电子产品的防腐蚀设计说明.docx

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电子产品的防腐蚀设计说明

第二章电子产品的防腐蚀设计

2．1概述

2．1．1腐蚀效应

1．腐蚀的概念

材料受环境介质的化学作用而发生性能下降、状态改变、甚至损坏变质的现象。

2．腐蚀的分类

根据被腐蚀材料的种类,可分为金属腐蚀和非金属腐蚀两大类。

金属腐蚀：

金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质现象。

按照腐蚀的机理分类,可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。

化学腐蚀主要为金属在无水的液体和气体以及在干燥的气体中的腐蚀。

物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏,金属与熔融液态金属接触引起的金属溶解或开裂就属于物理腐蚀。

电化学腐蚀是金属与电解液发生作用所产生的腐蚀。

其特征是腐蚀过程中有电流产生,在金属表面上有隔离的阳极区和阴极区,被腐蚀的是阳极区。

电化学腐蚀的现象与原电池作用相似。

电化学腐蚀是最普遍、最常见的金属腐蚀,在造成电子设备故障的常见的原因中,金属的电化学腐蚀是最常受到指责的因素。

大多数电子设备的制造、运输、储存和使用都是在地面或接近地面的地方进行,因此金属材料在潮湿大气中的腐蚀破坏是电子设备防腐蚀设计重点考虑的问题。

非金属材料在化学介质或化学介质与其他因素〔如应力、光、热等〕共同作用下,因变质而丧失使用性能称为非金属材料腐蚀。

电子设备使用的非金属材料,以有机高分子材料为最广泛,如塑料、涂料、薄膜、绝缘材料等。

高分子材料腐蚀的主要形式有老化、化学裂解、溶胀和溶解、应力开裂等。

由于生物活动而引起材料变质破坏的现象通常称为生物腐蚀,其中由于霉菌和其他微生物引起的腐蚀也称为霉腐或霉变。

2．1．2腐蚀性环境因素

凡是能够作为腐蚀介质引起材料腐蚀的环境因素,都可称之为腐蚀性环境因素,主要有以下几种：

1．水分。

2．氧和臭氧。

3．温度。

4．腐蚀性气体。

5．盐雾。

6．沙和灰尘。

7．太阳辐射。

8．微生物额动物。

2．1．3防腐蚀设计的基本要求

实践证明,采取恰当的防护措施,腐蚀是可以受到一定程度的控制,有些腐蚀事故是可以避免的。

在防腐蚀设计时,应该考虑的主要因素有：

电子设备可能遭遇的环境条件及主要的腐蚀性环境因素；对腐蚀损坏最敏感的部位〔包括元器件、零部件和材料〕；要求保护的程度〔临时性防护、可更换零件防护、高稳定性永久性防护等〕以及允许采用的防护手段。

通过对各种因素的综合分析,预测可能发生的腐蚀类型和危险性后果,从而确定合理而有效的防腐蚀措施。

防止电子设备腐蚀损坏的基本方法有以下几种：

1．采用高耐蚀性材料；

2．消除或削弱环境中的腐蚀性因素；

3．对不耐蚀材料进行耐蚀性表面处理；

4．防腐蚀结构设计；

5．电化学保护；

企图仅仅采用一种方法来达到防止腐蚀的目的是不切实际的。

通常需要将几种方法接合起来使用,以获得经济而有效的结果。

2．2潮湿及生物危害的防护

2．2．1潮湿的防护

1、潮湿的危害

气候条件对电子设备的影响是多方面的,但从设备产生故障的直接原因来看,潮湿是主要因素。

潮湿对电子设备具有下列破坏作用：

〔1〕引起金属腐蚀及加快腐蚀速度。

〔2〕使非金属材料性能变坏、失效。

一些吸湿较大的材料,吸湿后发生溶胀、变形、强度降低乃至产生机械性破损。

此外,水分附着在材料表面或渗入内部,使材料表面电导率增加,体积电阻降低,造成短路、漏电和击穿,介质损耗增大。

潮湿也是使油漆涂覆层起泡,脱落从而失去其保护作用的一个重要因素。

〔3〕水是一种极性介质,能够改变电气元件的参数,例如水附着在电阻器上,会形成一漏电通路,相当于在电阻器上并联一可变电阻。

〔4〕在一定温度条件下,潮湿有利于霉菌的生长繁殖,引起非金属材料的霉烂。

〔5〕当温度升高或空气中含有杂质〔如灰尘、盐分等〕时,潮湿的影响和危害将加剧。

2、吸湿机理

处在潮湿空气中的物体,由于空气中的水分在热的作用下蒸发形成水蒸汽,水蒸气的分子运动,必然有一部分水分子被吸附在物体表面上,形成了一层水膜,随着空气相对湿度增高,水膜厚度亦增大。

