标准电子模块耐腐蚀设计与制备方法研究

胡国高

（中国电子科技集团公司第十研究所，成都 610036）

引言

近年来，随着武器装备和电子技术的发展，模块综合化的电子装备越来越广泛地应用在各种军事平台上，其中舰载设备的环境适应性要求很高[1-4]，基于传统的结构设计形式及制备工艺技术无法满足型号的环境适应性要求，在型号的环境适应性摸底试验以及其它类似型号的鉴定试验结果中也暴露出基于传统设计与制备方法的装备环境适应能力不足的问题，问题涉及基材腐蚀、导电橡胶条腐蚀导致电磁屏蔽效能降低乃至失效、防护层失效，不能按GJB 150A.11A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第11部分:盐雾试验》的要求通过192 h的中性盐雾试验或96 h的酸性盐雾试验。目前常用外表面涂料涂覆实现电子设备防腐蚀设计以满足产品耐海洋环境适应性要求。但涂料涂覆使用过程中易被划伤和局部破坏导致基材或功能性镀层裸露使其防护效能下降等问题；因此，必须开展可靠性更高、适用海洋环境的抗腐蚀标准电子模块的设计与制备方法。

1 材料选型设计

材料选择方面，为提高标准电子模块的耐蚀性，屏蔽壳体、盖板等结构件均采用防锈铝5A06，铭牌采用铝合金1060，锁紧起拔机构和标准螺纹紧固件均采用不锈钢316，印制板采用玻璃纤维环氧树脂覆铜板FR-4。

2 标准电子模块结构设计

为了解决标准电子模块在高湿、高热、高盐雾海洋环境下抗腐蚀、电磁屏蔽性能不下降与抗腐蚀矛盾等问题，降低导电密封橡胶圈腐蚀失效风险，本研究提供一种方法简便，能够提高抗腐蚀能力、维持电磁屏蔽效能和长期工作可靠性高的标准电子模块制备制造加工方法，以解决现有技术问题的不足。

结构外形设计方面，结合航空综合化电子设备特点，各个承制单位按照标准电子模块统一封装要求采用LRM模块结构设计形式，局部采用防积水结构设计形式。模块通过双峰密封条实现整体密封，隔绝外部环境，利用双峰密封条既能隔绝外部海洋腐蚀大气环境对内部电子线路、器件等的侵蚀，又能将屏蔽盒体与盖板联成密闭完整的金属屏蔽腔体，保证内部电子组件不受外界电磁干扰和对外产生电磁干扰，满足模块的电磁兼容性要求。

3 制备方法

标准电子模块的制备工艺流程见图2。

图2 标准电子模块的制备工艺流程

标准电子模块的详细制备工艺流程如下：

1）首先对作为标准电子模块的主体结构件屏蔽壳体进行数控铣削成型或一体化精密铸造成型，特别需要保证镶嵌双峰密封条的屏蔽槽加工精度。

2）然后依据铭牌设计要求采用铝合金1060化学腐蚀成型，底色为黑色，字符为白色，完成以后字符面喷涂三防清漆。

3）对屏蔽壳体和盖板等主要结构件进行彩虹色导电氧化处理，再利用表面处理保护工艺装备和保护剂对屏蔽盒体和盖板进行局部保护，保护完成后进行局部微弧氧化处理。

4）对完成贴片的印制电路板进行三防漆涂覆，将三防合格后的印制电路板机械装配在屏蔽壳体内部，接着依据电路接线图完成电装接线，对焊点进行三防漆涂覆。

5）在电性能测试合格后将双峰密封条安装在屏蔽壳体或盖板的密封槽内，标准螺纹紧固件采用湿装配把盖板装配上，标准电子模块完成制备。

4 试验和应用验证

4.1 试验验证

2018年9月，对根据本设计方案制备的模块进行了环境试验，按照GJB 150A.11A-2009 《军用装备实验室环境试验方法 第11部分:盐雾试验》要求完成了192 h的酸性盐雾试验，试验后样品外观检查无异常，说明模块通过了GJB 150A.11A盐雾试验。试验模块和报告结论如图3所示。

图3 试验模块和报告结论

4.2 应用验证

图1 标准电子模块耐海洋环境腐蚀的结构设计形式

在通过环境试验验证后，根据本设计方案制备的模块已应用于某型海军直升机、某型侦察机等机载平台，经过近两年来的实际使用，模块未出现腐蚀或电磁屏蔽相关的问题，说明目前本设计制备方法可行可靠。

