電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計與制造工藝

H:\精品資料\建筑精品網(wǎng)原稿ok（刪除公文）\建筑精品網(wǎng)5未上傳百度第一章概述電子設備結(jié)構(gòu)設計與制造工藝1．1．1現(xiàn)代電子設備的特點當前,電子技術(shù)廣泛地應用于國防、國民經(jīng)濟各部門以及人民生活等各個領域。由于生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展,新工藝和新材料應用,超小型化元器件和中大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的研制和推廣,使電子設備在電路上和結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生巨大的變化。小型化、超小型化、微型化結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),使得一些傳統(tǒng)的設計方法逐漸被機電結(jié)合、光點結(jié)合等新技術(shù)所取代,再加上電子設備要適應更加廣泛的用途和惡劣苛刻的工作環(huán)境,就使當代電子設備具有不同于過去的特點。這些特點可歸納為以下幾方面:設備組成較復雜,組裝密度大現(xiàn)代電子設備要求具有多種功能,設備組成較復雜,元器件、零部件數(shù)量多,且設備體積要小,組裝密度大。特別是超大規(guī)模集成電路及其衍生的各種功能模塊的出現(xiàn),使電子設備的組裝密度較過去提高了很多。設備使用范圍廣,所處的工作環(huán)境條件復雜?，F(xiàn)代電子設備往往要在惡劣而苛刻的環(huán)境條件下工作。有時要承受高溫、低溫和巨大溫差變化;高濕度和低氣壓;強烈的沖擊和振動;外界的電磁干擾等。這些都會對電子設備的正常工作產(chǎn)生影響。設備可靠性要求高、壽命長現(xiàn)代電子設備要求具有較高的可靠性和足夠的工作壽命?？煽啃缘偷碾娮釉O備將失去使用價值。高可靠性的電子設備,不但元器件質(zhì)量要求高,在電路設計和結(jié)構(gòu)設計中都要作出較大的努力。設備要求高精度、多功能和自動化現(xiàn)代電子設備往往要求高精度、多功能和自動化,有的還引入了計算機系統(tǒng),因而其控制系統(tǒng)較為復雜。精密機械廣泛地應用于電子設備是現(xiàn)代電子設備的一大特點。自控技術(shù)、遙控遙測技術(shù)、計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)和精密機械的緊密結(jié)合,有的電子設備要求有智能實現(xiàn)人機交流,使電子設備的精度和自動化程度達到了相當高的水平。上述電子設備的特點,只是對整體而言,具體到某種設備又各具自己的特點。由于當代電子設備具有上述特點,對電路設計和結(jié)構(gòu)設計的要求更高了,設計、生產(chǎn)人員充分了解電子設備的特點,對于確保電子設備的性能滿足使用要求十分必要的。1．1．2電子設備的制造工藝和結(jié)構(gòu)設計工藝工作是企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的中心環(huán)節(jié),是組織生產(chǎn)和指導生產(chǎn)的一種重要手段。在產(chǎn)品的設計階段,它的內(nèi)容是確定產(chǎn)品的制造方案并完善生產(chǎn)前的技術(shù)準備工作;在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造階段,它的主要內(nèi)容是組織指導符合設計要求的加工生產(chǎn),直至出廠為止而采取的必要的技術(shù)和管理措施。工藝工作按內(nèi)容可分為工藝技術(shù)和工藝管理,前者是生產(chǎn)實踐勞動技能和應用科學研究成果的積累和總結(jié),是工藝工作的核心;后者是對工藝工作的計劃、組織、協(xié)調(diào)與實施,是保證工藝技術(shù)在生產(chǎn)中貫徹和發(fā)展的管理科學。工藝技術(shù)的實現(xiàn)和發(fā)展是由科學的工藝管理工作來保證和實現(xiàn)的。工藝工作將各個部門、各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)聯(lián)系起來成為一個完整的整體。它的著眼點就是促進每項工作操作簡單、流暢、高效率、低強度。設計和制造電子設備,除滿足工作性能的要求外,還必須滿足加工制造的要求,電路性能指標的實現(xiàn),要經(jīng)過具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出來。電子設備是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的,其結(jié)構(gòu)和構(gòu)成形式也隨之發(fā)生變化。初期的設備較簡陋,考慮的主要問題是電路設計。到二十世紀四十年代,出現(xiàn)了將復雜設備分為若干部件,樹立起結(jié)構(gòu)級別的先進想法;為防止氣候影響,研制出密封外殼;為防止機械過載而研制出減振器,設備結(jié)構(gòu)功能進一步完善,結(jié)構(gòu)設計成為電子設備設計的內(nèi)容。隨后,由于軍用電子技術(shù)的發(fā)展和野戰(zhàn)的需要,結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容逐步豐富起來。當前,結(jié)構(gòu)設計在電子設備的設計中占有較大的比重,直接關系到電子設備的性能和技術(shù)指標(條件)的實現(xiàn)。電子設備結(jié)構(gòu)設計和生產(chǎn)工藝的任務就是以結(jié)構(gòu)設計為手段,保證所設計的電子設備在既定的工作環(huán)境條件和使用要求下,達到技術(shù)條件所規(guī)定的各項指標,并能穩(wěn)定可靠地完成預期的功能,即保證電子設備的可靠性。1．1．3《電子設備結(jié)構(gòu)設計與制造工藝》課程內(nèi)容《電子設備結(jié)構(gòu)與工藝》包含了力學、機械學、材料學、熱學、電學、化學、美學、環(huán)境科學等多門基礎學科的內(nèi)容,是一門綜合性的應用型邊緣學科,作為一門課程,它的內(nèi)容只能涉及電子設備機構(gòu)與工藝的最基本內(nèi)容,具體包括以下內(nèi)容:電子設備的工作環(huán)境及其對設備的要求;可靠性及提高可靠性的方法;電子產(chǎn)品常見材料的防腐蝕措施;溫度對電子設備的影響及散熱方法;減振緩沖原理及常見減振器的選用;電磁干擾及其屏蔽,接地技術(shù);電子設備元器件布局與裝配;印制電路板的結(jié)構(gòu)設計與制造工藝;電子設備整機裝配與調(diào)試;電子產(chǎn)品的微型化結(jié)構(gòu)及整機結(jié)構(gòu)。1.2電子設備的工作環(huán)境及其對設備的影響電子設備所處的工作環(huán)境,按其成因大致可為自然環(huán)境、工業(yè)環(huán)境和特殊使用環(huán)境。除自然環(huán)境外,工業(yè)環(huán)境和特殊使用環(huán)境一般是人為制造和改變的,故也被稱為誘發(fā)環(huán)境。表1.1中列舉的環(huán)境分類包含了電子設備可能遭遇的各種基本環(huán)境。環(huán)境因素造成的設備故障是嚴重的。國外曾對機載電子設備進行故障剖析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),50%以上的故障是由環(huán)境因素所致。而溫度、濕度、振動三項環(huán)境造成的故障率則高達44%。環(huán)境因素造成的設備故障和失效可分為兩類:一類是功能故障,指設備的各種功能出現(xiàn)不利的變化,或受環(huán)境條件的影響功能不能正常發(fā)揮,一旦外界因素消失,功能仍能恢復;另一類是永久性損壞,如機械損壞等。

