電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

普通電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是相對(duì)比較簡(jiǎn)單的一種機(jī)械設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是為電路提供一個(gè)保護(hù)外殼或安裝支撐平臺(tái)，一般沒(méi)有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分，不必考慮磨損和應(yīng)力，材料的選擇和工藝處理也比較簡(jiǎn)單。但電子產(chǎn)品有自身的特殊要求：電磁屏蔽、便于操作、容易安裝與拆卸、使外形具有商品的時(shí)代感等。此外，對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境，還有不同的要求：抗振動(dòng)、沖擊，熱設(shè)計(jì)，防水設(shè)計(jì)，防爆設(shè)計(jì)，防腐蝕設(shè)計(jì)，低氣壓。

在電子產(chǎn)品中，安裝了電子元器件及機(jī)械零部件，使產(chǎn)品成為一個(gè)整體，稱(chēng)之為電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括：機(jī)箱、機(jī)架、機(jī)柜結(jié)構(gòu)。電子產(chǎn)品的整機(jī)在結(jié)構(gòu)上通常由組裝好的印制電路板、接插件、底板和機(jī)箱外殼等構(gòu)成。

電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是把構(gòu)成產(chǎn)品的各個(gè)部分有機(jī)的結(jié)合起來(lái)的過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)電路功能指標(biāo)、完成工作原理、組成完整電子裝置的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程包括元材料的選用、模塊及印制電路板的尺寸設(shè)計(jì)、模塊間連接安裝、產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)、抗干擾措施及可維修等等方面。

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

①保證產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)（工作可靠、性能穩(wěn)定）

②良好的結(jié)構(gòu)工藝性（適合批量生產(chǎn)或自動(dòng)化生產(chǎn)）

③貫徹執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化（零件、部件、模塊、插箱、機(jī)柜等）

④體積小、重量輕、造型美觀大方

⑤便于設(shè)備的操縱、安裝與維修

2）電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝要求

①結(jié)構(gòu)裝配工藝應(yīng)具有相對(duì)的獨(dú)立性。（模塊化） ②機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配應(yīng)有可調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，以保證裝配精度。（可裝配性）

③機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配中所采用的連接結(jié)構(gòu)，應(yīng)保證安裝方便和連接可靠。（結(jié)構(gòu)牢固性）

④機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配應(yīng)便于產(chǎn)品的調(diào)整與維修。（維修可到達(dá)）

⑤線束的固定和安裝要有利于組織生產(chǎn)，并使整機(jī)裝配整齊美觀。（生產(chǎn)便利）

⑥要合理使用緊固零件。

⑦提高產(chǎn)品耐沖擊，振動(dòng)的措施。

⑧應(yīng)保證線路連接的可靠性。

⑨操用調(diào)諧機(jī)構(gòu)應(yīng)能精確、靈活和勻滑地工作，人工操作手感要好。

3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

①總體規(guī)劃（如：外形、材料、工藝）、確定方案（多種方案比較）

②理論計(jì)算（散熱、重量、重心、尺寸等）

③模擬與試驗(yàn) （需要的話）

④二維與三維 CAD （用三維可實(shí)現(xiàn)裝配的模擬）

⑤注意優(yōu)化、可靠性、性價(jià)比，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化零部件

4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般方法

①熟悉設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和使用條件

②確定結(jié)構(gòu)方案

③確定機(jī)殼的尺寸和所用的材料

④進(jìn)行總體布局以機(jī)箱設(shè)計(jì)為例，下圖是機(jī)箱設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法。

隨著電子產(chǎn)品范圍的不斷擴(kuò)大，其功能日趨復(fù)雜，結(jié)果是產(chǎn)品的元器件數(shù)目、體積、重量、耗電量和成本增加了，而可靠性卻在下降。解決這個(gè)問(wèn)題的主要方法就是在產(chǎn)品中大量采用集成電路，采用集成度更高的芯片和模組，這就導(dǎo)致電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的變革，使產(chǎn)品電路板的結(jié)構(gòu)微型化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向模塊化和歸一化方向發(fā)展。最典型的代表就是電腦和手機(jī)，功能越來(lái)越強(qiáng)大、體積越做越小，模塊化設(shè)計(jì)的功能組件越來(lái)越多。不同手機(jī)廠家的屏幕、電池和攝像頭等組件，都采用相同的模組。這樣設(shè)計(jì)一方面可以降低整機(jī)設(shè)計(jì)的難度，另外一方面可以降低制造成本。

2 電子產(chǎn)品的電氣連接方式

電子產(chǎn)品組裝部件間的電氣連接，主要采用印制導(dǎo)線連接、導(dǎo)線、電纜以及其它電導(dǎo)體等方式進(jìn)行連接。

1）導(dǎo)線

導(dǎo)線是能夠?qū)щ姷慕饘倬€，是電能和電磁信號(hào)的傳輸載體?？煞殖陕憔€、電磁線、絕緣電線電纜和射頻電纜四類(lèi) 。裸線是指沒(méi)有絕緣層的單股或多股導(dǎo)線，大部分作為電線電纜的線芯，少部分直接用在電子產(chǎn)品中連接電路。

電磁線是指有絕緣層的導(dǎo)線，絕緣方式有表面涂漆或外纏紗、絲、薄膜等，一般用來(lái)繞制電感類(lèi)產(chǎn)品的繞組，所以也叫做繞組線、漆包線。

絕緣電線電纜是指包括固定敷設(shè)電線、絕緣軟電線和屏蔽線，用作電子產(chǎn)品的電氣連接。

射頻電纜是指包括用在電信系統(tǒng)中的電信電纜和高頻電纜。有軟性、半鋼性、鋼性。

導(dǎo)線一般由導(dǎo)體芯線和絕緣體外皮組成。導(dǎo)體芯線一般采用導(dǎo)電性能較好的銅線和鋁線。純銅線的表面很容易氧化，一般導(dǎo)線是在銅線表面鍍耐氧化金屬，比如：普通導(dǎo)線鍍錫能提高可焊性；鍍銀能提高電性能，可以用作高頻導(dǎo)線；鍍鎳能提高耐熱性能，可以用作耐熱導(dǎo)線。

描述導(dǎo)線線芯粗細(xì)有線號(hào)和線徑兩種方式，線號(hào)制是按導(dǎo)線的粗細(xì)排列成一定號(hào)碼 ，線號(hào)越大，其線徑越小，英、美等國(guó)家采用線號(hào)制。線徑制是用導(dǎo)線直徑的毫米（mm）數(shù)表示線規(guī)，中國(guó)采用線徑制。

