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1、电子设备（产品） 三防设计2009年11月2009年11月1by WQY提纲n1、三防定义n2、三防发展和现状n3、三防设计的重要性（三防的原因）n4、三防设计简介（壳体、PCBA）n5、建立三防体系2009年11月2by WQY1、三防定义n防潮、防霉、防盐雾（国内）n防腐蚀设计（国外）nIEC68GB2423,电工电子产品基本环 境试验规程nMIL-810GJB150军用设备环境试验方 法2009年11月3by WQY2、三防发展和现状n发展 起步阶段：1963-1966，三防工艺初级阶段：1984-1990，工艺防护优选材料，三防 检测/认证，“自上而下”抓发展阶段：1991-至今，三防
2、设计，三防手册，规 范设计n现状缓慢发展 军方/用户比生产厂所更重视大型民营企业重视程度高度军品2009年11月4by WQY3、三防设计的重要性（三防的原因 ）n3.1常见三防问题（9个案例）模块长白粉（材料腐蚀）电偶腐蚀应力腐蚀镀锌长白粉 PCBA断线、器件失效密封腔积水设备漏水户外结构件锈蚀真空包装袋内长霉2009年11月5by WQY三防失效案例一：选材错误n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。n海上使用一年后，漆层底部长白粉（误认 为长霉）n应选用LF系列防锈铝合金或者LD31（6063 ）；不选硬铝。2009年11
3、月6by WQYLY-12硬铝潮湿试验后腐蚀图片2009年11月7by WQY三防失效案例二：电偶腐蚀n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。n铝合金盖板与镀银件接触导致铝合金腐蚀。n镀银模块于铝合金底座接触，导致铝底座腐蚀。n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。nSMA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。2009年11月8by WQYC类环境铝合金选用不当腐蚀2009年11月9by WQY三防失效案例三：应力腐蚀n海军某舰，天线采用钢管焊接涂漆，二年 后焊接
4、处锈蚀而断裂。2009年11月10by WQYC类环境焊接处应力腐蚀2009年11月11by WQY三防失效案例四：工艺设计（流程 ）错误n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。n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。2009年11月12by WQY三防失效案例五：对环境剖面了解 不够n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。n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。2009年11月13by WQY三防失效案例六：设计思想n海岸、舰船大、中型密封腔（如天线罩） 积水
5、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 RH100%n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。2009年11月14by WQY三防失效案例七：不规范设计n某埋地设备由于采用平垫（拼接）造成雨 季漏水。n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。2009年11月15by WQYC类环境电缆橡胶密封套开裂漏 水2009年11月16by WQY三防失效案例八：户外结构件锈蚀n户外设备（C类、B类环境）钢结构件锈蚀 ；紧固件锈蚀。n解决方案：采用奥氏体不锈钢采用热浸锌+喷漆（底漆+面漆150200微米 ）重防护体系。紧
6、固件选用不锈钢（奥氏体）。2009年11月17by WQYC类环境钢结构件锈蚀2009年11月18by WQY户外钢结构件(C类环境)腐蚀严重2009年11月19by WQYC类环境紧固件及结构件锈蚀2009年11月20by WQYC类环境设备的紧固件锈蚀情况2009年11月21by WQYC类环境波导法兰漏水、结构件锈 蚀2009年11月22by WQY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： 扁平电缆表面严重长霉；减振橡胶板（不是硅橡胶）有白色点状霉点；连接器塑料件长霉；纸标签（涂漆）长霉；铝合金结构件长
7、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。2009年11月23by WQY3、三防设计的重要性（三防的原因 ）n3.2原因环境因素及其影响温度湿度粉尘盐雾游离腐蚀性气体霉菌昆虫，啮齿动物太阳辐射（紫外线、臭氧）2009年11月24by WQY3.2.1 温度的影响环环境因 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
8、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。2009年11月25by WQY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。2009年11月26by WQY3.2.2 湿度n 设备和工程材料腐蚀过程中, 水是主要的介质. 当大气中RH20 %n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.n当RH达
