文/王羚薇 张伟 王威

1 概述

随着电子技术的飞速发展，现代电子产品趋向小型化、模块化、集成化发展，电子产品的精度和可靠性对设备有着越来越大的作用，是判断仪器是否优良的关键条件之一。军用电子仪器需要适应不断变化的工作环境，若电子产品中的材料、元器件等在复杂环境下出现腐蚀等情况，会降低产品的电气性能，造成巨大的损失。国外一研究机构对运行不良的电子仪器展开研究发现，多达五成的电子仪器运行不良是由于环境条件造成，由于温度、湿度、振动三类条件导致电子仪器运行不良高达43.58%，由此可见三防设计的重要性。

2 潮湿、盐雾、霉菌对电子设备的影响

三防设计主要涵盖抵御潮湿、盐雾、霉菌这三类对象，这三类物质对仪器的作用方式也存在差异。为使军用电子设备满足设计之初的指标，保证产品质量，降低制造的成本，产品应该从设计阶段开始，在考虑产品电性能、结构 、机械强度是否满足使用条件时，也将潮湿、盐雾、霉菌等环境因素的腐蚀作用与防范问题都考虑进去，从设计伊始就加入三防的概念，下面将分别介绍潮湿、盐雾和霉菌对电子产品的危害。

2.1 潮湿场所的危害

影响电子设备性能的主要因素之一是潮湿，当相对湿度在80%以上时，电子设备会在物理、机械、电气三个方面受到影响。在过于潮湿的环境下，电子产品易产生溶胀、在物理上发生变化和分解，会使质量受到破坏，或使机械性能劣化、电气性能受到影响。过于潮湿的空气容易导致电子产品或元器件受潮出现氧化腐蚀。水作为一种化合物，因此在潮湿的空气中会溶解有氯化物、硫酸盐和硝酸盐等。湿气中往往溶解有氯化物，当不同金属间存在电动势时，在这些导电溶液的作用下，会发生电化学反应，从而造成金属的腐蚀。潮湿可能减弱绝缘材料和层压电路板的介电强度和体积绝缘电阻，提升损耗角的正切值。潮湿还给霉菌的繁殖创造了良好的生存环境。另外，空间里的水汽还会吸收电磁能量，出现电极击穿的安全隐患（大部分电容器吸水量大于0.1%就丧失工作能力）。在高密度的微电路内，水蒸气会创造导电路径，造成漏电或短路，进而导致仪器故障。在客观工作的环境里，湿度也不是越低越好，理想的湿度应该控制在一定的范围内：过大的空气水含量会使密封及绝缘用的大量橡胶及有机物质干涸或皱缩，造成突出的电气功效变化；过大的空气水含量大概率会导致水汽聚集，使仪器的绝缘电阻减弱，造成漏电及飞弧。

针对电子设备研究发现，仪器零件吸收水分易造成介电常数浮动，介质损耗加剧，当湿度上升至较大数值还可能造成金属腐蚀急剧提升（通常铁的临界腐蚀湿度为70%，锌为65%，铝为60%-65%）。特别是在温差较为明显的湿热情况中，因为所用物质毛细管的“呼吸效应”，会极剧加速物质的吸潮与腐蚀进度，如白天、夜晚的温度差异会造成利用“O”形环或垫圈密封的电子仪器在温度较低的时间段吸收水汽，日间温度较高时释放干热气体，若吸潮到一定数值便冷凝为水，加剧了腐蚀行为的速度。

2.2 盐雾环境的危害

盐雾是导致电子产品损坏的另一关键因素。盐雾一般常见于海上及海洋附近，陆上离海400m及高度约150m内的盐雾腐蚀效果较为明显。盐雾的成分主要是NaCl和MgCl2，另外是少量杂质。若相对湿度超过65%，所有材料表面都会形成水膜，而盐雾里的氯化钠及氯化镁的突出特征在于，能根据湿度较小的空气里吸收额外的水分，特别在温度及湿度这两个方面数值较大的环境中，若材料表面形成如此的含盐水份时，便可理解为电子产品长时间处在潮湿情况中，因为含盐水膜的存在，所以加剧了金属物质的腐蚀，也减弱了电子仪器绝缘物质的表面比电阻。

