电子设备的三防设计研究

吕春辉 陈颖芳

摘  要：环境不仅和人类的生活息息相关，也对各类电子设备的使用寿命和稳定性产生重要的影响，好的三防设计能有效的减少环境对设备的影响，增加设备的可靠性，提高设备的使用寿命，是电子设备能在各种复杂环境条件下得以正常运行的基础。因此，不断提高电子设备的三防性能和耐受各种恶劣环境条件的适应性，是电子工业设计、研制、生产领域亟待解决的技术问题。如何做好三防设计是电子设备设计必须考虑的一个重要环节。

关键词：环境  电子设备  三防设计  电子设备设计

中图分类号：TN07                             文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）10（b）-0039-04

Abstract： Environment is not only closely related to human life， but also has an important impact on the service life and stability of all kinds of electronic equipment. A good three-prevention design can effectively reduce the influence of the environment on the equipment. Increase the reliability of equipment and prolong the service life of equipment.It is the basis for the normal operation of electronic equipment under various complex environmental conditions.Therefore，it is an urgent technical problem to continuously improve the three-prevention performance of electronic equipment and its adaptability to various harsh environmental condition in the field of electronic industry design， development and production. How to do a good job in three-prevention design is an important link that should be considered in the design of electronic equipment.

Key Words： Environment; Electroinc equipment; Three-prevention; The design of electroinc equipment

人们把电子设备的防湿热、防霉菌、防盐雾腐蚀称之为三防，三防技术是针对电子设备开展的有关环境条件、耐环境设计、工艺防护、试验技术等方面的试验研究及其工程应用的一项技术，是电子设备的重要战术指标之一，也是考核、鉴定产品环境适应性与可靠性、研究产品故障原因与失效机理、改进和调高产品质量的重要手段。

1  三防技术研究和解决的主要内容

1.1 环境条件及其影响

环境条件是指设备在制造、贮存、运输和使用中可能遇到的一切外界影响因素。环境条件包括自然环境条件和诱发环境条件或者两者的组合。自然环境是指存在于自然界的条件，如气象条件、辐射条件等。诱发条件是指人为的条件，如运输和装卸过程的机械冲击、电磁辐射等。

环境的分类：按自然气候分，如潮湿、干热、湿和、寒冷、高原、海洋等;按产品使用场所分，如室内、室外、舰载、车载、机载等;按产品所处的状态分，如运输、贮存、使用等;按环境因素的属性分，如气候、机械、生物、电磁、特殊介质等。

电子设备在从研制、生产直至报废的整个寿命周期内，通常要经历装运、贮存和实际使用三个主要阶段，在这三个阶段中，设备将经历各种事件，受各种环境因素的作用，影响产品的性能和可靠性，因此环境条件是产品结构设计、材料选择和表面防护等的主要依据之一。

三防技术研究的首要内容，必须弄清楚环境条件对研制、运输、贮存和使用中产品的影响及其规律，以便提出产品环境工程管理大纲、耐环境设计规范、三防工艺措施、制定出有关设备的环境条件严酷等级。三防考核条件和方法。

1.2 防护技术措施

电子设备工作环境多种多样，环境对设备的影响有单因素的，也有多因素的综合影响。为满足电子设备的环境适应性[1]及技术指标要求，保证产品质量，降低成本，从设计阶段开始，在考虑产品电性能、结构、机械强度满足使用条件的同时，还应考虑腐蚀的防护和控制问题，采取相应的三防技術措施。

电子设备的三防保护措施主要有以下几个方面：

（1）进行三防结构设计和防护设计。

（2）采用不受温度、湿度、盐雾、霉菌等侵蚀的材料和保护层。

（3）采用排除湿气、冷却、灭菌灯措施，改善设备的使用环境。

（4）利用蜜蜂、包装、表面涂镀覆等技术，防止腐蚀介质接触材料表面。

（5）定期检查维修，在腐蚀作用达到破坏前予以排除。

电子设备的防护技术包括以下几个方面：

（1）采用耐腐蚀的材料[2]。一般有金属和非金属两类，金属如铝合金、钛合金、合金钢等，或采用贵金属镀覆，如镀金、铂等，或采用金属钝化或阳极氧化表面，或采用适当的热处理方法，提高材料的耐腐蚀性;非金属如采用抗霉性材料，必要时可考虑使用防腐剂，采用吸湿性低的材料，选用耐臭氧和光老化的橡胶和弹性体，选用不会发腐蚀性气体，并与金属无接触腐蚀的材料，同时要注意材料间的相容性。

（2）降低环境严酷程度。抽空或排除空气污染，或充惰性气体替代空气，或利用过滤、干燥等排除湿气，冷气设备防止过热，变质老化，采用缓蚀剂、杀菌剂，防止腐蚀气氛源，消除尘埃和污染。

（3）保护材料和设备不受环境影响。表面采用涂镀覆保护[3]，进行密封设计，采用密封工艺。

（4）防护包装。合理选择包装等级和包装设计，确定保护种类、包装方法。如机械防护包装，防水包装、防潮包装、缓冲包装、防锈包装和防霉包装等，选用有效的防锈材料[3]。