絕緣外皮除了電氣絕緣外，還有增強(qiáng)導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度、保護(hù)導(dǎo)線不受外界環(huán)境腐蝕的作用。導(dǎo)線絕緣外皮的材料主要有：塑料類(lèi)（聚氯乙烯、聚四氟乙烯等）、橡膠類(lèi)、纖維類(lèi)（棉、化纖等）、涂料類(lèi)（聚脂、聚乙烯漆）。常見(jiàn)的塑料導(dǎo)線、橡皮導(dǎo)線、紗包線、漆包線等。不同種類(lèi)的導(dǎo)線如下圖所示。

2）電磁線

具有絕緣層的導(dǎo)電金屬線，用來(lái)繞制電工電子產(chǎn)品的線圈或繞組，作用是實(shí)現(xiàn)電能和磁能轉(zhuǎn)換。

3）帶狀線（排線）

導(dǎo)線根數(shù)有 8、12、16、20、24、28、32、37、40 線等規(guī)格，如下圖所示。

4）電源軟導(dǎo)線

電源軟導(dǎo)線選型時(shí)有以下三個(gè)注意事項(xiàng)：

①選擇電源線的載流量，要比機(jī)殼內(nèi)導(dǎo)線的安全系數(shù)大。

②要考慮氣候的變化，應(yīng)該能經(jīng)受彎曲和移動(dòng)。

③要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

RVB、RVS 適合用作電源軟導(dǎo)線。

RVB 全稱(chēng)兩芯平型銅芯聚乙烯絕緣軟電線，沒(méi)有護(hù)套結(jié)構(gòu)扁形軟線，俗稱(chēng)紅黑(平行) 線。常用作內(nèi)部安裝用線，比如家用電器、小型電動(dòng)工具、儀器、儀表及動(dòng)力照明連接用電等。

RVS 全稱(chēng)銅芯聚氯乙烯絕緣絞型連接用軟電線、對(duì)絞多股軟線，簡(jiǎn)稱(chēng)雙絞線，俗稱(chēng)“花線”，現(xiàn)階段此種線材多用于消防系統(tǒng)，也叫“消防線”。字母 S 代表雙絞線,字母 R 代表軟線, 字母 V 代表聚氯乙烯(絕緣體)。

RVS 雙絞線的用途:

①多用于消防火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)器線路

②適用于家用電器、小型電動(dòng)工具、儀器儀表及動(dòng)力照明用線。雙白芯用于直接接燈頭線:紅藍(lán)芯用于消防、報(bào)警等;紅白芯用于廣播、電話線;紅黑芯用于廣播線。

③用于連接功放與音響設(shè)備、廣播系統(tǒng)傳輸經(jīng)功放機(jī)放大處理的音頻信號(hào)。

RVS 與 RVB 的區(qū)別：RVB 為平行軟線，RVS 為雙絞軟線。

5）同軸電纜與高頻饋線

阻抗與頻率無(wú)關(guān)、具有一定特性阻抗的導(dǎo)線。但要注意頻率衰減和通過(guò)功率。

6）高壓電纜

高壓電纜一般采用絕緣耐壓性能好的聚乙烯或阻燃性聚乙烯作為絕緣層，而且耐壓越高，絕緣層要求就越厚。

7）網(wǎng)絡(luò)連接線——雙絞線

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中，由于工作頻率較高，信號(hào)電平較低，通常采用抗電磁干擾能力較強(qiáng)的雙絞線作為各種設(shè)備之間的連接饋線。

雙絞線有 EIA/TIA 568B 標(biāo)準(zhǔn)和 EIA/TIA 568A 標(biāo)準(zhǔn)兩種接法，如下圖所示。

8）FFC 扁平排線

FFC 扁平排線如下圖所示

FFC的主要特點(diǎn)是：

①制造微型化、小巧、高密集成；

②節(jié)省空間；

③簡(jiǎn)化配線程序，連線簡(jiǎn)單；

④節(jié)省人力成本；

⑤柔性優(yōu)良、應(yīng)用靈活、可折疊。

FFC 主要用于打印機(jī)、掃描儀、音響、MP3、影碟機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝影機(jī)、傳真機(jī)、

復(fù)印機(jī)、LCD-TV、移動(dòng)電話、寫(xiě)真機(jī)等領(lǐng)域的信號(hào)傳輸及內(nèi)部配線。

3 抗振設(shè)計(jì)

為什么要做抗振設(shè)計(jì)

一旦產(chǎn)品過(guò)了質(zhì)保期，基本就進(jìn)入了“偶然失效期”，這個(gè)階段產(chǎn)品發(fā)生故障的概率進(jìn)入比較低的階段。那么這個(gè)階段，產(chǎn)品一般在穩(wěn)定使用，也不會(huì)出現(xiàn)搬運(yùn)，高低溫（室內(nèi)設(shè)備）的考驗(yàn)。通過(guò)下圖，可以看出，電子設(shè)備的故障由于環(huán)境應(yīng)力的因素比重。

隨機(jī)振動(dòng),我們可以看到其在失效原因中排在非?？壳暗奈恢?。

電子設(shè)備在運(yùn)輸使用過(guò)程中，會(huì)受到各種機(jī)械力的干擾，有周期性的振動(dòng)，也有非周期性干擾，還有做非直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的加速度和無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)干擾。這些惡劣的機(jī)械環(huán)境都可能造成傷害，其中最大的傷害就是振動(dòng)和沖擊。

由于電子設(shè)備內(nèi)部電子元器件的種類(lèi)和數(shù)量都比較多，許多元器件承受的機(jī)械環(huán)境的能力都較弱，因此機(jī)械作用力而引起設(shè)備損壞和故障率也很高。故在進(jìn)行電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，因根據(jù)使用場(chǎng)合，了解環(huán)境條件對(duì)設(shè)備的影響。采用針對(duì)性的措施，以低成本的方式解決傷害問(wèn)題。

結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計(jì)

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該提高結(jié)構(gòu)剛性：

a）框架結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；

b）避免在大面積的支撐結(jié)構(gòu)上連續(xù)開(kāi)孔

c）竟可能采用焊接、鑄造結(jié)構(gòu)，在使用螺栓連接的場(chǎng)合，應(yīng)具備足夠的緊固力并有防松脫措施。

d）設(shè)備內(nèi)部的各個(gè)組件的剛度應(yīng)該與整體保持一致，薄弱環(huán)節(jié)需要做加固處理。

2、避免共振

a）當(dāng)振動(dòng)源的激勵(lì)頻率很低的時(shí)候，應(yīng)增強(qiáng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的剛性，提高設(shè)備及元器件的固有頻率和振動(dòng)源激勵(lì)頻率的比值，使得隔振系數(shù)接近于1，以防止發(fā)生共振。

