产品的环境适应性设计docWord格式文档下载.docx
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⑷、综合考虑环境因素的不良影响
一种环境因素可能产生多种不良影响；
一种不良影响往往是多种环境因素协同作用的结果，设计时应予以综合考虑。
3、耐高低温设计
为提高电子产品的耐高低温性能，其耐高低温设计应列入电子产品总体方案设计范畴。
电子产品的耐高低温设计应从下列三方面进行：
、采用合理的结构
合理的结构是电子产品耐高低温最为重要的保证。
⑴、电子产品的结构应综合考虑机箱的功率密度、总功耗、热源分布、热敏感性、热环境等因
素，以此来确定电子产品最佳的冷却方法。
⑵、电子元器件、模块的最大结温的减额准则应符合有关规定；
单个电子器件（如集成器件、分立式半导体器件、大功率器件）应根据温升限值，设置散热器或独立的冷却装置；
热敏器件的安置应远离热源；
对关键器件、模块的冷却装置应采取冗余设计；
互连用的导线、线缆、器材等应考虑温度引起的膨胀、收缩造成的故障。
⑶、对于印制板组件：
其板上的功率器件，应采取有效的措施降低器件与散热器界面的接触电阻；
带导热条的印制板，其夹紧装置、导轨及机箱（或插箱）壁之间应保证有足够的压力和接触面积；
采用空气自然对流冷却的印制板，其板之间的间距、板上的最高元器件与插箱壁之间的间距应符合有关规定。
⑷、应根据机箱的热耗量和内部阻力的情况，选择合适的通风机，设计合理的空气流通通道，
保证需要冷却的各个部位得到其所需的风量，冷却空气应首先流经对热敏感的器件；
冷却空气的进
口与出口位置应相互错开，不得形成气流短路或开路。
⑸、对于机箱中的各个部分，其单元热量分布均匀时，可采用抽风冷却，非均匀热源采用鼓风
冷却。
对于热耗量大的密封式机箱，应采用多种冷却系统，其冷却通道应专门设计。
、正确地选择材料
⑴、尽量选择对温度变化不敏感的材料，采用经优选、认证或经多年实践证明可靠的金属和非
金属材料。
⑵、选择的材料在温度变化范围内，不应发生机械故障或破坏完整性，如机件变形、破裂、强
度降低等级、材料发硬变脆、局部尺寸改变等。
⑶、选择膨胀系数不一的材料时，应确定其在温度变化范围内不粘结或相互咬死。
⑷、选择的润滑剂，应在温度变化范围内能保证其粘度、流动性稳定。
、采用稳定的加工、装联工艺
⑴、应在高标准的制造和装配环境下进行电子产品的加工、装联。
⑵、对于电子产品机箱内各个组件，应采取合适的热安装技术；
而对于印制板组件，其板上的电子元
器件同样应采取正确的热安装技术。
⑶、应采用新型的、经验证的或典型的、可靠的天线、机箱及印制板涂装工艺、金属电镀工艺
等，以确保其工艺涂镀层在温度变化范围内不出现不符合标准的保护性及装饰性评价。
4、防潮设计
、结构设计
在不影响设备性能的前提下，应尽可能采用气密密封机箱。
、防潮处理
⑴、憎水处理
通过一定的工艺处理，降低产品的吸水性或改变其亲水性，如用硅有机化合物蒸气处理，可提
高产品的憎水能力。
⑵、浸渍处理
用高强度与绝缘性能好的涂料填充某些绝缘材料、各种线圈中的空隙、小孔、毛细管等。
浸渍
处理除可以防潮外，还可以提高纤维绝缘材料的击穿强度、热稳定性、化学稳定性以及提高元器件
的机械强度等。
⑶、灌封
用环氧树脂、蜡、沥青、油、不饱和聚酯树脂、硅橡胶等有机绝缘材料加热熔化后，注入元器
件本身或元器件与外壳间的空间或引线的空隙，冷却后自行固化封闭。
所使用的材料应保证其耐霉
性。
⑷、密封装置
对零部件、模块等采用密封装置，密封分塑料封装和金属封装两种：
·
塑料封装：
塑料封装是把零件直接置于注塑模具中与塑料制成一体。
金属封装：
金属封装是把零件置于不透气的密封盒中，有的还可在盒内注入气体或液体。
⑸、表面涂覆
用有机绝缘漆涂覆材料表面，提高防潮性能。