一切物体的吸湿,都是由这层水膜引起的。

物体的吸湿有以下四种形式：

〔1〕扩散

在高湿环境下,由于物体本身和周围环境的水汽压力差较大,水分子在压力差的作用下,向物体内部扩散,使水分子进入物体内部。

扩散随着温度增高而加剧。

〔2〕吸收

有些材料本身具有缝隙和毛细孔,当物体处于潮湿空气中时,材料表面的水分子由于毛细作用,进入材料内部。

〔3〕吸附

由于物体表面分子对水分子具有吸引力,当物体处于潮湿空气中时,水分子就会吸附到物体表面上,形成一层水膜。

〔4〕凝露

当物体表面温度低于周围空气的露点温度时,空气中的水蒸汽便会在物体表面上凝结成水珠,形成一层很厚的水膜。

在高低温交变循环下,可能造成物体内部的内凝露,严重时造成物体内部积水。

扩散和吸收使水分子进入材料内部,因而会使材料的体积电阻率下降,水分子以扩散和吸收的形式进入材料内部的程度,可以用吸湿性〔吸潮性〕和透湿性等指标表示。

吸附和凝露会使材料表面形成一层水膜,造成材料表面电阻率下降。

材料表面是否被水润湿,对材料表面电阻率有很大的影响,一般来讲,材料表面被水润湿的程度越大,其表面电阻率下降也越大,材料表面被水润湿的程度可用润湿角来表征。

当润湿角α＜900时,材料可被认为是亲水性的,即物体表面对水分子的吸引力大于水的表面张力。

亲水性物体使水在物体表面上连成一片水膜。

当润湿角α＞900时,则被认为是憎水性的,即物体表面对水分子的吸引力小于水的表面张力。

憎水性物体使水在物体表面上收缩成不相连接的小水珠,物体表面不易润湿,水分子不易渗入物体内部。

而且,α角越大,表示物体的憎水性越强

以上四种吸湿形式可能同时出现,也可能只出现某一二种,这要根据具体情况而定。

3、防潮湿措施

防潮湿措施首先是合理地选用材料,在满足结构强度,性能要求和经济性的情况下,应采用耐腐蚀、耐湿、化学性能稳定的材料,同时采取表面憎水处理、浸渍、灌封、密封等方法。

〔1〕憎水处理

亲水性物质的吸湿性、透湿性大,可以通过憎水处理改变其亲水性,使它的吸湿性和透湿性降低。

方法是把硅有机化合物盛在容器中,放到加热器中加热到50~70℃,让其挥发,被处理的元器件和零件在有机硅蒸汽中吸收有机硅分子,然后在180~200℃的环境中烘烤,有机硅分子渗入元器件和零件所有的毛细孔和缝隙并与水分子化合,在元器件和零件表面形成憎水性的聚硅烷膜。