隔振系數(shù)：

根據(jù)激振源的不同，隔振可分為兩類(lèi)。對(duì)于本身是振源的設(shè)備，為了減少它對(duì)周?chē)鷻C(jī)器、儀器和建筑物的影響，將它與支承隔離開(kāi)，以便減小傳給支承上的不平衡慣性力，稱(chēng)為積極隔振，又稱(chēng)主動(dòng)隔振。水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、鍛錘機(jī)械等的隔振就屬此類(lèi)。積極隔振系數(shù)ηz表示積極隔振效果；它等于隔振后傳到地基上的力除以未隔振時(shí)傳到支承上去的力。對(duì)于振源來(lái)自支承振動(dòng)的情況，為了減少外界振動(dòng)傳到系統(tǒng)中來(lái)，把系統(tǒng)安裝在一個(gè)隔振的臺(tái)座上，使之與地基隔離，這種措施稱(chēng)為消極隔振，又稱(chēng)被動(dòng)隔振。車(chē)輛的乘座、精密儀器的安裝、環(huán)境運(yùn)輸?shù)陌b、艦艇上導(dǎo)彈發(fā)射架的隔振等都屬此類(lèi)。消極隔振系數(shù)ηb表示消極隔振效果，它等于隔振后機(jī)器設(shè)備的振幅除以支承運(yùn)動(dòng)的振幅。隔振系數(shù)小表示隔振效果好。兩類(lèi)隔振系數(shù)的計(jì)算公式是相同的。

對(duì)于單自由度隔振系統(tǒng)，

式中η為隔振系數(shù)；

λ=

，ωj為激勵(lì)頻率，ωn為隔振系統(tǒng)固有頻率；c為粘性阻尼系數(shù)，cc為臨界阻尼系數(shù)。

隔振系數(shù)公式可用圖1中的曲線表示。從圖上可以看出：

①只有當(dāng)頻率比λ>

 時(shí)，才有隔振效果，且隨著λ增加，隔振效果也逐漸增大，實(shí)用中取λ=2.5?5；

②增大阻尼可以減小機(jī)器在起動(dòng)和停車(chē)過(guò)程中經(jīng)過(guò)共振區(qū)（見(jiàn)線性振動(dòng)）的振幅，但在時(shí)，阻尼的增加反而減小隔振效果；

③常用的隔振器材由于阻尼系數(shù)不大，在λ=2.5?5范圍內(nèi)計(jì)算隔振系數(shù)時(shí)，可按無(wú)阻尼情況考慮。

隔振系數(shù)公式依據(jù)下列假設(shè)：機(jī)器或設(shè)備是剛體，地基是無(wú)限大的剛體；隔振器由無(wú)質(zhì)量的線性彈簧和無(wú)質(zhì)量的粘性阻尼器組成。實(shí)際情況和假設(shè)有出入，故隔振系數(shù)的實(shí)際公式也同理論公式有出入。近代研究發(fā)現(xiàn)隔振器在用于低頻激振時(shí)很有效，但用在高頻時(shí)效果不夠理想。當(dāng)激振力頻率增大時(shí)，隔振系數(shù)的曲線中出現(xiàn)了一系列峰值（圖2）。主要原因是高頻振動(dòng)在結(jié)構(gòu)中以彈性波形式傳播，激起了結(jié)構(gòu)介質(zhì)的波動(dòng)效應(yīng)。為了改善高頻時(shí)的隔振效果，除采用波動(dòng)效應(yīng)小的橡膠彈簧代替金屬?gòu)椈赏?，目前還發(fā)展了雙質(zhì)量隔振系統(tǒng)，并已用于艦船等設(shè)備中。

圖2考慮波動(dòng)效應(yīng)后的隔振系數(shù)曲線

有時(shí)被隔振的機(jī)械或儀器可能受到幾個(gè)方面的激勵(lì)（見(jiàn)振動(dòng)），此時(shí)隔振設(shè)計(jì)應(yīng)按多自由度系統(tǒng)進(jìn)行，即應(yīng)考慮被隔振物體的直線振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及它們之間的耦合振動(dòng)。

b）隔振設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隔振設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是：首先要對(duì)環(huán)境振源進(jìn)行調(diào)査，包括振源類(lèi)別、量級(jí)、方向和頻率范圍等項(xiàng)目；其次根據(jù)隔振體本身的重量和隔振要求，按頻率比λ≥2.5?5進(jìn)行計(jì)算，選擇減振器型式、裝配方式和參量（阻尼系數(shù)、剛度）；最后用儀器測(cè)試校核隔振效果，驗(yàn)算隔振系數(shù)。

常用的隔振器材有天然或人造橡膠制品、金屬?gòu)椈芍破贰⒉讳P鋼絲網(wǎng)制品以及近十年出現(xiàn)的多種高分子化合物的粘彈性材料制品。這些器材既可用來(lái)隔振，又能起抗沖、降噪作用。

把機(jī)械安裝在合適的彈性裝置上以隔離機(jī)械振動(dòng)傳播的措施。依振源的不同有兩種性質(zhì)不同的隔振措施(圖1)。如果機(jī)械本身是振源，應(yīng)使它與支承隔離，以減少對(duì)周?chē)挠绊?，這稱(chēng)為主動(dòng)隔振。如振源來(lái)自支承的運(yùn)動(dòng)，為減少外界振動(dòng)對(duì)機(jī)械的影響，須使支承與機(jī)械隔離，這稱(chēng)為被動(dòng)隔振。

隔振系數(shù)η表示隔振的效果。主動(dòng)隔振系數(shù)ηz與ηb概念不同，但計(jì)算公式相同。其值越小隔振的效果越好。對(duì)于單自由度隔振系統(tǒng)式中λ=ωj/ωn為頻率比,即激勵(lì)頻率ωj與隔振系統(tǒng)固有頻率ωn之比，ζ為阻尼比。根據(jù)隔振系數(shù)曲線（圖2）：①無(wú)論阻尼大小,只有當(dāng)頻率比時(shí)才有隔振效果，而后隨λ的增加隔振效果逐漸增加,實(shí)用中取λ=2.5～5已經(jīng)足夠；②增大阻尼可減小機(jī)械在起動(dòng)和停車(chē)過(guò)程中經(jīng)過(guò)共振區(qū)時(shí)的振幅，但在后，增大阻尼反而減小隔振效果；③由于一般隔振材料阻尼系數(shù)不大,在λ=2.5～5范圍內(nèi)計(jì)算隔振系數(shù)時(shí),可按無(wú)阻尼情況考慮。具體的隔振措施有設(shè)置彈性支撐物和防振溝等。對(duì)于隔振效果要求很高的精密儀器，一般采用多層隔板；對(duì)于多向激勵(lì)、多種響應(yīng)的復(fù)雜隔振系統(tǒng)，則要考慮直線振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和它們之間的耦合，隔振系數(shù)須按多自由度模型進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)頻率比λ變化較大時(shí)，如寬頻帶激勵(lì)和重量變化大的機(jī)械，采用非線性隔振系統(tǒng)可以收到較好的隔振效果。在隔振設(shè)計(jì)中，根據(jù)振源振動(dòng)量的大小、方向和頻率,以及被隔振機(jī)械的尺寸、重量和隔振要求，確定隔振裝置的參數(shù)和結(jié)構(gòu)型式。