⑹、使用防潮剂
在设备内部放置防潮剂，并定期更换。
、材料选择
应尽量选用防潮性能好的材料，如铸铁、铸钢、不锈钢、钛合金钢、铝合金等金属材料以及环
氧型、聚酯型、有机硅型、聚酰亚胺型等绝缘防护材料等。
、防潮包装
为防止设备在贮存、运输过程中受潮，应采取防潮包装，并符合GB5048的规定。
5、防生物侵害设计
⑴、在不影响设备性能的前提下，应采用气密式外壳结构，内部空气应干燥清洁，相对湿度小
于60%；
⑵、对于气密式设备，其内部可填充干燥清洁的惰性气体，相对湿度应小于60%；
⑶、气密性外壳的技术要求和检验应符合国家标准与产品规范的有关规定。
⑴、应选用耐霉性材料。
常用耐霉性材料见表1；
⑵、金属、陶瓷、石棉等材料不利于霉菌生长，但应经适当的表面处理，以防止其表面污染上
霉菌的营养物质；
⑶、高分子材料（如塑料、合成橡胶、胶粘剂、涂料等）中的填料、增塑剂的选择，应尽量选
用防霉的无机填料及其它耐霉助剂；
⑷、热固性塑料应完全固化，以提高其防霉性；
⑸、非耐霉材料如天然纤维材料及其制品应尽量避免使用，若难以避免，则必须经过防霉处理
之后才能使用。
表1常用耐霉性材料
序号材料名称
1丙烯腈－氯乙烯共聚物
2石棉
3陶瓷
4聚氯醚
5玻璃
6金属
7环氧层压、酚醛树脂尼龙纤维层压、有机硅树脂玻璃纤维层压制品
8邻苯二甲酸二烯丙酯
9聚丙烯腈
10聚酰胺
11聚碳酸酯
12聚乙烯（高分子量）
13聚对苯二甲酸乙二醇酯
14聚酰亚胺
15聚三氟氯乙烯
16聚丙烯
17聚苯乙烯
18聚砜
19聚四氟乙烯（PTFE）
20聚全氟代乙丙烯（FEP）
21聚偏二氯乙烯
22硅酮树脂
5,3、防霉处理
当使用的材料和元器件等耐霉性达不到要求时，必须作防霉处理。
⑴、对非耐霉材料（如塑料、橡胶、涂料、胶粘剂等），可在材料的生产工艺过程中直接加入防
霉剂；
⑵、对由非耐霉材料制成的零部件、元器件，可浸涂、刷涂防霉剂溶液或防霉涂料；
⑶、所使用的防霉剂必须满足下列要求：
高效、广谱；
低毒、安全；
性能稳定，便于操作
对设备的性能无不良影响。
⑷、应根据防霉处理的材料种类、使用环境、要求防霉的时间长短以及主要的霉菌种类等因素，
选用合适的防霉剂。
常用防霉剂见表2。
表2
常用防霉剂
序号
防霉剂名称
应用范围
1
水杨酰苯胺
适用于棉、毛织品、塑料、橡胶、油漆、软木等的防霉
2
SF501
适用于光学仪器、玻璃零件及各种工业产品密封包装的防霉
3
TBZ
适用于漆膜等多种物品的防霉
4
百菌清
5
多菌灵
、包装防霉
为防止设备在贮存、运输过程中长霉，应采取防霉包装。
⑴、霉菌对设备性能有影响或外观要求较高的设备，应采用密封包装，方法包括：
抽真空置换
惰性气体密封包装、干燥空气封存包装、除氧封存包装、使用挥发性防霉剂密封包装；
⑵、经有效防霉处理的设备，可采用非密封包装，但应先外包防霉纸，然后再包装；
⑶、长霉敏感性较低的设备，亦可采用非密封包装，并应在包装箱上开通风窗，以防止和减小
由于温度升降在设备上产生凝露。
⑷、防霉包装的技术要求和检测应符合GB4768的规定。
、防昆虫及其它有害动物的设计要求
对于暴露在昆虫及其它有害动物活动地区并受到其危害的设备，应采取防护措施。
⑴、防护网罩
可在设备的周围和外壳孔洞部位设置金属网罩，防止昆虫和其它有害动物进入。
网孔大小应视
防护的具体要求而定；
⑵、密封外壳
密封外壳可用于防止昆虫及其它有害动物进入；
⑶、生物杀灭剂和驱赶（除）剂（器）
不能采用密封外壳和防护网罩的设备，应定期使用生物杀灭剂（如杀虫剂、杀鼠剂等）。
对防霉
处理的规定也适用于生物杀灭剂。
6、防腐蚀设计
电子设备防腐蚀设计的基本要求是应根据产品的使用地区和安装平台的不同而不同：
例如机载
电子设备在有盐雾的大气环境中应能完全正常地工作，其外观评价满足保护性和装饰性的有关要求。