表1.1自然環(huán)境工業(yè)環(huán)境和特殊使用環(huán)境(誘發(fā)環(huán)境)溫度霧氣溫度梯度加速度濕度輻射高壓、低壓高強度噪聲大氣壓真空瞬態(tài)沖擊電磁場降雨磁場高能沖擊腐蝕性介質(zhì)風沙靜電場周期振動固體粉塵鹽霧生物因素隨機振動電子設備所處的環(huán)境雖然復雜多樣,但按其對設備的影響劃分,歸納起來不外乎三個方面,即氣候因素影響,機械因素影響,電磁干擾(也稱噪聲干擾)影響。1．3對電子設備的基本要求為使電子設備具有較好的使用性能與制造工藝性能,并使其在各種工作環(huán)境下能正常可靠地工作,設計和制造電子設備時應滿足相應的要求。1．3．1工作環(huán)境對電子設備的要求如前所述,工作環(huán)境包括氣候環(huán)境、機械環(huán)境和電磁環(huán)境,它們影響著設備的性能與壽命,為減少和防止各種因素對設備的不良影響,使其能適應工作環(huán)境,對設備提出了以下要求:氣候條件對電子設備的要求(1)采取散熱措施,保證電子設備工作溫度不會過高,元器件工作溫度不超過允許溫度。(2)采取防護措施,保證設備內(nèi)的結(jié)構(gòu)件、零部件不受潮濕、鹽霧、大氣污染等氣候因素的侵蝕。對某些電子設備或部件還應采取密封措施。機械條件對電子設備的要求(1)采取減振緩沖措施,保證設備內(nèi)的各種元器件、零部件在外界機械條件的作用下不致?lián)p壞和失效。(2)提高設備的耐振動抗沖擊能力,保證其工作的可靠性。電磁環(huán)境對電子設備的要求(1)采取各種屏蔽措施,使電子設備在各種干擾存在的情況下,還能有效地工作,從結(jié)構(gòu)上提高電子設備的電磁兼容能力。(2)經(jīng)過合理的布線、線路設計和接地,從電路方面減少電磁干擾對設備的影響。1．3．2使用方面對電子設備的要求電子設備的生產(chǎn)設計是基于使用的,應充分考慮使用方面對設備的要求。體積重量要求電子設備正在向小型化發(fā)展,體積和重量日益減小,這是電子設備得到廣泛應用的原因之一。減小設備體積和重量不但有經(jīng)濟意義,有時甚至起決定作用。例如軍用電子設備,減小其體積重量,直接影響部隊的戰(zhàn)斗力和裝備使用的靈活性,同時對減小體力消耗,提高戰(zhàn)斗力有重要作用。研究電子設備體積重量的要求,應考慮設備的用途、運載工具、機械負荷等因素。另外,對于生產(chǎn)批量很大的產(chǎn)品還要特別考慮經(jīng)濟因素。描述電子設備體積重量的指標主要有兩個:平均比重(重量體積比)和體積填充系數(shù)。首先,緊湊性提高,受到溫升限制。設備的平均比重增大,則單位體積發(fā)熱量增加,為保證設備正常工作,就需要采用冷卻系統(tǒng),而冷卻系統(tǒng)本身就具有一定的體積和重量,反而提高了設備的總體積和總重量。溫升限制是大多數(shù)設備(特別是大功率設備)提高緊湊性時遇到的最大困難。其次,緊湊性提高,設備穩(wěn)定度下降。特別是超高頻和高壓設備,分布電容廣,易產(chǎn)生自激和脈沖波形變壞。另外,元器件之間距離小還容易產(chǎn)生短路和擊穿。再次,緊湊性提高給生產(chǎn)時的裝配和使用時的維護修理帶來一定困難,降低設備的可靠性。最后,緊湊性高的設備,在整機結(jié)構(gòu)方面要求有較高的零件加工精度和裝配精度,因而提高了產(chǎn)品成本。2．操縱維修要求電子設備的操縱性能如何,是否便于維護修理,直接影響設備的可靠性。在設備的結(jié)構(gòu)設計中要全面考慮。(1)設備要操縱簡單,控制結(jié)構(gòu)輕便,為操縱者提供良好的工作條件。(2)設備安全可靠,有保險裝置。當操縱者發(fā)生誤操作時,不會損壞設備,更不能危及人身安全。(3)設備的體積填充系數(shù)在可能的情況下應取低一些(最好不超過0.3),以保證元器件間有足夠的空間,便于裝拆和維修。(4)有便于維修的結(jié)構(gòu)。如采用插入式或折疊式的結(jié)構(gòu);快速裝拆結(jié)構(gòu);可換部件式結(jié)構(gòu);可調(diào)元件、測試點布置在設備的同一面等。(5)設備應具有過負荷保護裝置(如過電流、過電壓保護),危險和高壓處應用警告標志和自動安全保護裝置(如高壓自動斷路門開關)等,以確保維修安全。(6)設備最好具備監(jiān)測裝置和故障預報裝置,能使操縱者盡早發(fā)現(xiàn)故障或預測失效元器件,及時更換維修。1．3．3生產(chǎn)方面對電子設備的要求1．生產(chǎn)條件對電子設備的要求電子設備在研制階段之后要投入生產(chǎn)。生產(chǎn)廠的設備情況、技術(shù)水平、工藝水平、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)管理水平等因素,都屬于生產(chǎn)條件。電子設備如果要順利地生產(chǎn)必須滿足生產(chǎn)條件對它的要求,否則,就不可能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,甚至根本無法生產(chǎn)。(1)電子設備中的零部件、元器件的品種和規(guī)格盡可能地少,技術(shù)參數(shù)、形狀、尺寸應盡最大限度標準化和規(guī)格化,盡量采用生產(chǎn)廠以前曾經(jīng)生產(chǎn)過的零部件或其它專業(yè)廠生產(chǎn)的通用零部件或產(chǎn)品,這樣便于生產(chǎn)管理,有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量,保持產(chǎn)品繼承性,并能降低成本。(2)設備中的機械零部件、元器件必須具有較好的結(jié)構(gòu)工藝性,能夠采用先進的工藝方法和流程,原材料消耗降低,加工工時短。例如,零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和形狀便于實現(xiàn)工序自動化;以無屑加工代替切削加工;提高沖制件、壓塑件的數(shù)量和比例等。(3)設備所使用的原材料,其品種規(guī)格越少越好,應盡可能地少用或不用貴重材料,立足于使用國產(chǎn)材料和來源多、價格低的材料。(4)設備(含零部件)的加工精度的要求要與技術(shù)要求相適應,不允許無根據(jù)地追求高精度。在滿足產(chǎn)品性能指標的前提下,其精度等級應盡可能的低,裝配也應簡易化,盡量不搞選配和修配,便于自動流水生產(chǎn)。2．經(jīng)濟性對電子設備的要求電子設備的經(jīng)濟性包括使用經(jīng)濟性和生產(chǎn)經(jīng)濟性兩方面內(nèi)容。設備在使用、貯存和運輸過程中所消耗的費用,稱為使用經(jīng)濟性,其中維修費所占的比例最大,電費次之。生產(chǎn)經(jīng)濟性是指生產(chǎn)成本,它包括生產(chǎn)準備費用,原材料和輔助材費用,工資和附加費用、管理費用等。為提高產(chǎn)品的經(jīng)濟性。在設計階段應考慮以下幾個問題:(1)研究產(chǎn)品的技術(shù)條件,分析產(chǎn)品設計參數(shù)、性能和使用條件,正確制定設計方案和確定產(chǎn)品的復雜程度,這是產(chǎn)品經(jīng)濟性的首要環(huán)節(jié)。(2)由產(chǎn)量確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)類型。產(chǎn)量的大小決定著生產(chǎn)批量的規(guī)模,進而影響生產(chǎn)方式類型。(3)在保證產(chǎn)品性能的條件下,按最經(jīng)濟的生產(chǎn)方式設計零部件,在滿足產(chǎn)品技術(shù)要求的條件下,選用最經(jīng)濟合理的原材料和元器件,以降低產(chǎn)品的成本。(4)周密設計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),使產(chǎn)品具有較好的操作維修性能和使用性能,降低設備的維修和使用費用。1．4可制造性設計(DFM)概念1.4.1可制造性設計概念為什么現(xiàn)今的管理對設計師在這方面的表現(xiàn)特別重視呢?主要是因為設計是整個產(chǎn)品壽命的第一站。在效益學的觀點上來說,問題越早發(fā)現(xiàn)就能夠越早解決,其成本效益也就越高,問題對公司造成的損失也就越低。在電子生產(chǎn)管理上,曾有學者做出這樣的預測,即在每一個主要工序上,其后工序的解決成本費用為前一道工序的10倍以上。例如設計問題如果在試制時才給予更正,其所需要將會較在設計時解決高出超過10倍,而如果這設計問題沒法在試制時解決,當它流到再下一個主要工序的批量生產(chǎn)時,其解決費用就可能高達100倍以上。另外,對于設計造成的問題,即使公司擁有最好的設備和工藝知識,也未必能夠很完善的解決。因此基于以上的原因,把設計工作做好是門很重要的管理。所謂把設計做的好,這里指的是包括產(chǎn)品功能、性能、可制造性和質(zhì)量等各方面。當前技術(shù)的快速發(fā)展,如芯片集成、電子組裝、材料、生產(chǎn)設備和管理技術(shù)等方面快速發(fā)展使得電路板組裝密度越來越高,電子產(chǎn)品亦向微型化、低價格、多功能方向發(fā)展,這就導致制造對設計的依賴越來越強。不論公司從事的是什么樣的產(chǎn)品,不論設計師面正確顧客是內(nèi)部或是外部顧客,對設計師的要求都可說是一致的。她們的要求都離開不三方面。即優(yōu)良或至少滿意的品質(zhì)、相對較低的成本(或價格)、和有較短而及時的交貨期。而身為一代的設計師,其職責已不是單純的把產(chǎn)品的功能和性能設計出來那么簡單,而是必須對以上所提到的三方面負責,并做出貢獻。當前在工業(yè)界里,幾乎沒有人不談‘品質(zhì)’管理的。先進管理觀念強調(diào),品質(zhì)不是制造出來的,而應該是設計出來的。這觀念有其重要的地方,是使用用戶從以往較被動的關注點(生產(chǎn)線上)移到較主動的關注點(設計上)。