隔振材料選用

隔離振動(dòng)所用的材料一般有軟木、毛氈、泡沫乳膠、橡膠、金屬?gòu)椈珊涂諝鈴椈傻?。相?yīng)地也形成了海綿隔振墊、橡膠隔振器、金屬?gòu)椈筛粽衿?、空氣彈簧隔振器等?？諝鈴椈筛粽衿鞴逃蓄l率接近1Hz，是一種比較理想的高效能隔振器，但輔助系統(tǒng)太復(fù)雜，僅用在有特殊要求的精密儀器上。目前在電子設(shè)備中廣泛使用的是橡膠隔振器和金屬隔振器。

橡膠隔振器是以金屬作為支撐骨架，并與橡膠在壓模內(nèi)硫化而成的。它具有較大阻尼（對(duì)高頻振動(dòng)的能量吸收有特效）、造價(jià)低、且制造比較簡(jiǎn)單方便，所以應(yīng)用比較廣泛，在早期的艦艇上應(yīng)用非常普遍。但橡膠本身的性質(zhì)受溫度、光照、油性環(huán)境等影響比較大，容易老化，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被金屬隔振器所取代。采用三維庫(kù)侖阻尼和粘性復(fù)合阻尼的新型橡膠隔振器改變了結(jié)構(gòu)，能在低頻有效地抑制共振，當(dāng)振動(dòng)頻率高于12-15Hz時(shí)具有良好的隔離效果，對(duì)沖擊衰減也很明顯，已經(jīng)在聲吶、雷達(dá)、車(chē)載電臺(tái)上廣泛采用，但由于要給橡膠件以變形空間，所以尺寸較大。

金屬隔振器對(duì)環(huán)境條件反應(yīng)不敏感，不易老化、性能穩(wěn)定，設(shè)計(jì)和計(jì)算比橡膠的容易，但它的阻尼過(guò)小，容易傳遞高頻振動(dòng)，在經(jīng)過(guò)共振區(qū)時(shí)，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的振幅，有時(shí)需要另加阻尼器或在隔振器中附加零件作為摩擦元件形成阻尼。電子設(shè)備中經(jīng)常采用的GS型全金屬鋼絲繩隔振器，如圖2所示，它是利用多股鋼絲繩之間相對(duì)滑移而產(chǎn)生的非線性干摩擦滯后，來(lái)大量吸收和耗散系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)能量，以改善系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)性，保護(hù)設(shè)備安全工作的。這種隔振器尺寸較小，在比較狹小的場(chǎng)合內(nèi)比較合適，例如航空、航天領(lǐng)域的電子設(shè)備中，在艦艇上也大量應(yīng)用。

在電子設(shè)備中另一種常用的金屬隔振器是GWF型無(wú)諧振峰隔振器，其典型結(jié)構(gòu)如圖3。它采用剛度擬合技術(shù)和干摩擦阻尼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)低固有頻率、無(wú)共振放大、并可兼顧緩沖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)螺旋簧可以調(diào)節(jié)隔振器的載荷，調(diào)節(jié)阻尼簧可以調(diào)節(jié)阻尼特性，因而可實(shí)現(xiàn)在三個(gè)座標(biāo)軸方向全頻帶（例如0～5000Hz）內(nèi)無(wú)諧振峰。

橡膠隔振器：承載能力低，阻尼大（阻尼系數(shù)0.15~0.3）有蠕變效應(yīng)，可做成各種形狀。

空氣彈簧隔振器：剛度由壓縮空氣的內(nèi)能決定。阻尼系數(shù)0.15~0.3

金屬?gòu)椈筛粽衿鳎撼休d能力高，變形量大，剛度?。ㄗ枘嵯禂?shù)0.01），水平剛度較豎直剛度小，易晃動(dòng)。

泡沫橡膠和泡沫塑料：彈性強(qiáng)，剛度小，阻尼系數(shù)為0.1~0.15，固有頻率可設(shè)計(jì)的很低，承載能力低，性能不穩(wěn)定，易老化

c）盡量提高設(shè)備的固有振動(dòng)頻率，電子設(shè)備機(jī)柜的固有頻率應(yīng)為最高強(qiáng)迫頻率的兩倍，電子組件因?yàn)闄C(jī)柜的兩倍。如艦船和潛水艇的振動(dòng)頻率一般的振動(dòng)頻率為12~33Hz，機(jī)柜固有振動(dòng)頻率應(yīng)該不低于60Hz，電子元器件的固有頻率應(yīng)該高于120Hz。

電路抗振設(shè)計(jì)

1、選擇剝離強(qiáng)度高的基板材料

PCB基板剝離強(qiáng)度測(cè)試：

2、PCB采用大面積的焊盤(pán)和導(dǎo)電圖形。

3、對(duì)元器件采用局部或者整體加固。

4、必要時(shí)PCB加金屬框架

5、電阻器安裝應(yīng)該考慮由于溫升導(dǎo)致的膨脹，電阻器好固定電容器的重量大于15g時(shí)，不得用引線作為支撐，引出線的元器件的端部到焊點(diǎn)的距離不得超過(guò)25mm。

6、凡是依靠自身引線支撐的元器件，軸向引線元器件每根引線承載重量不得大于7g，徑向引線元器件每根引線承載重量大于3.5g時(shí)，需要加固；單體重量大于31g時(shí)，需要加固。并且注明加固方法：粘固、綁扎。