为了提高电子设备环境适应能力，必须采用有效的防腐蚀设计。
在设备总体设计阶段，必须同
步编制防腐蚀设计大纲，并在设计，制造、贮存、运输、使用等各个阶段予以实施。
电子设备具体的防腐蚀设计主要从下列三个方面进行：
⑴、一般要求采用密封式结构。
密封设计优先顺序为：
模块单元进行单独密封；
插箱、分机局
部密封；
机箱或插箱整体密封。
进行气密式设计时，容器应采用永久性熔焊气密结构，局部采用密
封圈密封，密封圈应选用永久变形小的硅橡胶“
0”型圈。
⑵、对于大容积的构件（如天线箱体、天线罩、高频箱等）
，应尽量避免气密式设计。
⑶、外壳顶部不允许采用凹陷结构,避免积水导致腐蚀
;
外壳结构应优选无缝隙结构，在采用其
它结构时，要确保其密封性和电接触性能；
外壳与开关、电缆插头座等部件的连接部位应采取密封
措施。
⑷、减少积水积污的间隙、死角和空间，易积水的部位应设置足够的排水孔。
将内腔和盲孔设
计成通孔，便于排水和排除湿气。
⑸、避免采用不同类型金属接触，以防电偶腐蚀。
必需由两种金属接触时，应选用电位接近的
金属。
不同金属组成的构件，应设计为阳极面积大于阴极面积，并采用下列一种或几种防护措施：
1〉
选用与两者都允许接触的金属或镀层进行调整过渡；
2〉活动部位涂润滑油，不活动部位涂漆；
3〉
用惰性材料绝缘；
4〉密封。
⑹、在贮存或运输过程中，应保证可靠的包装形式和包装材料，提出贮存和运输的安全防护要
求。
正确地选择材料，是电子设备防腐蚀设计的必要保证。
在材料选择时，应选用经过鉴定、认证并经过实际使用可靠的金属和非金属材料，不得使用未经入库检验的材料。
非标准件及材料的选用必须经订购方认可和质检方鉴定。
⑴、在容易产生腐蚀和不容易维护的部位（如天线、管系等设备），应优选钛合金、不锈钢等高耐蚀性能材料。
⑵、选择腐蚀倾向小的材料。
⑶、选择杂质含量低的材料：
金属材料中杂质的存在，直接影响其抗均匀腐蚀、应力腐蚀的能力，其中高强度钢、铝合金、镁合金等材料的这种倾向尤为严重。
⑷、不同金属材料相互接触时，选用电化偶相容材料，在腐蚀介质中的电偶最大电位差不得超
过。
⑸、密封机箱中不得采用具有腐蚀气氛源（如ABS、聚氯乙烯、酚醛等）的有机材料。
⑹、印制板应优选高绝缘、耐燃、无毒、不易变形、刚度高的环氧玻璃布覆铜板（如FR－4型）。
⑺、避免使用放气剧烈的材料如聚乙烯、多硫化合物、酚基塑料、纸、木材等；
避免使用不相
容的材料，如铜、锰与橡胶、纸与铜或银等。
、加工与装联工艺
电子设备在制造过程中，若成型、机械加工、焊接、热处理等工序条件选择不当，则会使材料
产生不同类型的腐蚀倾向，导致设备在使用时由于腐蚀而引起性能失效。
因此采用稳定的加工、装联工艺，是设备耐腐蚀的重要保证。
⑴、一般拉伸强度大于1960Mpa（200kg/mm2）的高强度钢抗应力腐蚀的性能、疲劳强度和断裂韧性都比较低。
采用真空冶炼、真空重熔、多向锻造、真空热处理、喷丸、闪光焊和电子束焊等工
艺可改善高强度钢的性能。
⑵、机械加工板材和挤压件所有关键表面，即经最后机械加工和热处理后易影响的部位，应进行喷丸或别的方法使其处于无应力状态。
⑶、采用冲击或热压配合、螺栓紧固、装配等，都可能在零件上表面产生残余应力，应采用提高成形精度、合理引入衬垫加以控制。
在成形、加工、热处理、表面处理等工序中，都会带来残余应力，应进行应力消除热处理、喷丸、滚轧等方法消除残余拉应力或使其产生压应力，以减少应力腐蚀开裂或轻氢脆。
⑷、滚轧、热处理、高温成形的钛合金，表面需进行机械加工、化学铣切或酸洗，以消除材料在高温下形成的污染层。
7、防尘、防雨和防太阳辐射设计
⑴、电子设备的天线罩体和外部装置会受到砂尘、雨、太阳辐射的影响。
⑵、天线罩体和外部设备应避免形状过于复杂，结构应简单、光滑且合理。