2  三防设计的具体实施过程

2.1 设计阶段

根据电子设备工作平台以及可能遇到的恶劣环境，提出三防设计要求;指定三防设计管理工作计划，明确各个阶段应达到的目标;确定三防等级。

任命三防设计师来负责以下任务：

（1）参与设备方案论证并编制三防设计指南。

（2）协助设计师编制三防设计任务书。

（3）提出三防技术关键性课题，协助计划部门组织实施。

（4）确保在研制和生产各个阶段，贯彻执行三防设计指南和三防设计任务书;解决产品研制过程中的三防技术问题。

（5）引进国内外最新三防技术，以及有关新材料、新工艺，组织有关人员进行试验验证和实施并将已成熟的新设计、新工艺编制成典型通用设计规范和典型工艺技术文件。

（6）对产品在使用，维修过程中的防护性能和三防设计及工艺上的缺陷等反馈信息汇总，汇报并提出解决办法。

建立三防技术协调组，以利于三防设计管理的分析、决策，及时发现问题和采取措施。三防技术协调组由计划管理人员、电路设计人员、工艺设计人员、三防设计人员、质量保证人员和物资供应人员组成。三防设计师提出三防设计任务书，由电路、结构、工艺、三防设计师和设备负责人共同确定，经评审后分解各个步骤，然后下达给课题组、生产、加工现场的工艺人员。

电子设备一般由印制电路板、模块、零部件和机箱组成。

结构设计师根据设计任务书的要求，提出需解决的关键性课题和新材料、新工艺项目，使三防设计落实到可靠的材料、工艺基础上，贯彻到产品中;正确的选用材料，采用合理的结构设计和可行的加工工艺，根据电子设备所处的环境，选择正确的有机涂层，确定设备的制造和装配环境以及合理周密的产品包装、运输和贮存。

2.2 生产加工阶段

设备机箱由结构师完成图纸设计后，由机加工车间进行机箱及其零、部件的生产，然后按照设计任务书要求对机箱进行三防处理，三防处理一般有粉末涂覆和表面氧化处理两种形式，粉末涂覆的一般流程如下：

表面预处理→水洗、烘干→补平、打磨、除尘→禁喷处保护→喷涂操作→热固化→撕掉保护纸→检验→返工品处理→合格品存放保护。

印制电路板由电路设计师设计完成后，进行生产、装配，然后由工艺师与电路设计师共同商议确定电路板的三防保护位置（不喷涂区域），然后由操作人员进行三防保护及喷涂操作，具体过程如图1所示[4]。

除了机箱和电路板需要进行三防处理，还有些零部件也需要进行三防处理：

对变压器绕组、线圈进行绝缘浸渍处理，经过浸渍处理的绕组提高防潮能力，增加了粘接强度，在冲击振动时不会产生位移或短路;浸渍的工艺过程如图2所示。

对变压器、电子组件等采用环氧、聚酯、聚氨酯或有机硅等材料进行灌封，灌封后的产品不但提高了防湿热、防霉菌、防盐雾腐蚀的能力，而且能够承受高的冲击振动等更加苛刻的环境条件，保证部件的正常工作。灌封[5]的工艺流程如图3所示。

机箱、电路板及其零、部件通过三防处理后由装配人员进行电装和机装处理，完成电气连接，再由调试人员完成调试。调试后对整机机箱进行固化，对接插件进行三防处理，接插件的三防处理有图保护漆、灌封、套防护套以及点高抗撕硅橡胶等措施。

2.3 环境试验

环境试验是为了考核产品在规定时间内，规定环境因素下，完成规定功能的可靠性评价活动[6]。

环境试验的目的：一是研究各种环境对设备产生的影响，用以提高产品预期使用环境的适应性;二是对研究成熟和生产的产品进行鉴定和验证，以便确定产品对环境的适应能力。

调试完成的设备通过筛选试验，来发现设备的固有缺陷或故障，为修改设计提供依据，通过模拟实际环境的高低温试验、振动、冲击以及湿热、霉菌、盐雾试验等来确定设备的环境适应性和可靠性。

3  三防设计的评价

三防评价是指通过试验和检测等手段对电子设备及材料三防性能进行评估的一项综合性技术，对提高设备及材料的环境适应性有极大的促进作用，通过三防评价：可以確定是否达到预计的三防技术要求，比较与其他电子设备或者材料三防性能、质量和工艺的差异;可以发现缺陷，分析原因，提出改进措施，提高产品的三防性能;可以了解环境因素对电子设备及材料的影响，腐蚀机理和破坏形式，以确定更加具体的防护类型及措施。

三防设计评价涉及试验标准、试验方法、试验程序、试验条件、试验量级、考核指标、评价指标、合格判据等方面内容。三防设计师根据设备方案、三防设计任务书以及环境试验过程中采集的数据来评价三防设计是否满足设备的需求，如不满足，找出原因，经改进后再进行试验和评价，如此反复以促使提高电子设备的三防性能。

4  结语

三防技术是多学科的综合技术，三防设计的好坏直接影响电子产品的环境适应性及产品的寿命，合理的进行三防设计可以使产品的故障率降低50%～70%，提升产品的可靠性，增加产品的使用寿命。我们应该在三防设计领域继续努力，为电子产品提供更大的保证。

参考文献

[1] 沈静华.放入式电子测压器环境适应性研究[D].太原：中北大学，2018.

[2] 王丽.电子设备的三防设计[J].展望科技，2017（21）：152-152.

[3] 张俊.光电四框架光电转塔结构设计[D].成都：电子科技大学，2019.

[4] 王羚薇.军用电子设备的三防设计[J].电子技术与软件工程，2020（1）：68-69.

[5] 杨礼迦.电工电子设备的三防技术分析[J].电子世界，2019（4）：188-189.

[6] 程建.环境试验过程中产品防护的几点要点探讨[J].环境技术，2017（4）：12-14.