7、沖擊振動(dòng)環(huán)境惡劣的情況下，PCB設(shè)計(jì)面積尺寸不宜過(guò)大。否則，采用結(jié)構(gòu)加固措施。

8、加固材料

a）加固材料一般采用單組分硅橡膠，特殊要求元器件采用透明環(huán)氧樹(shù)脂加固。

透明環(huán)氧樹(shù)脂是雙組份的膠凝材料，按體積比：A組比B組=2.5ML比1ML即A組25克，B組10克；按質(zhì)量A組比B組=3g比1g。使用時(shí)兩組混合后一定要順同一個(gè)方向攪拌均勻到位。一般透明樹(shù)脂都自帶消泡劑，如氣溫過(guò)低或滴加后產(chǎn)品有氣泡需抽真空，進(jìn)行排氣。抽真空時(shí)最好加防護(hù)罩，避免污染，全生產(chǎn)過(guò)程注意不要弄臟產(chǎn)品。偏大的產(chǎn)品會(huì)有明顯的體積收縮。一般25攝氏度60-80分鐘固化。

b）加固材料的相容性控制：硅橡膠加固時(shí)，不能選用聚氨酯類(lèi)圖層，硅橡膠與這類(lèi)圖層附著力差，容易剝落；應(yīng)選用郵寄硅類(lèi)圖層。

c）加固時(shí)，產(chǎn)品黏附部分呈水平狀態(tài)，防止平穩(wěn)；加固材料低于引線與PCB連接處，或者元器件與PCB之間的位置。固化，形成支撐物24h后，以60度烘烤半小時(shí)，出去揮發(fā)性副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)氣體排出，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)。

4 整機(jī)絕緣材料和布線

1、絕緣材料選擇絕緣材料時(shí)，主要考慮以下幾方面的因素：

① 抗電強(qiáng)度，每毫米厚度的材料所能承受的電壓。

②機(jī)械強(qiáng)度，每平方厘米所能承受的拉力。

③ 耐熱等級(jí)，絕緣材料允許工作的最高工作溫度。

幾種常見(jiàn)絕緣材料的耐熱等級(jí)如下：

2、整機(jī)布線和扎線工藝配線使用不同顏色的導(dǎo)線，便于區(qū)分電路的性質(zhì)和功能以及減少接線的錯(cuò)誤。

布線遵循以下原則：

①應(yīng)減小電路分布參數(shù)。

②避免相互干擾和寄生耦合。

③盡量消除地線的影響。

④應(yīng)滿足裝配工藝的要求。

5 整機(jī)的環(huán)境（自然）適應(yīng)性設(shè)計(jì)——三防設(shè)計(jì)

三防設(shè)計(jì)的的定義：根據(jù)電子設(shè)備壽命期環(huán)境剖面及三防等級(jí)要求,對(duì)其系統(tǒng)設(shè)備和某

些特定單元及部件采取的防濕熱,防霉菌,防鹽霧腐蝕的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)方法和防護(hù)工藝措施。

三防設(shè)計(jì)的原則：①將三防設(shè)計(jì)納入到系統(tǒng)和設(shè)備的功能設(shè)計(jì)中,避免單純的工藝防護(hù)和事后補(bǔ)救措施.

②按規(guī)范設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)的隨意性。

③三防新設(shè)計(jì),新工藝,新材料必須經(jīng)試驗(yàn)、評(píng)審并制定典型工藝規(guī)范。

④設(shè)備及關(guān)鍵部件的三防性能,須按軍標(biāo)中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn),以滿足必需的環(huán)境適應(yīng)性要求.。

⑤跟蹤設(shè)備在(使用)壽命期內(nèi)所出現(xiàn)的三防問(wèn)題。

1、環(huán)境條件分類(lèi)

1）按自然氣候分：如濕熱、干熱、暖溫、寒溫、寒冷……

2）按產(chǎn)品所處狀態(tài)：如運(yùn)輸、貯存、使用等；

3）按照產(chǎn)品使用場(chǎng)合：室內(nèi)、室外、艦船、車(chē)載、機(jī)載……

4）按環(huán)境因素的屬性：如氣候、機(jī)械、生物、電磁、特殊介質(zhì)… 第四種分類(lèi)法是 70 年代后期國(guó)際電工委員會(huì)推薦的分類(lèi)法，適合于電工、電子產(chǎn)品。

2、環(huán)境（自然）適應(yīng)性相關(guān)術(shù)語(yǔ)

1）壽命期環(huán)境剖面（Life cycle environment pro）

LCEP 用以表征設(shè)備在整個(gè)壽命期內(nèi)會(huì)暴露于其中的環(huán)境或環(huán)境的綜合，LCEP 應(yīng)包括以下內(nèi)容：

①?gòu)脑O(shè)備出廠驗(yàn)收、運(yùn)輸、貯存、使用、維修直到報(bào)廢所遇到的環(huán)境應(yīng)力 的綜合；

②每個(gè)壽命期階段的環(huán)境條件相對(duì)和絕對(duì)限期出現(xiàn)的次數(shù)及頻度的可能性。

③LCEP 是設(shè)備制造商在設(shè)計(jì)前應(yīng)了解的信息,包括：

A使用或部署的地域；

B設(shè)備要安裝、存儲(chǔ)或運(yùn)輸?shù)钠脚_(tái)；

C有關(guān)相同或類(lèi)似的設(shè)備在此平臺(tái)環(huán)境條件下應(yīng)用狀況。

LCEP 應(yīng)由設(shè)備制造商的三防專(zhuān)家制定，是設(shè)備三防設(shè)計(jì)和環(huán)境試驗(yàn)剪裁的主要依據(jù)，它對(duì)要研制的設(shè)備在真實(shí)環(huán)境下的性能和幸存性方面的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。它是個(gè)動(dòng)態(tài)文件，一旦得到新的信息，它它應(yīng)當(dāng)定期修訂更新。LCEP 應(yīng)在設(shè)備的設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)中環(huán)境要求部分出現(xiàn)。

2）平臺(tái)環(huán)境（Platform environment）

設(shè)備由于被連接到或裝載于某一平臺(tái)上后而經(jīng)受的環(huán)境條件。平臺(tái)環(huán)境是由此平臺(tái)和任何環(huán)境控制系統(tǒng)誘發(fā)或強(qiáng)迫作用造成的結(jié)果。

3）誘發(fā)環(huán)境（Induced environment）

主要是指人為的或設(shè)備產(chǎn)生的某一局部環(huán)境條件，也指自然環(huán)境強(qiáng)迫作用和設(shè)備的物理化學(xué)特性綜合影響造成的任何內(nèi)部條件。

4）環(huán)境適應(yīng)性（Environmental adaptability）

電子設(shè)備、整機(jī)、分機(jī)、元器件以及材料在預(yù)期的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其功能的能力。

3、環(huán)境類(lèi)型和三防等級(jí)

對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行分類(lèi)，就有了環(huán)境類(lèi)型。但環(huán)境類(lèi)型種類(lèi)繁多，至今分類(lèi)方法不一。但在三防技術(shù)領(lǐng)域，環(huán)境條件根據(jù)設(shè)備的使用場(chǎng)所和實(shí)際承受環(huán)境來(lái)劃分是比較實(shí)用和直觀的，可分為 A、B、C、D 四種三防環(huán)境類(lèi)型。從 A 類(lèi)環(huán)境到 D 類(lèi)環(huán)境，環(huán)境條件越來(lái)越惡劣。