但說法不夠完善。嚴格和具體來說,品質(zhì)既不是生產(chǎn)來的,也不是單靠設計來的,而應該是配合來的。好的品質(zhì)是經(jīng)過良好的設計(配合工藝和生產(chǎn)能力的設計),優(yōu)良的工藝調(diào)制,和生產(chǎn)線上的工藝管制而獲得的。而這三者又是需要有良好的品質(zhì)管理理念、知識、系統(tǒng)和制度來確保的。在確保產(chǎn)品高而穩(wěn)定的品質(zhì)、高生產(chǎn)效率和低生產(chǎn)成本、以及準確的交貨時間,我們的生產(chǎn)線必須要有一套所謂的‘堅固工藝’(RobustProcess)。而堅固工藝是必須經(jīng)過設計、工藝能力、各設備性能之間的完好配合才能實現(xiàn)的。所謂堅固工藝,是指其對外界各種影響它表現(xiàn)的因素的靈敏度很低。也就是說,對這些因素的大變化,其整體效果還是穩(wěn)定不變或只限于合格范圍內(nèi)的變動?！畧怨痰墓に嚒窍嗾_,因此一套設計規(guī)范也是有其針對性的。它在某一生產(chǎn)環(huán)境下(設備、管理、材料、工藝能力、品質(zhì)標準)可能是‘堅固’的,但在另一個環(huán)境下卻可能變得不‘堅固’。因此,設計的好與不好,也是有它的特定性。用戶必須了解和牢記這一點。1.4.2DFM涉及的內(nèi)容有以下一些方面,熱對產(chǎn)品的影響器件特性可檢查和可測試性對環(huán)境的高度適應能力(穩(wěn)定性)耐腐蝕性可制造性、可維修性防靜電能力對DFM/DFT/DFR/DFA等的要求,給設計人員增加了壓力,對于相關不確定的問題,可求助于工藝或相關人員。產(chǎn)品設計要素有如下一些方面,不同的產(chǎn)品有不同的考慮重點DFV——價格設計DesignforValue(performance/priceratio)DFR——可靠性設計(DesignforReliability)DFM——可制造性設計(DesignforManufacturability)DFA——可裝配性設計(DesignforAssembly)DFT——可測試設計(DesignforTestability)DFS——可維護性設計(DesignforServicability)各設計階段考慮因素亦有所不同,設計者應明白在設計中應考慮何種內(nèi)容。 設計步驟和內(nèi)容 注意點 電路 DFV,DFM,DFT,DFR PCB DFA,DFM,DFT,DFR,DFS 熱設計 DFR EMC,EMI,ESD DFT,DFR 機械設計 DFV,DFA,DFM,DFT,DFR,DFS 軟件 DFT,DFS 材料選擇 DFA,DFM,DFT,DFR,DFS 封裝及包裝 DFA,DFR優(yōu)良制造性的標準從2方面來定義。一是產(chǎn)品的可制造性,包括高的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的高穩(wěn)定性、生產(chǎn)線可接受的缺陷率幾方面的定義;另一方面是產(chǎn)品的高可靠性的定義,如產(chǎn)品適應不同環(huán)境的變化的參數(shù)定義、產(chǎn)品的使用周期定義。工藝設計內(nèi)容包括以下一些方面,從可制造性的角度看,設計人員應有所了解,從而在設計中靈活運用,更好的與工藝人員溝通?；竟に嚶肪€的選取設備能力的考慮設備輔助工具的考慮工藝設計規(guī)范工藝參數(shù)的調(diào)制工藝管制及檢驗1．5產(chǎn)品可靠性1．5．1可靠性概述1．可靠性的概念可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下,完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘母拍畎龑雍x:首先,產(chǎn)品的可靠性是以”規(guī)定的條件”為前提的。所謂”規(guī)定的條件”是指在規(guī)定的時內(nèi)產(chǎn)品使用時的應力條件、環(huán)境條件和儲存條件等,。規(guī)定條件不同,產(chǎn)品可靠性不同。例如,一般半導體器件使用時的輸出功率越小,其可靠性越高。又如,同一臺電子設備在實驗室中使用和在野外使用,可靠性相差很大,環(huán)境條件越惡劣,設備的可靠性越低。其次,產(chǎn)品的可靠性與”規(guī)定的時間”密切相關。一般說來,產(chǎn)品經(jīng)過一個老化時間后,有一個較長時間的穩(wěn)定使用期,以后,隨著時間的推移,穩(wěn)定性逐漸下降,可靠性降低。時間越長,可靠性越低。最后,產(chǎn)品的可靠性是用完成”規(guī)定的功能”來衡量的。這里所謂功能是指產(chǎn)品的全部功能,而不是其中一部分。產(chǎn)品只有完成規(guī)定的全部功能,才被認為是可靠的。可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要方面,一般所說的產(chǎn)品質(zhì)量好,包含兩層意思:一是達到預期的技術(shù)指標,二是要在使用中很可靠。根據(jù)研究的具體對象,應對電子產(chǎn)品的使用條件、使用時間、功能和失效做出具體規(guī)定。產(chǎn)品的可靠性是用概率來表示的。產(chǎn)品在使用過程中,常常因為各種偶然因素,如元件的突然損壞、應力(電負荷、溫度、機械影響等)突變、維護或使用不當?shù)鹊挠绊懚?即某一具體產(chǎn)品的失效具有偶然性。可是,大量偶然事件中包含規(guī)律性是必然的。我們能夠用概率的方法來表示隨機事件發(fā)生的可能性大小。即我們雖無法確切地知道產(chǎn)品出現(xiàn)失效的時間,但我們能夠求出產(chǎn)品在規(guī)定時間和條件下完成規(guī)定功能的可能性大小。2．可靠性的主要指標電子產(chǎn)品功能的發(fā)揮,在很大程度上取決于產(chǎn)品可靠性的高低。在可靠性理論中,描述可靠性的特征量有許多種,這里給出可靠性的最基本的幾個指標。(1)可靠度(正常工作概率)可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。顯然,可靠度是可靠性的定量表示。一般見R(t)表示。R(t)=×100%(1.1)式中R(t)——產(chǎn)品在時間t內(nèi)正常工作的概率;N——試驗樣品數(shù);n——規(guī)定時間t內(nèi)的故障數(shù);(N-n)——規(guī)定時間t內(nèi)依然完好的產(chǎn)品數(shù)?？煽慷鹊奈锢硪饬x是:到某個試驗期時,依然完好的產(chǎn)品數(shù)與試驗產(chǎn)品總數(shù)的比例,即完好產(chǎn)品(不失效)的概率。試驗樣品按規(guī)定抽取,不可能無窮多,有足夠數(shù)量即可。在1.1式中,當t=0時,表示產(chǎn)品試驗或工作初期,R(0)=1,表示產(chǎn)品全部完好;當t=∞,即產(chǎn)品試驗或工作了無窮長時間,R(∞)=0,表示產(chǎn)品全部達到壽命終止期。顯然,0≤R(t)≤1,R(t)越接近1,表示可靠度越大。(2)故障率故障率是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi),失去規(guī)定功能的概率。一般見F(t)表示。F(t)=×100%(1.2)F(t)越接近1,表示產(chǎn)品故障率越高。F(t)與R(t)是對立事件,二者的關系是:F(t)+R(t)=1(1.3)(3)失效率(瞬時失效率)失效率是指產(chǎn)品工作到t時刻后的一單位時間內(nèi)的失效數(shù)與在t時刻尚能正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。用λ(t)表示,即λ(t)=(1.4)式中N——試驗樣品數(shù);Δt——實驗時的測試時間間隔,單位為小時(h)n(t)——時間從0到t時的失效數(shù);n(t+Δt)——時間從0到(t+Δt)時的失效數(shù);n(t+Δt)–n(t)——t時刻后,在Δt時間間隔內(nèi)的失效數(shù);N–n(t)——時刻t時尚能正常工作的產(chǎn)品數(shù)。失效與產(chǎn)品的可靠度有密切聯(lián)系。一般情況下,當λ為常數(shù)時,失效率λ與可靠度R(t)滿足R(t)=e-λt(1.5)即失效率越低,可靠度越高。λ(t)用單位時間的百分數(shù)表示,用1×10-6/1000h(或1×10-9/h)作為失效率單位,即100萬個元件工作1000小時后出現(xiàn)一個失效元件,稱為1菲特。失效率等級劃分如表1.3表示。(4)平均壽命(平均正常工作時間)平均壽命是指產(chǎn)品正常工作的平均時間;對不可修復產(chǎn)品,是指產(chǎn)品失效前的平均工作或貯存時間;對可修復產(chǎn)品,平均壽命是指相鄰兩次故障間的平均時間。平均壽命可表示為:t=∑ti/N(1.6)式中t——平均壽命;∑ti——試驗樣品數(shù)正常工作時間之和;N——試驗樣品數(shù)(對可修復產(chǎn)品,N是試驗樣品中的維修總次數(shù))。