电子产品的防水方式及其发展趋势

吴广峰　宋伟玲

【摘 要】本文主要阐述电子产品防水设计的必要性，全面解析防水等级最新国际标准要求。分析电子产品常用防水结构类型、特点及应用。最后展望电子产品防水结构的发展趋势。

【关键词】电子产品；防水结构；防水等级

Waterproof Type and Development Trend of Electronic Products

WU Guang-feng1 SONG Wei-ling2

（1.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510641，China；

2.Modern manufacturing industry，Guangzhou light industrial senior technical school，Guangzhou Guangdong 510550，China）

【Abstract】This article mainly elaborates the necessity of waterproof design of electronic products，and comprehensively analyzes the latest international standard requirements of waterproof grade.Analysis commonly used waterproof structure type，characteristics and application of electronic products.Finally，forecast the development trend of waterproof structure of electronic products.

【Key words】Electronic products；Waterproof structure；Waterproof grade

0 前言

随着人类工业化进程的发展，越来越多的电子产品融入到人们的生活当中，为人们的生产、生活提供了极大的便利。比如人人必备的手机、笔记本电脑、数码相机、各种家用电器，还有用于公共安全监管户外摄像机、车载摄像机等等。但是电子产品的自身特殊性，决定了其核心部分集成电路板不能够接触到水，否则就会对产品造成不可逆的损害[1]。因此，电子产品的防水设计就成了重中之重，是必须考虑的问题。

根据产品使用环境不同， 电子产品的防水要求也不同。目前国际认可的外壳防护等级标准有“日本JIS标准（JIS C0920）”和“国际标准防护等级IP标准（IEC60529）”。我国的相关国标为GB4208-2008外壳防护等级，我国国标主要内容与国际工业标准外壳防护等级IP相同。外壳防护等级标准中，主要对产品的防尘和防水两个方面做出了明确的规定。就人们日常对于防水的定义来讲，防水性好的产品，防尘性能也是非常好的。因此在电子产品设计时，考虑更多的是产品防水性。

1 IP国际标准对于防水等级定义

外壳防护等级国际标准的最新版本为IEC60529-2013。防护等级IP的主要由IP后面的两位数字以及相应的后缀字母来定义，第一位数字表示防尘等级，第二位数字表示防水等级。比如某个产品的防护等级达到了IP67，就是说该产品可以在6级防尘测试条件和7级防水测试条件下使用，而不会损坏。对于防水等级，最新的国际标准对产品做出了10个（0-9）级别的定义，其中对应的防水种类及意义如表1所示[2]。

2 电子产品常用防水方式

电子产品一般由外壳、PCB板、紧固件、辅助零件和线材五个基本部分组成。外壳由于裸露在外部，所以一般来说承担防水性能的都是外壳以及相关的辅助零件。目前电子产品主流的防水方式有以下五种：1）弹性元件；2）密封胶；3）防水双面胶；4）超声波焊接；5）二次注塑。

2.1 弹性元件

此类防水结构在电子产品中最为常用，常见O型圈，硅胶、橡胶垫圈均属此类。其原理是采用硅胶、橡胶等弹性好的材料做成不同的截面形状，弹性元件装配后受压变形，对结合面两侧持续产生一定的压力，进而起到防水作用。常见的弹性元件截面形状如图1所示。

弹性元件防水的优点是装配方便、成本低、可反复拆装、防水效果好，正常情况下，防水等级可以达到IPX7以上。因此，弹性元件防水结构广泛应用于手机、相机、监控摄像机、豆浆料理机等电子产品中。比如监控摄像机的玻璃视窗口、防水电池盖。

此种结构的防水性能好坏与弹性元件的压缩量和配合面形位公差有关，以常见的硅橡胶密封圈来说，压缩量经验值为[4]20%-30%，能达到较好的防水效果，且能保证密封圈的使用寿命。另外配合面光洁度、平行度好，装配后防水效果越好。

2.2 密封胶

密封胶是指随密封面形状而变形，不易流淌，有一定粘结性的密封材料。是用来填充构形间隙、以起到密封作用的胶粘剂。具有防泄漏、防水、防振动及隔音、隔热等作用。电子产品上常用的密封胶是硅酮密封胶，它是以硅橡胶主要原料，辅以交联剂、填料、增塑剂、偶联剂、催化剂在真空状态下混合而成的膏状物，在室温下通过与空气中的水发生应固化形成弹性硅橡胶。

