涂层的针孔而达到底层金属产生腐蚀。潮湿----冷凝对电子设备而言，潮湿是以三种形式存在：雨水，冷凝和水汽。水是电解质，能溶解大量的腐蚀性离子对金属产生腐蚀。当设备的某一处的温度低于“露点”（温度）时，该处表面：结构件或PCBA会有凝露产生。影响电路板的主要是凝露和灰尘，当凝露的水分蒸发后，污染物就会以一圈的形式残留在电路板上，其中硫酸盐占的比例为25~60%，这一圈将是吸附潮湿，腐蚀PCB及器件的源头。潮湿同时是酶菌、盐雾的载体。潮湿-----湿热的影响破坏防护渡层，加速电化学腐蚀；结构件锈蚀，影响外观及功能；对电路板（PCBA）可产生电流泄漏、信号串扰、枝晶生长、导线断开；绝缘材料受潮使绝缘电阻和耐压水平下降，造成短路、爬电、飞弧甚至于火灾。射频接口对潮湿更敏感；微波器件功率下降，甚至于失效；EMIS衬垫/铝合金