⑶、在结构设计中，天线罩体和外部设备外壳除满足其它要求外，应具备足够的刚度和强度，
以承受气流冲击和雨水、冰雹、砂尘的侵蚀。
⑷、如果可行，天线罩体和外部装置外壳应优先采用尘密和水密式设计，以防砂尘和雨水渗入。
由此带来的散热、凝露、除湿等问题应有效地加以解决。
⑸、天线罩体和外部设备应避免水和砂尘的积聚，尽量消除缝隙结构。
⑹、太阳辐射导致的热效应和雨水可能带来的温度冲击效应，应在热设计中予以充分考虑。
⑺、如果天线罩体和外部设备需要有机涂覆层，则必须选用经过实用或试验验证过的涂覆材料
与涂装工艺。
涂覆层应具备防砂尘、雨水侵蚀的能力；
应具备良好的耐热氧老化的能力和防太阳辐射引起的光老化的能力。
⑻、应考虑到天线罩体和外部设备外壳密封一旦失效后可能导致的紧急情况，并采用相应的失效防护设计。
8、抗振动与抗冲击设计
、基本要求
电子设备的抗振动与抗冲击要求主要是指安装平台给它的振动输入，例如机载设备的振动与冲
击要求是指载机在起飞、降落、空中飞行过程中机舱底板（电子设备安装处）上的振动与冲击的响
应和量值。
⑴、振动强度设计要求
由于环境适应性考虑的是极限环境，所以振动强度设计要求考虑的是极限振动环境条件，通常
考虑的是三个方向上的最大值作为任何一个方向上的设计要求。
⑵、抗振性能和疲劳设计要求
抗振性能和疲劳设计要求是指经常施加在样品上的振动应力。
同时还有一个在长期的空中振动
下，任务电子系统不能产生疲劳的问题。
满足上述要求的不应是最大包络量值，而应是平均值包络
量值（为了加大安全系统，也可采用平均值+1б的量值）。
⑶、冲击强度设计要求
就抗冲击设计来说，通常给出的是冲击脉冲波形或冲击响应谱。
下图为冲击脉冲波形及其相应
的冲击响应谱。
、设计准则
⑴、以垂向振动作为设计要求
振动一般发生在相互垂直的三个方向上，而且通常是垂向的振动最大，因此可以简化成以垂向
振动作为相互垂直三个方向上任一方向上的振动设计要求。
⑵、固有频率可设计在
30～70Hz之间
电子系统的机柜（包括显控台）
、分箱（包括单元）
、组件
/模块等各层次结构的固有频率应按二
倍频的规则设计。
当工程实施确有困难时，可最小不低于。
机柜（包括显控台）的固有频率可设计
在30～70Hz之间，并且尽量往30Hz的低端设计。
分箱（包括单元）、组件/模块按二倍频或倍频的
固有频率往上设计。
⑶、放大因子必须设计成小于3
在10～2000Hz的载机振动频率范围内，用速率1oct/min的正弦扫频时，任何层次的共振频率
上的放大因子必须设计成小于3。
83、隔振缓冲系统设计
⑴、振动传递率应小于1
电子设设备的隔振缓冲系统应同时具有隔振和缓冲两种功能，即既应是一个好的振动隔离器又
是一个好的缓冲器，其振动传递率应小于1、冲击传递率应小于1、平均碰撞传递率小于1。
⑵、不出现刚性碰撞去除耦联振动
应根据电子设备的质量、尺寸、固有频率、危险频率、允许的振动、冲击量值进行隔振缓冲系
统的设计（包括提出隔振缓冲系统的动态特性要求等）。
并且要做到具有足够的吸收储存能量的位移
空间，保证不出现刚性碰撞。
支承平台的刚度中心应于电子设备的质量中心重合，以去除耦联振动
的有害影响。
⑶、采用背架式隔振缓冲系统
机柜（包括显控台）应采用背架式隔振缓冲系统，其中背架隔振器是非承载隔振器，其刚度阻
尼特性在水平面内，应对称于原点（平衡位置），并应注意它与底部隔振器的刚度位移量等的匹配。
⑷、固有频率偏差应小于10％
加载后的各隔振器的固有频率与同轴向设计时的理论固有频率的偏差应小于10％。
、机柜（包括显控台）的设计
⑴、固有频率尽量靠近30Hz
机柜（包括显控台）的固有频率，应设计在30～70Hz之间，并尽量靠近30Hz。
⑵、处于可靠的支承状态
机柜（包括显控台）应设置电缆固定装置，以减少电缆插座和电连接点所受的振动应力。
机柜