〔2〕浸渍和蘸渍

浸渍是将被处理的元器件和零件浸入绝缘漆中,经过一段时间使绝缘漆进入元器件和零件的毛细孔、缝隙以及结构中的空隙,从而提高了元器件和零件的防潮湿性能。

浸渍有一般浸渍和真空浸渍两种,真空浸渍的效果高于一般浸渍。

经浸渍处理后的元器件和零件除了具有良好的防潮湿性能外,还能提高纤维绝缘材料的抗电强度、热稳定性,提高元器件和零件的机械强度,改善了传热性能。

蘸渍是把被处理的元器件和零件短时间〔几秒钟〕地浸泡在绝缘漆中,使元器件和零件表面上形成一层薄绝缘漆膜；也可以用涂覆的办法在元器件和零件表面涂上一层绝缘漆膜。

蘸渍适用于敞开式的整机、功能单元等,除了能防潮湿以外,还能增加元器件和零件的外形美观。

蘸渍和浸渍的区别在于：

蘸渍只是在材料表面上形成一层防护性能绝缘漆膜,而浸渍则是将绝缘漆深入到材料内部,所以蘸渍的防潮湿性能比浸渍差。

常用的防潮漆有：

环氧绝缘清漆、聚氨脂绝缘清漆、环氧—聚酰胺绝缘清漆等。

〔3〕灌封

灌封是用热熔状态的树脂、橡胶等将元器件浇注封闭,形成一个与外界环境完全隔绝的独立的整体。

灌封除可保护电子元件避免潮湿和腐蚀外,还能避免强烈振动、冲击及剧烈温度变化对电子元件的不良影响,以及提高抗振冲强度。

但此法多适用于小型的单元、部件及元器件。

灌封材料主要要求是应具有优异的粘附力,很小的透湿性、较高的软化点以及优良的向物体缝隙的渗透能力。

常用的灌封材料有：

有机硅凝胶、有机硅橡胶、环氧树脂等。

〔4〕密封

密封是长期防止潮气影响的最有效方法。

它就是将零件、元器件或一些复杂的装置甚至整机安装在不透气的密封结构中。

此法造价较高,工艺较复杂。

作为防潮湿的辅助手段,有时可对某些设备采用定期通电加热的方法来驱除潮气,也以用吸潮剂吸掉潮气。

2．2．2生物危害的防护

1、霉菌的滋生及其危害性

〔1〕霉菌特性

霉菌属于细菌中的一个系列,它能在土壤里及一切有机材料和有些无机材料的表面上滋生和繁殖

霉菌的孢子很小〔小于1μm〕,极易随空气侵入设备内部,因此,凡是空气可以进入的设备中,所有的零件都有可能受到霉菌孢子的污染。

此外,各种昆虫和尘埃也都是传播孢子媒介。

霉菌在生长和繁殖过程中需要水分、氧气以及碳、氢元素和微量磷、镁、钾、钙等元素作为其营养物质。

霉菌孢子只有在潮湿的情况下,才能生长；只有在有水的情况下,霉菌才能进行一系列的新陈代谢作用。

一般情况下,当空气中的相对湿度低于65%时,霉菌极难生长,而在潮湿的环境中,霉菌生长旺盛；但当空气中的相对湿度达到100%时,物体的表面将凝聚一层水膜,对霉菌的生长亦不利。

氧气是霉菌生命过程中进行呼吸作用的必需物质,停止供给新鲜氧气,霉菌的生长就会终止。

对于霉菌所需的其他营养物质,在电子设备中的许多非金属材料中都能得到满足。

霉菌生长和繁殖最适宜的温度范围是20~30℃,温度高于30℃,霉菌的生长能力将是显著下降；温度超过60℃,霉菌则很容易死亡。

霉菌抗低温的能力较强,低温只能抑制霉菌的生长,而致死作用较差。

霉菌的最低生长温度为摄氏6℃。

〔2〕霉菌的危害性

由于霉菌是靠自身分泌的酶在潮湿条件下分解有机物而获得养料,这个分解过程就是霉菌侵蚀和破坏有机物材料的根本原因。

霉菌对电子设备的危害分为直接危害和间接危害两种。

霉菌对电子设备的直接危害是：

由于霉菌在生长和繁殖过程中从有机物材料中摄取营养成份,从而使材料结构发生破坏,强度降低、物理性能变坏。

同时,霉菌本身作为导体,可以造成短路,给电子设备带来更严重的后果。

霉菌对电子设备的间接危害是：

由于霉菌在新陈代谢过程中分泌出的二氧化碳及其他酸性物质,引起金属腐蚀和绝缘材料的性能恶化。

同时,霉菌还会破坏元件和设备的外观,以及给以人的身体造成毒害作用。

因此,对处于潮湿环境中工作的电子设备,为了减少霉菌对其的影响,应进行防霉处理,以提高其可靠性。

2、防霉菌措施

〔1〕控制环境条件,抑制霉菌的生长

霉菌的生长和繁殖需要适当的环境,如果在电子设备的内部放入干燥剂并将设备密封,保持设备内部干燥、清洁；或将设备处于温度低于摄氏6℃,通风良好的干燥环境中,就能使霉菌失去生长和繁殖的条件,从而收到良好的防霉效果。

〔2〕使用抗霉材料

合理选用材料是电子设备防霉的最基本方法。

材料的抗霉性,主要取决于材料本身的性质,一般含有天然有机物的材料,如皮革、木材、棉织品、丝绸、纸制品等极易受霉菌的侵蚀；而像石英粉、云母等无机矿物质材料,则不易长霉。

因此,在电子设备中应尽量避免使用上述各种有机材料。

合成树脂本身具有一定的抗霉性能,但因有机颜料、油脂、某些增塑剂和填料的加入,使得某些种类的油漆、塑料易受霉菌的侵蚀。

不论是天然橡胶还是合成橡胶,均为高分子碳氢化合物,若与霉菌长期接触,能被分解转化成为霉菌的营养物质,为霉菌所侵蚀。

为此,建议采用玻璃纤维、石棉、云母和石英等为填料的压塑料和层压材料。

橡胶宜采用氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶及氯丁橡胶等合成橡胶；粘结剂及密封胶宜采用以环氧、环氧酚醛,有机硅环氧等合成树脂〔或合成橡胶〕为基本成份的粘结剂；绝缘浸渍用漆则宜采用改性环氧树脂漆和以有机硅为基本成份的油漆。

〔3〕用足够强度的紫外线照射

用足够强度的紫外线和日光的照射不仅能防止霉菌对电子设备的侵入,而且可以消灭霉菌。

〔4〕防霉处理

当必须使用不耐霉或耐霉性差的材料时,则必须使用防霉剂进行防霉处理,防霉剂系化学药品,能够抑制霉菌的生长和繁殖或将其灭杀。

防霉剂的使用有下列三种