5 主要技术点

5.1 材料选择

为提高标准电子模块的耐候性可靠性，密封采用外圈硅橡胶材质内圈导电橡胶的一体化双峰密封条。其中，外圈硅橡胶部分阻止腐蚀介质浸入设备内部，内圈导电橡胶部分与结构屏蔽金属壳体组成一个有效电磁屏蔽体，达到电磁评屏蔽要求；模块加工组装性能良好，防护能力较强。

5.2 表面处理加工

表面处理加工方面，所有表面均导电氧化处理形成导电氧化膜，再通过保护工装对产品零部件进行微弧氧化前处理保护，能够保证微弧氧化处理过程中不会产生移动。装夹保护好后在双极性微弧氧化电解液池中进行微弧氧化处理，在产品局部形成抗腐蚀性良好的微弧氧化膜层，达到耐海洋环境使用要求；最后将表面处理好的产品依据外观装饰要素涂覆相应颜色的氟聚氨酯磁漆完成表面涂覆。

6 技术优势

6.1 可靠性优势

基于标准电子模块的抗腐蚀模块，材质为防锈铝和双峰密封条（硅橡胶+导电橡胶），两者材质性能非常稳定，两者间电位差小，基本无电偶腐蚀风险，具有长期工作可靠性；结构形式上采用双峰密封条实现模块密封设计，既能防止腐蚀介质进入模块对内部电子电路造成腐蚀影响失效，又能形成内部电子电路接地回路，满足标准电子模块电磁屏蔽要求，大大提升了模块的耐海洋环境适应能力和不降低产品电磁屏蔽效能，因此采用该种设计实现的标准电子模块具有卓越的长期工作可靠性。

6.2 防护综合性优势

标准电子模块由屏蔽盒体和屏蔽盖板通过双峰密封条（外圈硅橡胶条）形成一个防腐蚀密封闭环回路，隔绝腐蚀介质与模块内部电子电路及功能器件接触，大幅提高了标准电子模块的耐腐蚀能力。同时，以双峰密封条安装槽为界，安装槽以外所有表面均采用耐腐蚀性能良好的微弧氧化处理，最后进行耐海洋环境装饰性涂料涂覆以满足产品外观颜色要求。通过微弧氧化+耐海洋环境涂料涂覆双重防护措施下，解决了产品使用过程中易导致装饰性涂料局部损伤后其耐蚀性不足的问题，大大提高了其耐蚀性。

6.3 成本优势

标准电子模块采用成熟度很高的设计和加工实现方法，精度设计合理且经济，制备工艺流程不复杂，加工装配无需繁琐的前处理和后处理，难度不大，可自动化装配，大批量制造成本不高，适合于大批量生产。

6.4 适用范围优势

传统的LRM模块通常是通过喷涂装饰性耐腐蚀涂料进行外表面防腐，其环境适用范围有限，通常执行一次任务后就需要检查外部装饰耐蚀性涂层是否被破坏，及时修补避免出现腐蚀；传统的LRM模块很少进行密封设计，即使密封设计也只考虑采用传统橡胶密封条或导电橡胶条进行单一功能，不能兼顾耐腐蚀和电磁屏蔽的功能要求，如需实现耐腐蚀性能和电磁屏蔽效能要求就需要开展更复杂的结构设计；耐海洋环境抗腐蚀标准电子模块可以随装备平台（如舰船、飞机、卫星、地面站等）检修保养要求一起进行维修保养，消除了每次任务执行前的检修保养，缩短了任务执行准备时间，同时以双峰密封条为界面的内部密封区域通过彩虹色导电氧化与屏蔽腔体形成导电回路实现电磁屏蔽，外部区域通过局部微弧氧化+耐腐蚀性涂料涂覆与模块腔体形成腐蚀防护完整回路实现抗腐蚀功能要求。

7 结论

本文对耐海洋环境的标准电子模块防护设计进行了研究，通过结构设计、材料及表面处理方式选择、制备工艺流程设计，成功制备了耐海洋环境的标准电子模块，经盐雾（pH值=3.5±0.5）试验验证满足耐海洋环境适应性要求，取得了较为理想的使用效果。相较于传统的LRM模块，耐海洋环境的标准电子模块在可靠性、成本、防护综合性（耐腐蚀性+电磁屏蔽效能）、适用环境等方面均有明显优势。