（包括显控台）应设置安全保障装置，以防隔振系统失效时，设备仍处于可靠的支承状态。
、插箱（分箱、单元）
插箱（分箱、单元）三轴向与机柜（包括显控台）的连接刚度必须保证插箱（分箱、单元）的
一阶固有频率不低于同轴向机柜（包括显控台）一阶固有频率的～2倍，即符合的规定。
、组件/模块
⑴、组件/模块固有频率不应低于同轴向插箱的～
2倍
安装在插箱（分机、单元）上的组件/模块的连接刚度，应保证三轴向的固有频率不应低于同轴
向插箱（分机、单元）固有频率的～2倍。
⑵、采用较高固有频率的元器件
应尽量采用较高固有频率的元器件。
⑶、印制板模块必须采取加固措施
印制板模块必须采取加固措施。
在插箱中的多块印制板模块之间应有限制基频共振振幅的限位
⑷、印制板应采取限位、夹紧装置
印制板应采取限位、夹紧装置，限制印制板电连接边受振、受冲击后产生的相对位移和变形。
、紧固件
⑴、动态载荷
在电子系统中，将使用许多不同形式的紧固件，它们对电子设备的可靠性起着重要作用。
由于
在振动与冲击的动态环境下使用，所以设计时应考虑：
①、以动态载荷（冲击载荷按15g×
=、线性加速度按12g考虑）和结构的几何形状为基础，选
择正确的紧固件尺寸和固定位置。
②、按动态载荷选择紧固件的锁紧装置。
③、根据动态载荷的要求，选择装配方法，例如螺钉应该用扭矩装置旋紧，该装置可预调到要
求的扭矩值。
扭矩值应该是扭断螺丝头所需扭矩值的60～80％。
⑵、加固
监视器、计算硬盘、光盘驱动器等货架产品必须用紧固件紧固，以提高抗冲击与抗振动的能力。
环境试验与环境试验技术
1、概述
环境试验是将产品（包括材料）暴露在自然或人工模拟环境中，以此来评价产品在实际遇到的
运输、贮存、使用环境条件下的性能。
通过环境试验，可以提供产品在设计、装配、试验、使用等
方面的可靠性与质量信息，是产品可靠性与质量保证的重要手段。
、环境试验发展概况
环境对产品的影响，真正受到人们重视是在30年代未和第二次世界大战期间。
那时，在热带和
亚热带地区使用的产品（特别是电子电工产品）遇到了所谓气候劣化问题；
特别是第二次世界大战
战场上使用的产品，在各种恶劣的环境条件下出现了许多问题。
据当时美国空军调查，有52％产品
的损坏是由环境所引起的，其中温度占21％，振动占14％，潮湿占10％，沙尘盐雾占7％。
这些环
境条件造成了许多产品的失灵、误动作、失效，从而贻误了战机，也造成了很大的经济损失，这就
迫使各先进的工业国家不得不从一连串的战争失利中，开始着重解决电子电工产品的环境适应性问
题。
美国是开展环境试验较早的国家，是从研究热带防护开始的，并由国防部发式。
从40年代的现
场试验到实验室人工模拟试验，并进行试验方法研究和制订试验规范。
50年代未，陆、海、空三军
都有了各自的环境试验规范和标准。
60年代联合制订出三军通用的环境试验标准MIL－STD－810D（以
下简称810D），紧接着又开始了对宇航环境的研究。
这样就形成了从元器件、微电路到设备，从陆地、
海洋到空中的完整环境试验军标体系。
从60年代到现在，美国的环境试验军标经过多次修改和补充，
已发展到810F，成为许多国家军品采用的重要环境标准。
国际电工委员会IEC是1948年开始考虑环境问题的，当时是TC40和TC12下设的分技术委员会。
随着电子电工产品环境试验问题的日益突出，1961年成立了TC50“环境试验技术委员会”专门从事
环境试验机理、试验技术和试验程序的研究。
1973年又成立了TC75“环境条件技术委员会”，专门
从事环境条件分类和分级的研究。
TC50和TC75的文件和标准吸收了各国的经验，集中了各国专家的
智慧，故具有体系完整、结构严谨、技术先进、使用方便等
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