表1.3失效率等級名稱符號最大失效率(1/h)名稱符號最大失效率(1/h)亞五級Y3×10-5八級B1×10-8五級W1×10-5九級J1×10-9六級N1×10-6十級S1×10-10七級Q1×10-73．可靠性的分類(1)固有可靠性固有可靠性是指產(chǎn)品的設計、制造時內(nèi)在的可靠性。對電子產(chǎn)品來說,產(chǎn)品的復雜程度、電路和元器件的選擇與使用、元器件的工作參數(shù)及其可靠度,以及機械結(jié)構(gòu)和制造工藝等影響產(chǎn)品的固有可靠性。對于元器件來說,原料品質(zhì)、制造工藝、工作參數(shù)等影響固有可靠性。電子產(chǎn)品的固有可靠性在很大程度上依賴于元器件的可靠性。產(chǎn)品越復雜,所用元器件越多,產(chǎn)品固有可靠性越低。(2)使用可靠性使用可靠性是指使用和維護人員對產(chǎn)品可靠性的影響。它包括使用與維護的程序是否正確、設備選用是否合理,操作方法是否得當以及其它人為的因素。使用可靠性在很大程度上依賴于使用設備的人。熟練而正確的操作,及時的維護和保養(yǎng)都能顯著提高使用可靠性。(3)環(huán)境適應性環(huán)境適應性是指產(chǎn)品所處的環(huán)境條件對可靠性的影響。提高設備的環(huán)境適應性,主要是對設備采取各種有效的防護措施。4．可靠性設計的基本原則(1)設計方案的簡化在滿足產(chǎn)品性能的要求下,要盡量減化設計方案,減少所用元器件的數(shù)目,選用可靠性高的元器件,盡可能降低元器件的使用應力強度(降額使用),這是提高電子產(chǎn)品可靠性的重要環(huán)節(jié)。在設計階段一定要按可靠性要求進行設計。(2)注意可靠性與經(jīng)濟性的關系產(chǎn)品的可靠性提高,將造成生產(chǎn)和科研費用增加,即生產(chǎn)成本提高,但使用和維修費用將隨可靠性提高而降低,因此總的費用不一定增加。若降低產(chǎn)品可靠性,雖然研制、生產(chǎn)費用下降了,但其使用和維修費將上升,總費用仍有可能增加。(3)可靠性與可維修性考慮電子產(chǎn)品可靠性設計時,還應考慮可維修(4)加工工藝的可靠性工藝加工必須保證產(chǎn)品元器件在加工過程中,不致受到熱力、機械的和電氣的損傷,并嚴格按照工藝文件的要求進行加工。應當把可靠性設計與加工的可靠性密切配合起來,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。關于加工工藝的要求,在以后各章中均有涉及,在此不再贅述。(5)充分考慮元器件和產(chǎn)品的可靠性,適當采用余度設計和備份設計。1．5．2元器件可靠性與產(chǎn)品可靠性1．元器件的可靠性元器件的可靠性一般見失效率來表征。實踐發(fā)現(xiàn),普通元器件和半導體元器件的失效規(guī)律不盡相同。(1)元器件的失效規(guī)律普通電子元器件的失效規(guī)律如圖1.2所示,這就是常說的船形曲線或浴盆曲線,它分為三個階段:圖1.2典型普通元器件失效曲線在使用的早期,由于設計、制造上的缺陷而發(fā)生的失效叫做早期失效,對應的失效期為早期失效期。這個時期失效高,但隨元件的工作時間的增加而失效率迅速降低;在早期失效之后,進入偶然失效期,也稱隨機失效期。此時,失效率是常數(shù),且較低,偶然失效期是元件使用的壽命期;在產(chǎn)品使用的后期,進入老化失效期,失效率迅速上升,產(chǎn)品報廢。經(jīng)過對原材料和生產(chǎn)工藝加強檢驗、質(zhì)量控制和對元器件進行篩選老化,能夠大大降低早期失效率。研究偶然失效期對實踐指導最有意義,電子設備的所有元器件和組件都應工作在失效率較低的偶然失效期,盡量避免工作在耗損失效期。(2)一般元器件的可靠性一般見失效率表示。元器件工作在偶然失效期,其失效率為常數(shù)λ,由(1.5)式,其可靠度為:R(t)=e-λt元器件可靠性與使用條件有密切關系,使用條件包括工作環(huán)境條件和負荷條件。一般說來,元器件所處的條件越惡劣,其失效率越高,因此,元器件一般都是降額使用,使其失效率降低,延長工作壽命,提高可靠性。所謂降額使用就是元器件的額定參數(shù)要高于使用參數(shù)。但并不是說所有元器件都是減額越多越好,如繼電器減額則吸引力減少,氧化膜磨不掉,可靠性降低。因此降額使用要根據(jù)具體的元器件區(qū)別對待。2．系統(tǒng)可靠性一個復雜的系統(tǒng)能夠由多個子系統(tǒng)或部件組成。而每一個子系統(tǒng)或部件又由多個元器件組成。我們能夠根據(jù)元器件的可靠性求得系統(tǒng)可靠性,也能夠根據(jù)系統(tǒng)可靠性分配各子系統(tǒng)的可靠性。串聯(lián)系統(tǒng)設一個復雜的系統(tǒng)C,能夠由多個子系統(tǒng)或部件A1A2A3……An組成,只要任何一個Ai失效,則C失效;若要C可靠,則Ai必須全部可靠。這樣的系統(tǒng)CR(C)=R(A1)×R(A2)×R(A3)×……×R(An)=(1.7)由于R(Ai)≤1,因此相乘項越多,則積越小,因此,為提高系統(tǒng)的可靠性,應盡量減少串聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)目。(2)冗余系統(tǒng)(備份系統(tǒng))串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度低于各子系統(tǒng)的可靠度,當串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性設計不能滿足預定要求時,能夠采用備份元件或備份系統(tǒng)的方法提高可靠性,稱為冗余系統(tǒng)或備份系統(tǒng)。冗余系統(tǒng)只在極端重要的場合(如導彈發(fā)射與制導、衛(wèi)星系統(tǒng)等)或元件可靠性滿足不了系統(tǒng)要求時才采用。并聯(lián)系統(tǒng)是最常見的冗余系統(tǒng)。它的特點是只要系統(tǒng)中任何一元件(或子系統(tǒng))可靠,則系統(tǒng)就可靠,只有所有元件(或子系統(tǒng))全部失效時,系統(tǒng)才失效。可見,備份越多,可靠性越高,但設備費用卻成倍增加,因此,可靠性的提高,要著重提高基礎件(或子系統(tǒng))的可靠性,而不提倡采用備份。1．6提高電子產(chǎn)品可靠性的方法電子產(chǎn)品是由電子元器件、組件、部件按照一定的工藝要求組合起來的,電子產(chǎn)品的可靠性的基礎是電子元器件的可靠性,電子元器件的正確選用、合理的結(jié)構(gòu)設計、有效的防護措施是保證電子產(chǎn)品可靠性最有效的辦法。本節(jié)主要從上述幾方面介紹提高電子產(chǎn)品可靠性的方法。1．5．1正確選用電子元器件1．選用電子元器件的原則(1)根據(jù)電性能指標和使用條件選用合適的元器件,使用條件不得超過元器件參數(shù)和環(huán)境條件,并留有富余量;盡可能地壓縮元器件的品種和規(guī)格數(shù)量,提高它們的復用率;(3)除特殊情況外,所有電子元器件都要按不同要求進行可靠性篩選,然后才能用到電子產(chǎn)品中去;(4)仔細分析比較同類元器件的差異,擇優(yōu)選用,并注意積累元器件在使用中的性能與可靠性方面的依據(jù),作為以后選用的重要依據(jù)。2．選用電子元器件的方法對電子元器件進行篩選,就是要從一批元器件中選出可靠性較高的元器件,淘汰那些有潛在缺陷而導致早期失效的元器件,這對提高電子產(chǎn)品的可靠性有重要意義。考慮到技術(shù)困難和經(jīng)濟合理性,我們必須精心選擇應力條件和篩選方法,用最經(jīng)濟有效的方法達到規(guī)定的可靠性。(1)按復雜程度可分為:①分布截尾篩選法:篩選掉參數(shù)偏離標稱值過大的產(chǎn)品。②應力強度篩選法:對產(chǎn)品施加各種應力條件后進行測試挑選。③老煉篩選:在規(guī)定的時間內(nèi)對產(chǎn)品施加各種應力條件后進行測試挑選。④線性鑒別篩選:類似于老煉篩選,但要運用數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)進行判別。⑤精密篩選:在接近于產(chǎn)品使用條件下進行長期老煉,并多次精確測定參數(shù)變化量,從中進行挑選和預測。在以上五種方法中,前兩種方法簡便易行,但效果差。當前主要用老煉篩選法。(2)按照施加應力手段不同,篩選可分為:壽命篩選、環(huán)境應力篩選、密封性篩選、檢查性篩選等。1．5．2電子元器件的降額使用降額使用就是元器件在低于其額定值的應力條件下工作,是提高電子產(chǎn)品可靠性的最有效措施之一。對元器件有影響的應力包括:時間、溫度、濕度、腐蝕、機械應力和電應力,合理的降額能夠大幅度地減少元器件的失效。1．電阻器的降額使用要點元器件實際使用時的參數(shù)與額定值的比值為降額系數(shù),用S表示。電阻器的降額系數(shù)S一般取0.1～0.6,環(huán)境溫度一般低于60℃,低于45℃最好。