1）A 類(lèi)環(huán)境

A類(lèi)環(huán)境指溫度和濕度受控的環(huán)境。比如有空調(diào)的地面室內(nèi)和車(chē)載方艙環(huán)境。A 類(lèi)環(huán)境往往被稱(chēng)為較好的環(huán)境類(lèi)型。

2）B 類(lèi)環(huán)境

B類(lèi)環(huán)境指溫度和濕度不受控的地面室內(nèi)環(huán)境以及戶外具有遮蔽的環(huán)境。在 B 類(lèi)環(huán)境下，相對(duì)濕度偶爾能夠達(dá)到 100%，設(shè)備內(nèi)部可能凝露。B 類(lèi)環(huán)境雖然溫濕度不受控但整體環(huán)境并不十分惡劣。

3）C 類(lèi)環(huán)境

C類(lèi)環(huán)境指氣候腐蝕和污染較嚴(yán)重的惡劣環(huán)境。如海洋、海島及距離海岸直線距離 37公里區(qū)域的環(huán)境、海上艦船環(huán)境、鹽堿地及其周邊 37 公里范圍內(nèi)區(qū)域的環(huán)境、釋放有害物質(zhì)(主要是酸、堿、鹽、二氧化硫和硫化氫等)的工廠及其周邊 3 公里范圍區(qū)域的環(huán)境。

4）D 類(lèi)環(huán)境

D類(lèi)環(huán)境專(zhuān)指空間環(huán)境。航天器在空間飛行過(guò)程中，影響設(shè)備工作的全部外界條件總和，包括自然的、人為的或其它誘導(dǎo)條件?？臻g環(huán)境極其惡劣，近真空、微重力、高輻射和原子氧腐蝕是其最顯著的特點(diǎn)。

另外，對(duì)于設(shè)備的結(jié)構(gòu)件，可分為 I 型表面和Ⅱ型表面。

I 型(暴露)表面

I 型表面，專(zhuān)用于設(shè)備的結(jié)構(gòu)件，指設(shè)備處于工作或行進(jìn)狀態(tài)時(shí)暴露于自然環(huán)境的表面，

或雖然未暴露于自然環(huán)境但能夠受到各種氣候因素直接作用的表面。這里的氣候因素包括: 極端溫度、極端濕度、雨、雪、含鹽大氣、工業(yè)大氣、日光直接照射、塵埃和風(fēng)砂等。例如，電子方艙的外表面就屬于 I 型表面;戶外天饋系統(tǒng)的外表面均屬 I 型表面。

Ⅱ型(遮蔽)表面

Ⅱ型表面，專(zhuān)用于設(shè)備的結(jié)構(gòu)件，指設(shè)備工作時(shí)不暴露于自然環(huán)境，并且不會(huì)受到雨、

雪等直接作用和日光直接照曬的表面。例如，電子方艙的內(nèi)表面以及方艙內(nèi)電子設(shè)備的所有表面都屬于Ⅱ型表面。

相應(yīng)的，處于 I 型表面的結(jié)構(gòu)件稱(chēng)為 I 型結(jié)構(gòu)件；處于Ⅱ型表面的結(jié)構(gòu)件稱(chēng)為Ⅱ型結(jié)構(gòu)件。

三防等級(jí)分一級(jí)和二級(jí),一級(jí)防護(hù)針對(duì)有抗惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)要求的電子設(shè)備。二級(jí)防護(hù)針對(duì)在良好環(huán)境下工作的電子設(shè)備。

在分析設(shè)備的三防等級(jí)時(shí)，需考慮下列因素:

A.電子設(shè)備的服務(wù)期限一般規(guī)定為 15 年，考慮到技術(shù)的飛速發(fā)展和設(shè)備快速更新的需求以及費(fèi)用成本的因素，通常按 10 年的設(shè)備壽命采取三防設(shè)計(jì)措施:

B.設(shè)備在壽命期環(huán)境面的條件下能夠可靠正常地工作

C.于成本原因的考慮，一般不按壽命期環(huán)境條件的極值進(jìn)行三防設(shè)計(jì)，而按綜合條件折中設(shè)計(jì)這樣既可滿足技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可行性，又可滿足一般惡劣環(huán)境條件的廣泛適用性。

在最終確定設(shè)備的三防等級(jí)時(shí)，需考慮下列因素：

1）三防等級(jí)是根據(jù)設(shè)備的實(shí)際壽命期環(huán)境剖面確定的。因此同一種功能和性能的設(shè)備安裝使用在不同的平臺(tái)或不同的地區(qū)時(shí)，其防護(hù)等級(jí)可以不同；

2）在某些情況下，可以用一級(jí)防護(hù)代替二級(jí)防護(hù)，而不允許用二級(jí)防護(hù)代替一級(jí)防護(hù)；

3）任何設(shè)備在研制初期，必須確定三防等級(jí)。

一般來(lái)說(shuō)，B 類(lèi)、C 類(lèi)和 D 類(lèi)環(huán)境以及結(jié)構(gòu)件的 I 型表面均應(yīng)采用一級(jí)防護(hù);A 類(lèi)環(huán)境及結(jié)構(gòu)件的Ⅱ型表面一般采用二級(jí)防護(hù)。

4、環(huán)境因素及其影響

環(huán)境因素包括溫度、濕度、粉塵、鹽霧、游離腐蝕性氣體 ( SO2 H2S SO3- )、霉菌、昆蟲(chóng)和嚙齒類(lèi)動(dòng)物、太陽(yáng)輻射。

1）溫度的影響

A. 正面影響，高溫對(duì)驅(qū)潮濕有利，并可防止凝露及露點(diǎn)的產(chǎn)生。

2）負(fù)面影響，當(dāng)設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，機(jī)柜內(nèi)部氣壓升高而氣體外溢。而不工作時(shí)氣溫下降，則外部濕氣及污染物會(huì)進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)。

2）濕度的影響

①設(shè)備和工程材料腐蝕過(guò)程中, 水是主要的介質(zhì)。

②當(dāng)大氣中 RH＜20 %時(shí)，幾乎所有腐蝕現(xiàn)象都停止. 因此防潮是三防中最重要的一環(huán)。

③當(dāng) RH 達(dá)到 60 % 時(shí), 設(shè)備表面層會(huì)形成 2~4 個(gè)水分子厚的水膜.當(dāng)有污染物溶入時(shí), 會(huì)有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。

④當(dāng) RH 達(dá)到 80 % 時(shí), 會(huì)有 5~20 個(gè)分子厚的水膜, 各種分子都可自由活動(dòng)

⑤當(dāng)有碳元素存在,可能產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng).