针对电子仪器而言，大部分电解液的出现是因为水蒸气的集聚所导致，而盐雾与水蒸气的聚集会生成强电解液，电解液一旦生成，很容易造成金属电化学腐蚀。盐雾腐蚀的进展程度与温度、湿度的提升而成正比。温度会加快化学层面的腐蚀，温度每增加10摄氏度，腐蚀进展程度可随之加快2至3倍，电解质的电导率也会攀升10%～20%。相对湿度RH的临界值是70%，若RH低于70%，腐蚀进展缓慢，若RH超过70%，盐类发生潮解，电解液逐渐成膜，则易出现电化学反应，从而造成金属的腐蚀。

2.3 霉菌环境的危害

霉菌是菌丝所组成的植物体，为单细胞真菌，凭借孢子进行繁殖生长，成熟后散落众多的孢子通过空气循环传播到不同场所、电子仪器里，空气能到达的地方均存在繁殖霉菌的概率。

霉菌由蛋白质组成，本身可以导电，此外，霉菌分泌的不同酶可损毁大量的有机物及有机物的衍生成分，还会损毁大量的矿物成分，进而作用在部分电子仪器的密封、绝缘上，并减弱其功效，缩短仪器寿命。大部分霉菌生长在湿润环境，若其穿越绝缘表面而生长，会造成短路现象。霉菌利用损耗固体及气体物质能够损毁金属表层的电平衡，以此损毁能抵御防腐的钝态薄膜。在符合条件的温度、湿度和酸性环境里，霉菌几乎能够繁殖在所有物质上，所以，霉菌对于电子产品的破坏属于非常关键的因素。

3 电子设备的三防设计

从上文的介绍我们可以发现，潮湿、霉菌、盐雾对电子产品的危害很大，为保证电子产品的可靠性，必须进行三防设计。三防设计应从材料应用、结构设计和工艺技术等多方入手。

3.1 材料三防设计

在材料的选择上，耐候性较强的物质被普遍使用，并取得较好的效果。如不锈钢的耐候能力高于铁合金。从性价比角度而言，表面积较大的薄板材质（小于2毫米）、接头、铰链等摩擦件通常考虑耐候物质进行工作。

为降低电化学腐蚀的发生，当仪器由大量金属物质构建时，应尽量选用电动势接近的金属相互接触，以降低互相接触的金属（或金属层）之间的电位差；当必须将不建议接触的金属物质拼接时，金属间应填涂保护层或增设绝缘垫圈，另外，在表面积问题的处理上，阳极性物质需要尽量增大、阴极性物质则需减小。

3.2 结构三防设计

结构的优良与否对电子产品的三防功效作用尤为重要，三防设计要求包括：

（1）尽量避免积水积灰，设计中减少缝隙及尖端，设计应外形流畅，防护达标。

（2）结构形式里，慎重设计所需要的用料和构造，仔细研究表面处理等工艺流程，若所用金属和工艺防护难以符合标准时，则应从仪器的整体或细微角度进行优化改进，如对非寻常要求的电路、零件、辅件，设计上应充分考虑密封问题。

（3）结构设计应统筹考虑表面处理的手段，并借助表面处理策略展开结构优化，另外需整体考量各类材料相接触发生电化反应的防范手段。

3.3 工艺三防设计

这一环节一般涵盖涂覆、电镀、喷涂、表面改性等表面处理。表面处理层是预防电化学反应、屏障氧化，要着重对于尖角、缝隙位置的设计进行研究，要综合考量结构三防，进行有机的整体研究并展开优化。

3.4 电路板组装件三防设计

电路板组结构是需要特殊的工作场合介质中运行的，工作场合中的变化势必左右其性能及使用期限，因此，设计之初就应考虑其环境适应性并采用工艺措施保证其良好的使用性。

印制板组装件的三防主要涉及以下标准：

（1）选材：优先选耐氰化合物，单、双面覆箔板THF13-21.22和双氰胺性环氧玻璃布板THXB-68。另外，应对板箔落实质量审核、保证匹配技术要求；最后，应选择优质的电镀涂覆工艺，对印制电路镀银、印制插头镀金或镀镍金。