當S<0.1時,發(fā)熱量過小,潮氣不易驅(qū),失效率反而提高?？勺冸娮杵魇时裙潭娮韪?～2．電容器的降額使用要點電容器的使用溫度一般應低于50℃,特別是電解電容器更不宜在高溫下工作,電解電容器在低于-45電容器的電壓降額系數(shù)S一般小于0.6,對于電解電容器S不得小于0.2,金屬化紙介電容器一般取0.5～0.8,小型云母電容器常出現(xiàn)低電平失效,因此交流運作時S不得太小,其承受的電壓不低于100mV,否則應選用其它類型的電容器。3．半導體器件降額使用要點不同半導體器件的降額系數(shù)S的含義是不同的,如晶體三極管的S為實際功率與25℃時的最大額定功率之比,晶體二極管的S為平均正向電流與25℃時的最大額定正向電流之比,穩(wěn)壓管的S為實際耗散功率與25℃時的最大額定功率之比,光電器件的S為實際耗散功率與25℃時最大額定功率乘以與最大允許結(jié)溫有關的修正系數(shù)之比。半導體器件的S一般取表1.6是常見元器件的推薦降額使用范圍,設計時可參考。表1.6常見元器件的推薦降額范圍元器件種類電阻器電容器半導體器件電感器繼電器接插件微電機內(nèi)容TSPTSVSPSVTSISISISP范圍<450.1~0.6<50<0.6<0.5<0.7<1300.6～0.7白熾燈負載≤0.15電感性負載≤0.3同左0.3～0.8符號說明:T——工作溫度(℃);SP——功率降額系數(shù);SV——電壓降額系數(shù);SI——電流降額系數(shù)。1．5．3采用冗余系統(tǒng)(備份系統(tǒng))從上節(jié)已知,系統(tǒng)中串聯(lián)的元件或子系統(tǒng)越多,其可靠性就越低;而當采用冗余系統(tǒng)(備份系統(tǒng))后,系統(tǒng)的可靠性將會提高。如圖1.7(a)所示并聯(lián)系統(tǒng),只有當構(gòu)成并聯(lián)關系的A1、A2、…An全部出故障系統(tǒng)才不能運行,否則,只要A1、A2、…An中有一個能夠正常工作,系統(tǒng)都將會正常運行下去。圖1.7(b)為一個待機系統(tǒng),正常情況下A1執(zhí)行工作,當A1出現(xiàn)故障時,轉(zhuǎn)換開關自動接通,A2接替A1開始工作,因此,只有A1、A2均不正常時,系統(tǒng)才不能運行。待機系統(tǒng)是由于A2一般情況下處等待狀態(tài)而得名,由于該系統(tǒng)增加了一個轉(zhuǎn)換開關,其可靠性的高低直接影響系統(tǒng)可靠性,應選用可靠性較高的器件。1．5．4采取有效的環(huán)境防護措施有效的環(huán)境設計能夠防止與減少溫度、潮濕、生物危害、機械振動與沖擊、電磁干擾等對電子設備材料和器件的不良影響,達到提高電子設備的可靠性的目的。各種環(huán)境設計的原理與方法將在相關章節(jié)中介紹。1．5．5進行環(huán)境試驗將電子設備置于模擬的工作環(huán)境或?qū)嶋H使用環(huán)境中、按照技術(shù)指標的要求進行試驗,以考核其性能和可靠性。提前發(fā)現(xiàn)問題,采取有效的改進措施,消除設計制造中存在的不可靠因素。環(huán)境試驗可分為以下兩種:單項試驗單項試驗的目的是考核某項指標的穩(wěn)定性。將設備置于人工模擬的工作環(huán)境中,按照技術(shù)指標的要求,考核產(chǎn)品抵抗某項環(huán)境影響因素的能力。如耐溫、耐濕、耐壓、密封、耐振動、耐沖擊等的穩(wěn)定性試驗。綜合試驗綜合試驗的目的是考核產(chǎn)品在綜合因素作用下所能達到的性能指標。這種實驗比較接近于實際使用情況,因此經(jīng)過綜合試驗,更能考核設備的真實可靠性。1．5．6設置故障指示和排除系統(tǒng)為提高設備的可靠性,正確設置故障指示和排除系統(tǒng)能夠簡化故障的判斷、查找,使故障的維修與排除變的迅速。具體做法有:采用故障檢測電路及故障預、報警裝置;采用插入單元和便于替換部件結(jié)構(gòu);減少檢修通道上的障礙以便于維修;采用標準化結(jié)構(gòu)和快速拆卸結(jié)構(gòu)等。

第二章電子產(chǎn)品的防腐蝕設計2．1概述2．1．1腐蝕效應1．腐蝕的概念材料受環(huán)境介質(zhì)的化學作用而發(fā)生性能下降、狀態(tài)改變、甚至損壞變質(zhì)的現(xiàn)象。2．腐蝕的分類根據(jù)被腐蝕材料的種類,可分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕兩大類。金屬腐蝕:金屬與周圍環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學或電化學作用而引起的破壞或變質(zhì)現(xiàn)象。按照腐蝕的機理分類,可分為化學腐蝕、電化學腐蝕和物理腐蝕?；瘜W腐蝕主要為金屬在無水的液體和氣體以及在干燥的氣體中的腐蝕。物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用而引起的破壞,金屬與熔融液態(tài)金屬接觸引起的金屬溶解或開裂就屬于物理腐蝕。電化學腐蝕是金屬與電解液發(fā)生作用所產(chǎn)生的腐蝕。其特征是腐蝕過程中有電流產(chǎn)生,在金屬表面上有隔離的陽極區(qū)和陰極區(qū),被腐蝕的是陽極區(qū)。電化學腐蝕的現(xiàn)象與原電池作用相似。電化學腐蝕是最普遍、最常見的金屬腐蝕,在造成電子設備故障的常見的原因中,金屬的電化學腐蝕是最常受到指責的因素。大多數(shù)電子設備的制造、運輸、儲存和使用都是在地面或接近地面的地方進行,因此金屬材料在潮濕大氣中的腐蝕破壞是電子設備防腐蝕設計重點考慮的問題。非金屬材料在化學介質(zhì)或化學介質(zhì)與其它因素(如應力、光、熱等)共同作用下,因變質(zhì)而喪失使用性能稱為非金屬材料腐蝕。電子設備使用的非金屬材料,以有機高分子材料為最廣泛,如塑料、涂料、薄膜、絕緣材料等。高分子材料腐蝕的主要形式有老化、化學裂解、溶脹和溶解、應力開裂等。由于生物活動而引起材料變質(zhì)破壞的現(xiàn)象一般稱為生物腐蝕,其中由于霉菌和其它微生物引起的腐蝕也稱為霉腐或霉變。2．1．2腐蝕性環(huán)境因素凡是能夠作為腐蝕介質(zhì)引起材料腐蝕的環(huán)境因素,都可稱之為腐蝕性環(huán)境因素,主要有以下幾種:水分。氧和臭氧。溫度。腐蝕性氣體。鹽霧。沙和灰塵。太陽輻射。微生物額動物。2．1．3防腐蝕設計的基本要求實踐證明,采取恰當?shù)姆雷o措施,腐蝕是能夠受到一定程度的控制,有些腐蝕事故是能夠避免的。在防腐蝕設計時,應該考慮的主要因素有:電子設備可能遭遇的環(huán)境條件及主要的腐蝕性環(huán)境因素;對腐蝕損壞最敏感的部位(包括元器件、零部件和材料);要求保護的程度(臨時性防護、可更換零件防護、高穩(wěn)定性永久性防護等)以及允許采用的防護手段。經(jīng)過對各種因素的綜合分析,預測可能發(fā)生的腐蝕類型和危險性后果,從而確定合理而有效的防腐蝕措施。防止電子設備腐蝕損壞的基本方法有以下幾種:采用高耐蝕性材料;消除或削弱環(huán)境中的腐蝕性因素;對不耐蝕材料進行耐蝕性表面處理;防腐蝕結(jié)構(gòu)設計;電化學保護;企圖僅僅采用一種方法來達到防止腐蝕的目的是不切實際的。一般需要將幾種方法接合起來使用,以獲得經(jīng)濟而有效的結(jié)果。

2．2潮濕及生物危害的防護2．2．1潮濕的防護1、潮濕的危害氣候條件對電子設備的影響是多方面的,但從設備產(chǎn)生故障的直接原因來看,潮濕是主要因素。潮濕對電子設備具有下列破壞作用:(1)引起金屬腐蝕及加快腐蝕速度。(2)使非金屬材料性能變壞、失效。一些吸濕較大的材料,吸濕后發(fā)生溶脹、變形、強度降低乃至產(chǎn)生機械性破損。另外,水分附著在材料表面或滲入內(nèi)部,使材料表面電導率增加,體積電阻降低,造成短路、漏電和擊穿,介質(zhì)損耗增大。潮濕也是使油漆涂覆層起泡,脫落從而失去其保護作用的一個重要因素。(3)水是一種極性介質(zhì),能夠改變電氣元件的參數(shù),例如水附著在電阻器上,會形成一漏電通路,相當于在電阻器上并聯(lián)一可變電阻。(4)在一定溫度條件下,潮濕有利于霉菌的生長繁殖,引起非金屬材料的霉爛。(5)當溫度升高或空氣中含有雜質(zhì)(如灰塵、鹽分等)時,潮濕的影響和危害將加劇。2、吸濕機理處在潮濕空氣中的物體,由于空氣中的水分在熱的作用下蒸發(fā)形成水蒸汽,水蒸氣的分子運動,必然有一部分水分子被吸附在物體表面上,形成了一層水膜,隨著空氣相對濕度增高,水膜厚度亦增大。一切物體的吸濕,都是由這層水膜引起的。物體的吸濕有以下四種形式:(1)擴散在高濕環(huán)境下,由于物體本身和周圍環(huán)境的水汽壓力差較大,水分子在壓力差的作用下,向物體內(nèi)部擴散,使水分子進入物體內(nèi)部。擴散隨著溫度增高而加劇。(2)吸收有些材料本身具有縫隙和毛細孔,當物體處于潮濕空氣中時,材料表面的水分子由于毛細作用,進入材料內(nèi)部。