⑥臨界濕度` (Critical R·H ）-----一種物質(zhì)明顯吸收水份的濕度。例如：

a.氯化鈉：當(dāng)在 20℃ 時(shí)，CRH 為 75 %

b.鐵或鋼：當(dāng)在 20℃ 時(shí)，CRH 為 65 % c.鋅合金：當(dāng)在 20℃ 時(shí)，CRH 為 70 %

水分子很小，足以能穿透某些高分子材料的網(wǎng)狀分子間隙而進(jìn)入內(nèi)部或通過(guò)涂層的針孔而達(dá)到底層金屬產(chǎn)生腐蝕。

3）潮濕（冷凝）的影響

對(duì)電子設(shè)備而言，潮濕是以三種形式存在：雨水，冷凝和水汽。水是電解質(zhì)，能溶解大量的腐蝕性離子對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)設(shè)備的某一處的溫度低于“露點(diǎn)”（溫度）時(shí)，該處結(jié)構(gòu)件或 PCB 的表面會(huì)有凝露產(chǎn)生。

影響電路板的主要是凝露和灰塵，當(dāng)凝露的水分蒸發(fā)后，污染物就會(huì)以一圈的形式殘留在電路板上，其中硫酸鹽占的比例為 25~60 %，這一圈將是吸附潮濕，腐蝕 PCB 及器件的源頭。潮濕同時(shí)是酶菌、鹽霧的載體。

4）潮濕（濕熱）的影響

A.破壞防護(hù)渡層，加速電化學(xué)腐蝕；

B.結(jié)構(gòu)件銹蝕，影響外觀及功能；

C.對(duì)電路板（PCBA）可產(chǎn)生電流泄漏、信號(hào)串?dāng)_、枝晶生長(zhǎng)、導(dǎo)線斷開(kāi)；

D.絕緣材料受潮使絕緣電阻和耐壓水平下降，造成短路、爬電、飛弧甚至于火災(zāi)。

E.射頻接口對(duì)潮濕更敏感；

F.微波器件功率下降，甚至于失效；

G.EMC 襯墊/鋁合金產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕而失效。

4）粉塵的影響

粗粉塵是直徑在 2.5~15 微米的不規(guī)則顆粒, 一般不會(huì)引起電弧等問(wèn)題，但會(huì)影響連接器的接觸.

細(xì)塵是直徑小于 2.5 微米的不規(guī)則顆粒, 細(xì)塵落在 PCB（單板）上有一定的附著力，須通過(guò)防靜電刷才可除去。細(xì)塵的腐蝕性很大，尤其是當(dāng)含有腐蝕性的酸、堿、鹽時(shí)，當(dāng) RH 大于 60%時(shí)，能透過(guò)阻焊膜或敷形涂層將銅導(dǎo)線腐蝕斷開(kāi)。

粉塵+鹽霧+濕熱對(duì) PCB 的腐蝕最大。C 類(lèi)環(huán)境最容易發(fā)生這類(lèi)腐蝕問(wèn)題。

粉塵的防護(hù)：

①采用密封或半密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

②定期更換設(shè)備的防塵網(wǎng)

③定期清潔處理設(shè)備

4）鹽霧的影響

鹽霧的形成：鹽霧是海浪、潮汐及大氣環(huán)流（季風(fēng)）氣壓、日照等自然因素造成，會(huì)隨風(fēng)飄落至內(nèi)陸，其濃度隨離海岸距離而遞減，通常離海岸 1Km 處為岸邊的 1 % （但臺(tái)風(fēng)期會(huì)吹向更遠(yuǎn)）。

鹽霧的危害性：使金屬結(jié)構(gòu)件鍍層破壞；加速電化學(xué)腐蝕速度導(dǎo)致金屬導(dǎo)線斷裂、元器件失效。

另外還有類(lèi)似的腐蝕源，操作過(guò)程中需要注意：

①手汗中有鹽、尿素、乳酸等化學(xué)物質(zhì)，對(duì)電子設(shè)備回產(chǎn)生與鹽霧同樣的腐蝕作用，因此在裝配或使用過(guò)程中應(yīng)戴手套，不可裸手觸摸鍍層。

②焊劑中有鹵素及酸性物，應(yīng)進(jìn)行清洗，并控制其殘留濃度。

5）有害氣體的影響

大氣中污染物存在的形式：

①以氣體形式,如 H2S SO2 O3 CO NH3

②懸浮的有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸；

③離子懸浮棵粒；這三種形態(tài)都依賴(lài)于潮濕才能起腐蝕作用。

局部微環(huán)境的有害氣體：

①橡膠、塑料、油漆、PVC 導(dǎo)線、包裝材料釋放的有害氣體；

②有害氣體：H2S SO2 乙酸、甲醛、有機(jī)氣氛、揮發(fā)性有機(jī)硅類(lèi)氣氛等。

③RTV 硅橡膠固化時(shí)釋放的有害氣體——在密封機(jī)箱內(nèi), 禁用雙組份縮合型硅橡膠；慎用 RTV 單組份硅橡膠。有害氣體的危害：

①銀層變色

H2S、SO2 及其它含硫氣氛在潮濕和紫外線作用下使鍍銀件產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成 Ag2S。

②加速銀離子遷移

在潮濕和有電位差的條件下，銀離子會(huì)發(fā)生遷移，而 H2S、SO2 會(huì)加速其遷移，結(jié)果是厚膜電路引線間短路而造成災(zāi)難性后果。

③鍍層腐蝕

陰極鍍層：在潮濕條件下通過(guò)孔隙腐蝕底層金屬；在電路板有電位差情況下會(huì)產(chǎn)生枝晶生長(zhǎng)、造成短路、電弧和潛在的失火源。

陽(yáng)極鍍層：對(duì)鍍鋅等陽(yáng)極鍍層會(huì)破壞鈍化膜從而加速腐蝕。

④貴金屬觸點(diǎn)“中毒”

6）霉菌的影響 霉菌的危害：

①霉菌吞噬和繁殖使有機(jī)材料絕緣性下降, 損壞而失效。

②霉菌的代謝產(chǎn)物是有機(jī)酸, 影響絕緣性及抗電強(qiáng)度而產(chǎn)生電弧。

③長(zhǎng)霉表面影響外觀。

霉菌的防范：

①盡量選用不長(zhǎng)霉的材料;

②如必須加防霉劑需考慮其它因素。

7）昆蟲(chóng)、噬齒動(dòng)物（鼠害）的影響

①啃噬電纜,破壞結(jié)構(gòu),破壞絕緣.

②墊窩引起短路.