（2）涂覆及灌封：在印制板和元器件上，应喷涂DBSF6101三防漆后灌封QD231硅橡胶（或其它同类型的硅橡胶），在涂覆三防漆前，应保证印制板和元器件的整洁，可对印制板及其组件进行二次清洗后，再涂覆三防漆，在涂覆过程中，应注意对某些器件的防护，如连接器、有灌封要求的电器件及部件、微调电容、可调电感、可调电阻和2W以上的电阻、感温元件、开关、波段开关的滑动接点、减震器、橡胶零件、线束活动部位、散热器、电机、导轨、整机的面板、外壳、机箱接地的螺钉部位等。

（3）成品处理：采用三氯三氟乙烷（F113）展开气相清洗，在50℃温箱内预烘一小时，插头零件用无腐蚀、能耐150℃高温的绝缘胶带保护，在印制板上涂S01-3清漆。

（4）对半成品保护，喷涂树脂中性保护剂，储存时单个印制板用聚乙烯塑料袋进行隔离储存，并储存在备用硅胶（维持相对湿度在50℃±10区域）的玻璃器中，在操作过程要注意静电防护。

4 三防设计措施

进行三防设计时，为防止潮湿、盐雾、霉菌对电子产品产生影响，一般可采用以下手段：

4.1 防潮湿设计

（1）利用工艺手段，减弱仪器的吸水能力，增强仪器的憎水性能。

（2）针对部分器件或位置，使用浸渍、灌封手段，用强度大、绝缘能力佳的涂料涂抹构建内的缝隙、孔洞，如将环氧树脂、蜡类、不饱和聚酯树脂、硅橡胶等有机绝缘物质经高温加热成液态，灌入零件中或和外表面构成的缝隙、孔洞的间隙，以上方式还能够强化仪器的抗击穿能力与降低发生化学反应的现象，在灌封时要注意对邻近器件的保护。

（3）以密封为目的，利用塑料及金属对零件密封，塑料密封是将零件装入注塑模具，使其和塑料成为一体；金属密封目的是将部件放在密封的盒内，部分还在盒内灌注气态或液态物质，金属密封在防潮方面较塑料效果更好。

（4）用有机绝缘漆喷涂构件外层，让其抵御潮湿的能力提升，减少潮湿对其性能的影响。

4.2 防盐雾设计

最普遍的手段为电镀与涂覆，同时要尽量降低各种金属间的接触产生的电化学作用。盐雾能导致金属材料出现电解效果，尤其是当不同金属接触，这种效果尤其明显，所以，要尽可能选择同类金属进行接触。如需不同金属配合，应约束电位差小于0.5V，逾越这一数值时需要替换为过渡金属（或镀层），以减少原来两种材料造成的电化学腐蚀效果。

4.3 防霉菌设计

（1）一般推荐抗霉物质，无机矿物质能够有效减少霉菌繁殖，合成树脂也存在优良的抗霉效果，不推荐使用棉、麻、毛、绸、纸、木材等有机物质作为用来绝缘的材料。

（2）对仪器的温度与湿度展开约束，减少湿度，创造优质的通风场所，以抵御霉菌繁殖。

（3）对于密封设备，可充入高浓度O3，用来杀菌。

（4）采用防霉剂——用化学药品减少霉菌繁殖，乃至彻底杀死。

5 结束语

腐蚀防护与控制是保证电子产品性能的有效方法之一，也是整机设备环境适应性设计的主要内容和实施的重要保证措施，评判电子整机设备可靠性高低的关键因素。军用电子设备的三防设计是多学科交叉的大型设计任务，需机械、设计、工艺、电学等各学科科研者的通力协作，要根据设备的环境分析，确定主要防护的环境因素、作用强度及持续期限，再从为整机腐蚀防护的选料选择、工艺设计确定方向和技术途径等，还应考虑产品技术要求及使用指标,对关键位置及零件,使用符合其自身特性的三防设计。由于科学技术的发展不断翻新不断突破,科研工作者对三防的重视性也越来越大，不断开展新的研究，也发现了一些新的三防设计手段及材料，在实际应用时也取得了十分好的成绩，作为科研人员，应持续探索、随时关注最新的研究动态，对于新的研究成果认真、验证后，将之应用在实际生产中。