(3)吸附由于物體表面分子對水分子具有吸引力,當物體處于潮濕空氣中時,水分子就會吸附到物體表面上,形成一層水膜。(4)凝露當物體表面溫度低于周圍空氣的露點溫度時,空氣中的水蒸汽便會在物體表面上凝結(jié)成水珠,形成一層很厚的水膜。在高低溫交變循環(huán)下,可能造成物體內(nèi)部的內(nèi)凝露,嚴重時造成物體內(nèi)部積水。擴散和吸收使水分子進入材料內(nèi)部,因而會使材料的體積電阻率下降,水分子以擴散和吸收的形式進入材料內(nèi)部的程度,能夠用吸濕性(吸潮性)和透濕性等指標表示。吸附和凝露會使材料表面形成一層水膜,造成材料表面電阻率下降。材料表面是否被水潤濕,對材料表面電阻率有很大的影響,一般來講,材料表面被水潤濕的程度越大,其表面電阻率下降也越大,材料表面被水潤濕的程度可用潤濕角來表征。當潤濕角α＜900時,材料可被認為是親水性的,即物體表面對水分子的吸引力大于水的表面張力。親水性物體使水在物體表面上連成一片水膜。當潤濕角α＞900時,則被認為是憎水性的,即物體表面對水分子的吸引力小于水的表面張力。憎水性物體使水在物體表面上收縮成不相連接的小水珠,物體表面不易潤濕,水分子不易滲入物體內(nèi)部。而且,α角越大,表示物體的憎水性越強以上四種吸濕形式可能同時出現(xiàn),也可能只出現(xiàn)某一二種,這要根據(jù)具體情況而定。3、防潮濕措施防潮濕措施首先是合理地選用材料,在滿足結(jié)構(gòu)強度,性能要求和經(jīng)濟性的情況下,應采用耐腐蝕、耐濕、化學性能穩(wěn)定的材料,同時采取表面憎水處理、浸漬、灌封、密封等方法。(1)憎水處理親水性物質(zhì)的吸濕性、透濕性大,能夠經(jīng)過憎水處理改變其親水性,使它的吸濕性和透濕性降低。方法是把硅有機化合物盛在容器中,放到加熱器中加熱到50~70℃,讓其揮發(fā),被處理的元器件和零件在有機硅蒸汽中吸收有機硅分子,然后在180~200(2)浸漬和蘸漬浸漬是將被處理的元器件和零件浸入絕緣漆中,經(jīng)過一段時間使絕緣漆進入元器件和零件的毛細孔、縫隙以及結(jié)構(gòu)中的空隙,從而提高了元器件和零件的防潮濕性能。浸漬有一般浸漬和真空浸漬兩種,真空浸漬的效果高于一般浸漬。經(jīng)浸漬處理后的元器件和零件除了具有良好的防潮濕性能外,還能提高纖維絕緣材料的抗電強度、熱穩(wěn)定性,提高元器件和零件的機械強度,改進了傳熱性能。蘸漬是把被處理的元器件和零件短時間(幾秒鐘)地浸泡在絕緣漆中,使元器件和零件表面上形成一層薄絕緣漆膜;也能夠用涂覆的辦法在元器件和零件表面涂上一層絕緣漆膜。蘸漬適用于敞開式的整機、功能單元等,除了能防潮濕以外,還能增加元器件和零件的外形美觀。蘸漬和浸漬的區(qū)別在于:蘸漬只是在材料表面上形成一層防護性能絕緣漆膜,而浸漬則是將絕緣漆深入到材料內(nèi)部,因此蘸漬的防潮濕性能比浸漬差。常見的防潮漆有:環(huán)氧絕緣清漆、聚氨脂絕緣清漆、環(huán)氧—聚酰胺絕緣清漆等。(3)灌封灌封是用熱熔狀態(tài)的樹脂、橡膠等將元器件澆注封閉,形成一個與外界環(huán)境完全隔絕的獨立的整體。灌封除可保護電子元件避免潮濕和腐蝕外,還能避免強烈振動、沖擊及劇烈溫度變化對電子元件的不良影響,以及提高抗振沖強度。但此法多適用于小型的單元、部件及元器件。灌封材料主要要求是應具有優(yōu)異的粘附力,很小的透濕性、較高的軟化點以及優(yōu)良的向物體縫隙的滲透能力。常見的灌封材料有:有機硅凝膠、有機硅橡膠、環(huán)氧樹脂等。(4)密封密封是長期防止潮氣影響的最有效方法。它就是將零件、元器件或一些復雜的裝置甚至整機安裝在不透氣的密封結(jié)構(gòu)中。此法造價較高,工藝較復雜。作為防潮濕的輔助手段,有時可對某些設備采用定期通電加熱的方法來驅(qū)除潮氣,也以用吸潮劑吸掉潮氣。2．2．2生物危害的防護1、霉菌的滋生及其危害性(1)霉菌特性霉菌屬于細菌中的一個系列,它能在土壤里及一切有機材料和有些無機材料的表面上滋生和繁殖霉菌的孢子很小(小于1μm),極易隨空氣侵入設備內(nèi)部,因此,凡是空氣能夠進入的設備中,所有的零件都有可能受到霉菌孢子的污染。另外,各種昆蟲和塵埃也都是傳播孢子媒介。霉菌在生長和繁殖過程中需要水分、氧氣以及碳、氫元素和微量磷、鎂、鉀、鈣等元素作為其營養(yǎng)物質(zhì)。霉菌孢子只有在潮濕的情況下,才能生長;只有在有水的情況下,霉菌才能進行一系列的新陳代謝作用。一般情況下,當空氣中的相對濕度低于65%時,霉菌極難生長,而在潮濕的環(huán)境中,霉菌生長旺盛;但當空氣中的相對濕度達到100%時,物體的表面將凝聚一層水膜,對霉菌的生長亦不利。氧氣是霉菌生命過程中進行呼吸作用的必須物質(zhì),停止供給新鮮氧氣,霉菌的生長就會終止。對于霉菌所需的其它營養(yǎng)物質(zhì),在電子設備中的許多非金屬材料中都能得到滿足。霉菌生長和繁殖最適宜的溫度范圍是20~30℃,溫度高于30℃,霉菌的生長能力將是顯著下降;溫度超過60℃(2)霉菌的危害性由于霉菌是靠自身分泌的酶在潮濕條件下分解有機物而獲得養(yǎng)料,這個分解過程就是霉菌侵蝕和破壞有機物材料的根本原因。霉菌對電子設備的危害分為直接危害和間接危害兩種。霉菌對電子設備的直接危害是:由于霉菌在生長和繁殖過程中從有機物材料中攝取營養(yǎng)成份,從而使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,強度降低、物理性能變壞。同時,霉菌本身作為導體,能夠造成短路,給電子設備帶來更嚴重的后果。霉菌對電子設備的間接危害是:由于霉菌在新陳代謝過程中分泌出的二氧化碳及其它酸性物質(zhì),引起金屬腐蝕和絕緣材料的性能惡化。同時,霉菌還會破壞元件和設備的外觀,以及給以人的身體造成毒害作用。因此,對處于潮濕環(huán)境中工作的電子設備,為了減少霉菌對其的影響,應進行防霉處理,以提高其可靠性。2、防霉菌措施(1)控制環(huán)境條件,抑制霉菌的生長霉菌的生長和繁殖需要適當?shù)沫h(huán)境,如果在電子設備的內(nèi)部放入干燥劑并將設備密封,保持設備內(nèi)部干燥、清潔;或?qū)⒃O備處于溫度低于攝氏6℃(2)使用抗霉材料合理選用材料是電子設備防霉的最基本方法。材料的抗霉性,主要取決于材料本身的性質(zhì),一般含有天然有機物的材料,如皮革、木材、棉織品、絲綢、紙制品等極易受霉菌的侵蝕;而像石英粉、云母等無機礦物質(zhì)材料,則不易長霉。因此,在電子設備中應盡量避免使用上述各種有機材料。合成樹脂本身具有一定的抗霉性能,但因有機顏料、油脂、某些增塑劑和填料的加入,使得某些種類的油漆、塑料易受霉菌的侵蝕。不論是天然橡膠還是合成橡膠,均為高分子碳氫化合物,若與霉菌長期接觸,能被分解轉(zhuǎn)化成為霉菌的營養(yǎng)物質(zhì),為霉菌所侵蝕。為此,建議采用玻璃纖維、石棉、云母和石英等為填料的壓塑料和層壓材料。橡膠宜采用氟橡膠、硅橡膠、乙丙橡膠及氯丁橡膠等合成橡膠;粘結(jié)劑及密封膠宜采用以環(huán)氧、環(huán)氧酚醛,有機硅環(huán)氧等合成樹脂(或合成橡膠)為基本成份的粘結(jié)劑;絕緣浸漬用漆則宜采用改性環(huán)氧樹脂漆和以有機硅為基本成份的油漆。(3)用足夠強度的紫外線照射用足夠強度的紫外線和日光的照射不但能防止霉菌對電子設備的侵入,而且能夠消滅霉菌。(4)防霉處理當必須使用不耐霉或耐霉性差的材料時,則必須使用防霉劑進行防霉處理,防霉劑系化學藥品,能夠抑制霉菌的生長和繁殖或?qū)⑵錅鐨?。防霉劑的使用有下列三種形式:①混合法:把防霉劑與材料的原料混和在一起,制成具有抗霉能力的材料。例如,在造漆時可把防霉劑加入漆中制成防霉漆。②噴涂法:把防霉劑和清漆混合,噴涂于整機、零件和材料的表面。③浸漬法:制成防霉劑稀溶液,對材料進行浸漬處理。棉紗、紙張等可用此法。一般,對于零部件是在機械加工后作防霉處理;而對于材料,可根據(jù)它的來源和使用時間,在材料的配制(制造)中或使用時進行防霉處理。必須指出:各種防霉劑都具有不同程度的毒性或難聞氣味,使用時應注意勞動保護。3、其它生物危害及其防護微生物或海洋動物、植物等也會使電子設備中的金屬產(chǎn)生腐蝕。一般,由于微生物的存在為電子設備的金屬腐蝕創(chuàng)造了必要的條件或使腐蝕的過程加速。例如,附著在金屬表面上的動物類、植物類的海生物,一般是經(jīng)過海風或海浪把它帶入電子設備的,這些海生物在其新陳代謝過程中釋放二氧化碳和氧氣,其尸體可分解出硫化物,這些物質(zhì)均能使金屬發(fā)生腐蝕或使腐蝕過程加快,有的還能破壞油漆防護層。鋼、鐵、鋁及其合金是海生物最能附著的材料,而對于銅材表面,海生物附著力最小。防止生物危害最有效的方法是進行合理結(jié)構(gòu)設計或采用密封結(jié)構(gòu),加大腐蝕材料的厚度、選用耐腐蝕的材料,以及陰極保護法等都能減少生物對電子設備的危害。2．3金屬腐蝕機理2．3．1金屬腐蝕的定義金屬材料的腐蝕現(xiàn)象都是在外界腐蝕介質(zhì)的存在下而發(fā)生的。因此,金屬材料與外界腐蝕介質(zhì)發(fā)生作用(化學的或電化學的作用)而破壞的現(xiàn)象稱為金屬腐蝕。