9、到60 % 时, 设备表面层会形成 24 个水分子厚的水膜.当有污染物 溶入时, 会有化学反应产生.n当RH达到 80 % 时, 会有 520个分子厚的水膜, 各种分子都可自由活动n 当有碳元素存在,可能产生电化学反应.n临界湿度 (Critical RH ）-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 %n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。2009年11月27by WQY潮湿-冷凝n对电子设备而言，潮湿是以
10、三种形式存在：雨水，冷凝 和水汽。n水是电解质，能溶解大量的腐蚀性离子对金属产生腐蚀 。n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。n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2560 %，这一圈将是吸附潮湿，腐蚀 PCB及器件的源头。n潮湿同时是酶菌、盐雾的载体。2009年11月28by WQY潮湿-湿热的影响n破坏防护渡层，加速电化学腐蚀；n结构件锈蚀，影响外观及功能；n对电路板（PCBA）可产生电流泄漏、信号串扰、枝晶生长、导线 断开；n绝缘材料受潮使绝缘电阻和耐压水平下降，
11、造成短路、爬电、飞弧 甚至于火灾。n射频接口对潮湿更敏感；n微波器件功率下降，甚至于失效；nEMIS衬垫/铝合金产生电化学腐蚀而EMC失效。2009年11月29by WQY3.2.3 粉尘n粗尘：粗粉尘是直径在2.515微米的不规则颗粒, 一般 不会引起 故障, 电弧等问题. 但影响连接器的接 触. n细尘： 细尘是直径小于2.5微米的不规则颗粒, 细尘落在 PCBA（单板）上有一定的附着力，须通过防静电刷才 可除去。n细尘的腐蚀性很大，尤其是当含有腐蚀性的酸、碱、盐 时，当RH大于60%时，能透过阻焊膜或敷形涂层将铜导 线腐蚀断开。n粉尘+盐雾+湿热对PCBA的腐蚀最大-C类区域常见的 案例
12、。2009年11月30by WQY粉尘的成分n大气中的污染物有三种存在形态：以气体形式（H2S） ；悬浮的有机或无机酸（硫酸、盐酸）；离子悬浮棵粒 物。所有这三类形态都依赖于潮湿才起腐蚀作用。n气态腐蚀物在大气存在时间很短，会产生化学反应或被 地表吸收。而悬浮的颗粒吸附离子污染物沉降于电子设 备的内部而造成故障。这是野外电子设备失效的共同之 处。 n细尘中可溶性盐类的含量：不同地域 含量差别较大，沿 海和被污染环境最高含量可达20%以上。2009年11月31by WQY有关细尘的检测数据n某城市的一次细尘分析物质质含碳有机 物硫酸根离子碳元素物NH4NO3未知物含量 % 31289861820
13、09年11月32by WQY污染物的来源l硫酸根离子l酸雨-主要是燃煤产生SO2导致酸雨。l铅-酸蓄电池的排放气体l化工厂、电镀厂的排放物。 2） 卤素（氯离子）的来源l海洋大气环流，海风夹带的盐雾可深入大陆2050Km，悬浮于空 气被风扇带入设备内部。l土壤中含有盐碱（地）或在盐湖沙漠区域，沙尘中含有盐碱。2009年11月33by WQY粉尘的危害及防护l粉尘的危害性l由于粉尘沉降在PCBA表面, 产生电化学腐蚀, 故障率增加.l粉尘+湿热+盐雾对PCBA损害最大, 沿海、沙漠（盐碱地）、淮 河以南霉雨季节化工、矿区附近地区，电子设备故障最多。2） 粉尘的防护l密封或半密封l防尘网-必需定期
14、更换（须有备件及操作规程）l定期清洁处理（刷除或清洗）2009年11月34by WQY3.2.4 盐雾l盐雾的形成盐雾是海浪、潮汐及大气环流（季风）气压、日照等自然因素造 成，会随风飘落至内陆，其浓度随离海岸距离而递减，通常离海岸 1Km处为岸边的 1 % （但台风期会吹向更远）。2） 盐雾的危害性l使金属结构件镀层破坏；l加速电化学腐蚀速度导致金属导线断裂、元器件失效。 3）类似的腐蚀源l手汗中有盐、尿素、乳酸等化学物质，对电子设备回产生与盐雾 同样的腐蚀作用，因此在装配或使用过程中应戴手套，不可裸手 触摸镀层。l焊剂中有卤素及酸性物，应进行清洗，并控制其残留浓度。2009年11月35by
15、WQY3.2.5 有害气体l大气中污染物存在的形式l以气体形式,如 H2S SO2 O3 CO NH3l悬浮的有机酸和无机酸；l离子悬浮棵粒；这三种形态都依赖于潮湿才能起腐蚀作用。l局部微环境的有害气体l橡胶、塑料、油漆、PVC导线、包装材料释放的有害气体 ；l有害气体：H2S SO2 乙酸、甲醛、有机气氛、挥发性有 机硅类气氛等。lRTV硅橡胶固化时释放的有害气体-在密封机箱内, 禁用双组份缩合型硅橡胶；慎用RTV 单组份硅橡胶。2009年11月36by WQY有害气体的危害性1）银层变色H2S、SO2及其它含硫气氛在潮湿和紫外线作用下使镀银件产生化学 反应生成Ag2S。2）加速银离子迁移在
16、潮湿和有电位差的条件下，银离子会发生迁移，而H2S、SO2会加 速其迁移，结果是厚膜电路引线间短路而造成灾难性后果。3）镀层l阴极镀层：在潮湿条件下通过孔隙腐蚀底层金属；在电路板有电位差情况 下会产生枝晶生长、造成短路、电弧和潜在的失火源。l阳极镀层：对镀锌等阳极镀层会破坏钝化膜从而加速腐蚀。4）贵金属触点“中毒”2009年11月37by WQY3.2.6 霉菌的危害1) 霉菌的危害l霉菌吞噬和繁殖使有机材料绝缘性下降, 损坏而失 效.l霉菌的代谢产物是有机酸, 影响绝缘性及抗电强度 而产生电弧.l长霉表面影响外观.l防范l尽量选用不长霉的材料;l如必须加防霉剂需考虑其它因素.2009年11月38by WQY3.2.7 昆虫、噬齿动物（鼠害）n啃噬电缆,破坏结构,破坏绝缘.n垫窝引起短路.n鼠