硅酮密封胶优点：1）优异的电气性能，2）对于基板没有腐蚀，3）耐候性能和抗老化性能好，适用温度范圍-60～280℃。

密封胶防水主要缺点是不可反复拆装。一旦装配后密封胶固化，再次拆开后固化后胶体被破坏，即失去防水性能，另外如果使用覆盖式填充的灌封胶，会阻碍产品散热。

电子产品结构设计时，防水配合面上通常要留有打胶的凹槽。密封胶防水通常适用于不拆或极少拆装的部位，比如监控摄像机的出线孔位置。

2.3 防水双面胶

双面胶是我们常见的办公用品，具体到电子产品上，特别是有面板的电子产品，使用最多的是防水双面胶。3M双面胶是最常用的品牌。广泛应用于电脑、手机、通讯、家用电器、视听设备、汽车等产品中，选用时我们可以根据粘接面的材质和粘接要求，选用合适的双面胶牌号。

3M双面胶产品已经系列化，不同基材、不同厚度的双面胶，适用范围也不同。比如泡棉基材双面胶具有柔软、贴服性好、初粘性和持粘性好、抗溶剂性和抗紫外线好等优点，一般厚度为0.4-1.0mm，短期耐温130-150℃，长期耐温80-93℃，适用于空调器、各类面板、通讯产品的粘接，可代替螺丝固定设计，使产品更美观。

2.4 超声波焊接

超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15-40kHz高频电能。高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化，使结合面牢固的连接在一起。

超声波焊接的优点是热量只集中在焊接部位，焊缝牢固而美观，几乎所有的塑料都可以采用超声波焊接。不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂，具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。超声波焊接防水性能可以达到IPX7以上。

超声波焊接的主要缺点：1）受设备功率的限制，焊件厚度不能太厚。2）对产品结构设计要求很高，配合件要有足够的强度、精准的定位、合理的焊接线形状和位置等等。任可一个因素都有可能导致产品批量不合格。也正因如此，超声波焊接在电子产品防水上应用并不算多，常见有手机壳、电池壳、充电器外壳、U盘等不可拆组件。

2.5 二次注塑

二次注塑成型是一种特殊的塑料成型工艺，也称套啤或者包胶。是一种将某种塑胶原材料在一次的塑胶模具内成型后，将成型后的零件取出，放入二次成型的模具内再次注入同种或者另外一种塑胶材料成型的工艺。

二次注塑成型可以使产品的表面充满柔感，还可以增加产品功能性与附加值。例如减噪、减震、防水、防撞等等。目前在手机保护套、线材接头中应用比较广泛。就防水功能而言，二次注塑的两种材料如果融合性好的话，产品防水性能可以达到IPX7以上。

3 电子产品防水的发展趋势

网络购物和第三方支付平台的崛起，大大方便了人们的生活。手持式电子产品如手机、平板电脑渐渐成为我们的必需品。这一类产品的发展趋势是更加轻薄便携，但传统的防水结构显然不能满足轻薄化的要求，消费类电子产品急需一种更先进的防水方式。

PCBA防水纳米涂层技术较好的解决了这一问题，工艺原理是将PCB上的元器件全部贴片完成后在生产线加入一道工序，就是将线路板直接在纳米防水液中浸泡，浸泡时间只需3-5秒，取出后自然常温晾置10分钟左右即可装壳，非常方便，无须购置镀膜机之类的设备，结膜也很完整。手机PCBA防水，特别是涂层式防水技术将有可能随着iphone7采用PCB涂层防水而成为趋势。

PCBA防水纳米涂层为消费类电子产品进水赢得了急救的时间，让生活当中手机意外落水后有补救的机会，但这种防水方式并不支持长时间水下工作，仅通过PCB纳米涂层这样的超薄涂层很难获得IPX6以上的防水性能，须辅助以外观结构防水设计和其它辅助防水手段才可以使手机整机达到IPX8级别[5]。

【参考文献】

[1]卢璟，陶晋，李亦芒.电子产品的防水设计[J].机械，2008，35（7）：52-54.

[2]盛海华，王李芳.电子产品的防水方式设计[J].电子制作，2013（10）：191-191.

[3]IEC 60529-2013.Degrees of protection provided by enclosures（IP Code）[S].

[4]吴广峰，朱文坚.车载摄像头的防水结构设计[J].机电工程技术，2013（12）：96-98.

[5]http：//www.tisxc.com/html/jjfa/28.html[DB/OL].

[責任编辑：田吉捷]