金屬腐蝕都是從與介質(zhì)相接觸的表面開始,再向金屬內(nèi)部或表面其它部分擴展。發(fā)生腐蝕后,金屬不再作為元素,而是變成了某種化合物,從而失去了作為為金屬材料的寶貴性能。金屬腐蝕是一種化學性損壞,單純的機械作用造成金屬的物理性破壞,不能叫作金屬腐蝕?？墒?有時腐蝕介質(zhì)與機械因素會同時作用,兩者能夠互相促進,加速金屬的破壞,例如,金屬零件在交變應力與腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生疲勞損壞(稱為腐蝕疲勞)時,其疲勞強度比在空氣中的疲勞強度低得多。表征金屬材料對某種腐蝕介質(zhì)的抵抗能力一般見金屬材料的耐蝕性來表示,金屬材料的耐蝕性并非恒定的指標,而是隨金屬材料和腐蝕介質(zhì)的種類及其它條件(如溫度、濕度、應力、表面狀態(tài)等)不同而異。一種金屬在某種腐蝕介質(zhì)中不發(fā)生腐蝕,稱其耐蝕;對于即使存在發(fā)生腐蝕的可能性,但腐蝕速度極其緩慢的材料,也可看作是耐蝕的。2．3．2．金屬腐蝕的分類按照腐蝕作用發(fā)生的機理,金屬腐蝕能夠分為化學腐蝕與電化學腐蝕兩類。化學腐蝕是金屬與腐蝕介質(zhì)直接進行化學反應,是沒有電流產(chǎn)生的腐蝕過程。如果從腐蝕過程進行時的條件來考慮,化學腐蝕是在非電介質(zhì)溶液或干燥氣體作用下金屬發(fā)生的腐蝕。電化學腐蝕是金屬與電解液發(fā)生作用所產(chǎn)生的腐蝕。其特征是腐蝕過程中有電流產(chǎn)生,在金屬表面上有隔離的陽極區(qū)和陰極區(qū),被腐蝕的是陽極區(qū)。電化學腐蝕的現(xiàn)象與原電池作用相似。在電化學中,一般規(guī)定發(fā)生氧化反應的電極稱為陽極;發(fā)生還原反應的電極稱為陰極。因此,在原電池中電位較高的正極是陰極,電位較低的負極是陽極。根據(jù)組成腐蝕電池的電極尺寸大小及陰、陽極區(qū)分布隨時間的穩(wěn)定性,并考慮到促使形成腐蝕電池的影響因素和腐蝕破壞的特征,一般可將腐蝕電池分為宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電池兩大類。(1)、宏觀腐蝕電池。一般是指由肉眼可見的電極所構(gòu)成的腐蝕電池,電池的陰極區(qū)和陽極區(qū)往往保持長時間的穩(wěn)定,因而導致明顯的局部腐蝕。宏觀腐蝕電池有以下幾種。異種金屬接觸電池。即不同金屬在同一電解液中相接觸構(gòu)成的腐蝕電池。濃差電池。即同一種金屬浸入不同濃度的電解液中形成的腐蝕電池。金屬的電極電位與金屬離子的濃度有關,當金屬與含有不同濃度的該金屬離子的溶液接觸時,濃度稀處,金屬電位較負;濃度高處,金屬電位較正,從而稀處金屬離子濃差腐蝕電池。溫差腐蝕電池。金屬浸入電解質(zhì)溶液中各部分由于溫度不同而具有不同的電位,因而稀處腐蝕電池。(2)、微觀腐蝕電池。由于金屬表面存在電化學不均勻性,使金屬表面出現(xiàn)許多微小的電極,從而構(gòu)成各種各樣的微小的腐蝕電池,簡稱微電池。金屬表面化學成分的不均勻性引起的微電池。金屬表面的雜質(zhì)以微電極的形式與基體金屬構(gòu)成的許多短路的微電池。金屬組織不均勻性構(gòu)成的微電池。金屬晶界的電位一般比晶粒內(nèi)部的電位低,成為微電池的陽極,腐蝕首先從晶界開始。金屬物理狀態(tài)不均勻性引起的微電池。金屬各部分變形不均勻,或應力不均勻,都可引起局部微電池。一般變形較大或受應力較大部分為陽極。金屬表面膜不完整引起的微電池。金屬表面鈍化膜或其它具有電子導電性的膜或涂層,由于存在孔隙或破損,該處的基體金屬一般比表面膜的電位負,形成膜－孔電池。2．3．3．金屬腐蝕的破壞形式金屬腐蝕的破壞形式有全面腐蝕及局部腐蝕兩種類型。如果腐蝕分布在金屬整個表面上,則稱為全面腐蝕,全面腐蝕能夠是均勻的或是不均勻的。如果腐蝕是集中在某一定區(qū)域而表面上的其它部分卻幾乎未遭受腐蝕,則稱為局部腐蝕。局部腐蝕又可分為斑狀腐蝕、陷坑腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、穿晶腐蝕和表面下腐蝕、選擇腐蝕等。金屬究竟發(fā)生哪種類型的腐蝕,決定于金屬與環(huán)境的各種因素的綜合作用。全面腐蝕對金屬構(gòu)件本身破壞程度較小,但對具有表面裝飾性的金屬和金屬鍍層,或是在利用金屬表面性質(zhì)的情況下,這種腐蝕是最應避免的。局部腐蝕比全面腐蝕危害更大,因為往往在損失的金屬量不大的情況下造成非常嚴重的機械性能的損壞,而且具有較大的隱蔽性。2．3．4．金屬腐蝕對電子設備的危害性金屬腐蝕的發(fā)生,必然影響到金屬零部件、元器件的電性能,機械性能和防護性能,造成各種開關及接觸件的接觸不良,機械傳動系統(tǒng)的精度降低;固定件的強度減弱;電磁元器件的參數(shù)改變等不良后果,同時,腐蝕產(chǎn)物還有可能造成電氣上的短路、絕緣材料漏電而降低介質(zhì)的電性能等,嚴重地影響了電子設備的性能參數(shù),降低使用壽命,甚至使設備損壞。另外金屬腐蝕還使得設備的維修、零件更換的次數(shù)增加,以及為采取防腐蝕措施而增加生產(chǎn)工序等間接損失。實踐證明,在熱帶、海洋、化工、工業(yè)氣體等腐蝕性強的環(huán)境中,電子設備中的金屬腐蝕極為嚴重。因此,做好防腐設計是保證電子設備具有高度可靠性的重要環(huán)節(jié)。2．4金屬的防腐蝕設計電子產(chǎn)品的防腐蝕設計主要是選用耐腐蝕材料、選擇合適的防腐蝕覆蓋層以及進行合理的結(jié)構(gòu)設計。2．4．1．選擇耐蝕材料1．選材應遵循的原則根據(jù)設備的使用條件,選擇具有耐蝕性能的金屬材料對提高設備的抗蝕性能很有成效,但由于材料的使用還涉及到設備性能或零部件的功能所要求的物理、化學、機械、電氣特性,以及其加工性能和經(jīng)濟性等,因此必須綜合考慮。僅從防腐蝕角度出發(fā),選材應遵循下列原則:(1)環(huán)境因素和腐蝕介質(zhì)是選材必須明確的條件。金屬的耐蝕性能與所接觸的介質(zhì)有密切關系。選材時要知道腐蝕介質(zhì)的種類、腐蝕強度、PH值以及影響腐蝕性的諸如環(huán)境溫度、濕度變化等各種因素,以此作為選材的主要依據(jù)。(2)根據(jù)對保護程度的要求選材。對于那些一旦發(fā)生腐蝕則會帶來嚴重后果、可靠性要求很高且不易維修更換的關鍵零部件,應選用高耐蝕性材料;而對于非關鍵零部件則可采用耐蝕性較低的材料,并輔以其它防腐措施,以獲得較好的經(jīng)濟效果。(3)選材時應考慮與之相應的防腐措施,一種金屬材料加上適當?shù)姆栏胧┠軌蚪M成良好的耐蝕體系。(4)應注意材料的兼容性。不同金屬相互接觸有可能形成電偶腐蝕。表2.2列出了允許和不允許的電化偶。(5)應考慮材料的加工性能、焊接性能,要注意其加工后是否會降低抗腐蝕性能。(6)在某些場合可考慮用非金屬代替金屬材料,如塑料、橡膠、陶瓷、玻璃等,只要使用得當,都可成為設備的防腐材料。當前,在電子設備中廣泛利用工程塑料制造機箱、面板、旋鈕、支架、手柄等一般構(gòu)件和齒輪、鏈輪、蝸輪、蝸桿等耐磨傳動件。2．大氣環(huán)境中的選材在一般的大氣環(huán)境中,作為電子設備的結(jié)構(gòu)材料一般以鋼鐵(鑄鐵、普通碳鋼、低合金鋼)、鋁合金為主,并進行適當?shù)谋砻嫣幚硪栽鰪娖淠臀g能力。常見金屬材料的防蝕處理有以下幾種:鑄鐵、普通碳鋼、低合金鋼能夠用金屬鍍層或油漆涂覆層加以保護。鋁及鋁合金采用電化學氧化處理或化學氧化處理。鑄造鋁合金采用油漆涂層保護。銅及銅合金在大氣中容易變色。當變色會影響其導電性能或外觀要求時,能夠根據(jù)不同的使用條件和使用要求,采用光亮酸洗、鈍化處理、金屬鍍層或油漆層加以保護。鋅合金制造的零件,能夠采用磷化、鈍化、金屬鍍層或油漆層防護。鎂合金制造的零件,能夠采用陽極氧化或化學處理并涂覆油漆層保護。3．海水腐蝕環(huán)境中的選材對大型海洋工程結(jié)構(gòu),一般采用價格低廉、制造方便的低碳鋼和普通低合金鋼,并輔之以涂料和陰極保護措施。對強度要求高的可采用低合金高強度鋼。環(huán)境腐蝕條件比較苛刻,普通鋼鐵材料難以滿足防腐蝕要求,材料用量又不很大時,應采用高耐蝕材料,如耐海水不銹鋼、銅合金、鎳基合金和鈦合金。2．4．2防腐蝕覆蓋層金屬材料的表面防腐蝕覆蓋層主要有金屬鍍層、金屬表面化學處理和有機覆蓋層等三種。金屬鍍層經(jīng)過電鍍、化學鍍、熱噴涂、熱浸鍍、真空鍍等方法,在需要防護的基體金屬表面行成金屬鍍層保護膜。(1)金屬鍍層的分類按照使用目的,可把金屬鍍層分為下列幾種:①主要用來防止金屬制品腐蝕的防護性鍍層。例如在海洋性氣候條件下,鋼鐵制品上的鎘鍍層等。②不但能防止腐蝕,而且能賦予金屬制品某種經(jīng)久不變的光澤外觀的防護——裝飾性鍍層。此類鍍層大都為多層鍍覆,即先鍍以與基體金屬結(jié)合牢固、耐蝕性強的”底層”,再鍍以主要賦予裝飾性能的”表層”,甚至還有”中間鍍層”。例如廣泛使用的銅、鎳、鉻電鍍層。③導電性鍍層。如鍍銀,用來提高零件表面的導電性能。④其它鍍層。如磁性鍍層,耐磨和減摩鍍層等。根據(jù)鍍層與基體金屬之間的電化學關系,又可分為下列兩種:①如果鍍層金屬的電位比基體金屬的電位低,當鍍層有缺陷(針孔、劃傷等)而與基體金屬形成微電池時,鍍層將作為陽極,對基體金屬(陰極)起電化學保護作用,這類鍍層叫做陽極鍍層。完整而又致密無孔的陽極鍍層對基體金屬尚有機械保護作用。②如果鍍層金屬的電位比基體金屬電位高,則叫做陰極鍍層。顯然,陰極鍍層當它完整無缺時,對基體金屬也有機械保護作用,但鍍層破損后,則會加速基體金屬的腐蝕。獲得金屬鍍層的方法有:電鍍、化學鍍、熱噴鍍、熱浸鍍、熱滲鍍、真空鍍等。(2)常見金屬鍍層為達到保護基體的目的,金屬鍍層應滿足的要求是:鍍層金屬在環(huán)境介質(zhì)中耐蝕性良好;與基體金屬結(jié)合牢固;有良好的機械物理性能;鍍層完整,空隙小;有一定厚度和均勻性。鋼鐵材料常見的鍍層有:鍍鋅、鍍鎘、鍍鉻、鍍鎳、鍍錫鉛合金、鍍銅等。鋅鍍層屬于陽極鍍層,在一般氣候條件下具有良好的保護性,故被廣泛采用,鋅鍍層的鈍化膜大大提高了其防腐蝕能力,故鍍鋅時一般都要進行鈍化處理。鎘鍍層在一般大氣條件下,屬于陰極鍍層,其保護性不如鋅鍍層,但在鹽霧和海洋氣候條件下,屬于陽極鍍層比鋅鍍層耐腐蝕,故多用于海上和沿海用的電子設備。鉻鍍層對鐵雖是陽極鍍層,但防腐蝕能力差。其最廣泛的用途是作為零件的裝飾性鍍層,而且一般用銅和鎳鍍層作為底層和中間鍍層,才能防止基體金屬遭受腐蝕。常見金屬鍍層的特性、用途和選用可查相關手冊。2．金屬表面化學處理金屬表面化學處理是利用化學或電化學的方法使金屬表面生成某種化合物而形成覆蓋層(化學轉(zhuǎn)化膜),以達到防腐蝕的目的。這種保護膜實際是金屬或鍍層金屬表層原子與介質(zhì)中的陰離子相互反應,在其表面生成具有良好附著性的氧化膜或金屬鹽膜。(1)發(fā)蘭(發(fā)黑)在鋼鐵零件上用化學方法形成一層氧化膜的過程稱為發(fā)蘭。氧化膜主要由磁性氧化鐵(Fe3O4)組成,呈黑色和深蘭黑色故又稱為發(fā)黑,其光澤美觀,有較大的彈性和潤滑性,但厚度較薄,抗蝕能力差。多用于不能電鍍或油漆的零件,有時也作裝飾性保護層。為了提高氧化膜的抗蝕能力,可在發(fā)蘭處理后再進行油漆處理或增加磷化處理。(2)磷化處理將鋼鐵零件放入磷酸鹽溶液中進行浸泡,使零件表面形成一層磷酸鹽膜的過程稱為磷化處理。磷化后產(chǎn)生的磷化膜厚度遠遠超過發(fā)蘭膜的厚度,其抗蝕能力為發(fā)蘭膜的2~10倍,若在磷化膜上涂漆,防蝕能力還可大大提高。磷化膜的另一優(yōu)點是具有較高的電絕緣性,同時它與基體金屬的結(jié)合很牢固,可作為電機及變壓器用的硅鋼片的絕緣層。金屬經(jīng)磷化處理后,其原有的機械性能及磁性等基本保持不變。(3)鈍化處理將金屬零件放入以鉻酸或重鉻酸鹽為主要成份的鈍化溶液中進行處理,使零件表面形成一層穩(wěn)定性較高的鉻酸鹽膜(稱鈍化膜)的過程稱為鈍化處理。鈍化膜能提高金屬零件的抗腐蝕能力和增加其美觀,但焊接性能和導電性能均稍有降低,因而只適宜作為在良好和一般條件下短時間防腐措施。銅及其合金和鐵的鋅鍍層常選用鈍化處理。(4)氧化處理氧化處理多用于鋁及鋁合金,銅及銅合金。氧化處理有化學氧化和電化學氧化兩種?；瘜W氧化是將零件放入堿性或酸性溶液中(分別稱為堿性氧化和酸性氧化)進行處理,使其表面形成一層氧化膜的過程。這層氧化膜質(zhì)地致密、具有良好的吸附能力,但質(zhì)軟不耐磨,耐腐蝕性能較差,故不宜單獨使用,一般作為涂漆的底層。電化學氧化是將零件放在電解液中,在外加電流的作用下零件作為陽極進行電解而在其表面形成一層氧化膜的過程,有時也稱為陽極氧化。這種方法獲得的氧化膜較厚,具有較高的化學穩(wěn)定性和較強的吸附能力,提高了零件的抗腐蝕能力。另外,這層氧化膜具有較高的硬度、較好的電絕緣性,而且耐磨,還是一種很好的絕熱和抗熱保護層。若在氧化處理后再涂漆則可進一步提高其耐蝕能力。3．有機覆蓋層有機覆蓋層也稱有機涂層,是由有機成膜物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋層,包括涂料、塑料、橡膠和瀝青涂層等。(1)涂料涂覆涂料(過去稱油漆)涂覆是一種對金屬和非金屬制品進行防腐蝕和裝飾的最簡單的方法。在電子設備中應用最廣泛。涂料具有一定的流動性,能在物體表面形成一層連續(xù)的薄膜,該膜能自行進行物理和化學變化,從而變成牢固地附著于物體表面的一層堅實的外皮,這層外皮對被涂覆的物體具有防腐與美化裝飾作用。另外,某些涂料涂覆層還賦予零件以絕緣、耐高溫、保護色等特殊性能。由于涂料涂覆層的耐磨性較差且較厚,因此,涂料涂覆主要用于機械作用不大、沒有摩擦、公差要求不高、不焊接的表面。(2)塑料涂覆塑料涂覆是指利用有些塑料材料具有耐腐蝕性能的特點,將其制成分散液或懸浮液,然后經(jīng)過特殊的工藝手段,讓它們在基體材料表面形成防護膜。塑料涂覆膜的耐蝕性能與塑料本身的耐蝕性能有關,由于當前塑料種類很多,故經(jīng)過采用塑料涂覆的方法往往能夠獲得許多特殊性能的表面,如絕緣、裝飾等。由于塑料涂覆時往往需要經(jīng)過干燥、塑化等高溫工藝,因此,進行塑料涂覆的零件、部件均應能承受高溫,否則就應選用其它涂覆方法。2．4．3防腐蝕的結(jié)構(gòu)設計金屬防腐蝕除使用覆蓋層外,還應從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計上加以考慮,金屬結(jié)構(gòu)設計是否合理,對于接觸腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕的敏感性影響很大。合理的結(jié)構(gòu)形狀結(jié)構(gòu)形狀應盡可能簡單和合理。防止參與水分和冷凝液的積聚。防止電偶腐蝕發(fā)生電偶發(fā)生一般應滿足下列條件:兩種金屬必須有一足夠的電位差;兩種金屬必須直接接觸并處于同一電解液中;溶液必須含有溶解氧(或酸)。因此,在設計上如果能夠采取措施使上述條件中的任何一個得不到滿足時,即可大大減輕或避免電偶腐蝕的發(fā)生。這些措施主要有:不同金屬和合金應當避免直接接觸。當兩個金屬件相接觸時盡可能采用同種金屬,當必須使用不同材料時,應選金屬活潑性相差較近的材料。在兩種不同的金屬材料偶接處加入第三種金屬,使兩種金屬間電位差降低。當不可避免需要異種金屬接觸時,一定要采取大陽極小陰極的結(jié)構(gòu)形式。防止電偶腐蝕最普遍的方法是在兩金屬間隔入一個不吸水的有機材料絕緣物,如合成橡膠、聚四氟乙烯等,并對接觸部位進行妥善的防水密封。能夠采用一種可靠的耐蝕涂料系統(tǒng)保護不同金屬偶接部位,防止其與周圍介質(zhì)直接接觸,以便電偶腐蝕保持在一可接受的水平。3．防止其它類型的局部腐蝕防止縫隙腐蝕在電焊、鉚接、螺紋緊固甚至是絕緣墊圈下面等缺氧處容易產(chǎn)生氧的濃度差腐蝕電池,這種現(xiàn)象叫縫隙腐蝕,縫隙腐蝕常發(fā)生在不銹鋼、鎳、鉛等一般認為是耐蝕的金屬上,且不易發(fā)現(xiàn),因此危害性較大。應避免在濕度較大的條件下采用點焊、鉚接結(jié)構(gòu)。同時,在縫隙處應加上密封涂覆。為防止應力腐蝕,除了注意選擇在給定的環(huán)境介質(zhì)不具有應力腐蝕敏感性的金屬材料之外,在結(jié)構(gòu)設計上應注意盡量降低外應力、熱應力、應力集中,應避免各種切口、尖角、焊接缺陷等的存在。在易發(fā)生腐蝕和最大腐蝕部位加厚構(gòu)件尺寸。對易腐蝕損壞而必須經(jīng)常維修、更換的零部件,結(jié)構(gòu)上應保證其易于修理。降低金屬件的表面粗糙度,對提高它的抗腐蝕能力有利。

2．5高分子材料的老化與防老化高分子材料主要指塑料、橡膠、涂料等,它們以其良好的耐蝕性、絕緣性、一定的強度、良好的加工成型工藝、較好的裝飾性和各自特有的性能而被廣泛地用于電子設備的制造中,特別是工程塑料的廣泛應用,使設備更趨于輕型化、小型化并大大提高了其環(huán)境適應能力。與金屬材料一樣,高分子材料在使用時也會出現(xiàn)腐蝕變質(zhì)現(xiàn)象,我們把高分子材料在加工、儲存和使用過程中,物理、化學性質(zhì)和機械性能逐漸惡化的變質(zhì)現(xiàn)象稱為老化。2．5．1老化及其特征高分子材料的老化是由于其化學組成、分子結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)等內(nèi)因和經(jīng)受光、熱、電、機械應力、氧、臭氧、化學介質(zhì)等外因作用而引起的。一般把高分子材料在化學介質(zhì)或化學介質(zhì)與其它因素共同作用下的變質(zhì)現(xiàn)象稱為化學老化;而把高分子材料在大氣環(huán)境中所發(fā)生的性能惡化稱為大氣老化或環(huán)境老化。電子設備防腐設計中主要以防止大氣老化為主。1．高分子材料老化的外部因素引起高分子材料老化的外部因素主要有以下幾方面:(1)陽光照射對高分子材料老化影響最大的因素是陽光中的紫外線。紫外線的波長短、能量高,對高分子材料有強烈的破壞作用。紫外線作用在有氧的環(huán)境中,將使高分子材料產(chǎn)生氧化反應,導致其高分子鏈的斷裂,同時還引起分子間的交聯(lián)從而產(chǎn)生老化。因此,多數(shù)高分子材料是不耐紫外線作用的。(2)溫度在高溫下,高分子材料受熱使其分子的勢能