③鼠尿引起腐蝕.

在實(shí)際案例中, 由鼠害導(dǎo)致的設(shè)備失效比想象的要多。

8）太陽(yáng)輻射影響

①光老化是對(duì)戶外產(chǎn)品中非金屬材料的重要試驗(yàn)項(xiàng)目, 很多材料（如橡膠、塑料）在戶外會(huì)因紫外線、臭氧作用而降解、失效。

②實(shí)驗(yàn)方法大氣暴露試驗(yàn)：真實(shí)、簡(jiǎn)單、環(huán)境多樣性、但試驗(yàn)周期長(zhǎng)。人工加速試驗(yàn)：快速、與大氣暴露試驗(yàn)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

③加速實(shí)驗(yàn)

材料：紫外線 ASTM G53 使用 UVB310nm 4h/60℃；4h/50℃ 共 1000h。臭 氧 ASTM D518 暴露 70 小時(shí)。

試樣：

氙 燈 GB 12527—90 1006 h

臭 氧 GB 12527—90 70 h

合格判據(jù)：不降解、無(wú)龜裂、強(qiáng)度變化±30 %

6 防水設(shè)計(jì)

早年的防水手機(jī)，大多是被動(dòng)式防水手機(jī)。手機(jī)多采用加保護(hù)塞的方式來(lái)防水，由此造成了手機(jī)在厚度以及重量上皆不盡人意。最重要的是，隨著時(shí)間的推移，手機(jī)上的防水塞將逐漸老化，最后導(dǎo)致防水失效，防水性能無(wú)法得到保證。

世界上大多數(shù)人經(jīng)常使用的擁有防水防塵技術(shù)的手機(jī)應(yīng)該數(shù)三星為第一，手機(jī)已經(jīng)達(dá)到了ip68的程度， 6為防塵等級(jí)，8為防水等級(jí)，這些都應(yīng)用在了三星的s系列和NOTE系列，大大的減少了三星的受損幾率，多人都以為防水防塵僅僅只是防止接觸水和灰塵而已，但事實(shí)上絕非僅僅如此，接下來(lái)我們就根據(jù)三星s49來(lái)了解一下這個(gè)防水防塵的功能，

S9并不是整個(gè)機(jī)身封閉的，它擁有至少五六個(gè)孔，耳機(jī)、充電、卡槽等，而且像很多手機(jī)按鍵，例如電源鍵，音量鍵等也都是與手機(jī)內(nèi)部的許多重要元件相連，那么在這種多孔，按鍵又多與元件相連，它是怎么做到防水的？首先，我們需要從按鍵、聽(tīng)筒、揚(yáng)聲器、耳機(jī)孔、充電孔和sim卡槽6個(gè)方面來(lái)分別探究一下新高標(biāo)準(zhǔn)的防水機(jī)制。

首先來(lái)看SIM卡槽，雖然說(shuō)這個(gè)卡槽在手機(jī)的整體地位中非常重要。但是它的防水卻十分的簡(jiǎn)單，只需要在卡槽邊上墊上一圈防水硅墊就可以了，怎么樣，是不是非常的簡(jiǎn)單？而這個(gè)卡槽的防水還可以通過(guò)其它方法來(lái)解決，除了這種在外部添加防水的硅膠墊以外，其它的都需要從它的手機(jī)內(nèi)部出發(fā)，稍微有一點(diǎn)點(diǎn)麻煩。而至于在手機(jī)按鍵處防水。也是比較簡(jiǎn)單的，我說(shuō)是一般的，別的品牌的手機(jī)，它們往往會(huì)采用直接擠壓鍋?zhàn)衅侨堑姆浪恢倍际切袠I(yè)里的行家，所以說(shuō)它采取了添加一層防水橡膠膜。簡(jiǎn)單又效果更好。

而至于聽(tīng)筒和揚(yáng)聲器這一類(lèi)東西的防水是在揚(yáng)聲器內(nèi)部與外部開(kāi)孔之間存在一層過(guò)濾網(wǎng)，以及該網(wǎng)的周邊是由一圈防水硅膠組成，過(guò)濾網(wǎng)是為了讓空氣自由流通使聲音足以傳遞，但是又能夠防止外部的水進(jìn)入內(nèi)部，聲音不能在真空中傳播的原理，大家應(yīng)該都清楚，而且自然環(huán)境下的水，往往做不到科研中的水，那樣達(dá)成小分子結(jié)構(gòu)，而大多數(shù)都是以分子團(tuán)為基準(zhǔn)，因此這個(gè)過(guò)濾網(wǎng)它的孔徑只要比這個(gè)小就可以了，所以說(shuō)它的直徑介于兩者之間就能夠保證空氣流通而阻止水流進(jìn)入。但是可不要以為過(guò)濾網(wǎng)是萬(wàn)能的，否則又怎么會(huì)加一層防水橡膠圈呢？水壓還是會(huì)導(dǎo)致水穿過(guò)過(guò)濾網(wǎng)？但是萬(wàn)一水壓過(guò)大，水還是可以透過(guò)濾網(wǎng)，因此橡膠圈的存在可以防止水進(jìn)入手機(jī)內(nèi)部。就算是進(jìn)水了，也只是進(jìn)入揚(yáng)聲器里面，并不會(huì)給手機(jī)造成更大的傷害。

而至于充電孔的防水，則更加簡(jiǎn)單了，因?yàn)槌潆娍妆旧聿慌c手機(jī)內(nèi)部連接，所以說(shuō)即便進(jìn)水了也無(wú)所謂，需要考慮到設(shè)計(jì)師，如何讓進(jìn)水以后水順利排出？畢竟水如果殘留在金屬元件的內(nèi)部，而且自然界的水雜質(zhì)很多，很容易腐蝕一些電子部件，到時(shí)候充電的地方?jīng)]用了，這個(gè)手機(jī)不也就報(bào)廢了嗎？在三星的設(shè)計(jì)之中，它們采用了特殊的涂料gore Tex,這種涂料可以有效地避免水殘留在手機(jī)內(nèi)部。

最后就是三星防水設(shè)計(jì)中最難的一點(diǎn)，那就是耳機(jī)孔了，畢竟在華為手機(jī)mate20系列就無(wú)法處理這個(gè)問(wèn)題，它們直接取消了3.5mm的耳機(jī)孔，而三星卻成功保留了，首先就是在耳機(jī)孔涂上防水的特殊涂料，其次加上了一圈橡膠圈，防止水從縫隙進(jìn)入。畢竟耳機(jī)孔其實(shí)也是一個(gè)不接觸內(nèi)部的部分，所以同樣只要防止水滲漏和遺留就可以了。

防水手機(jī)發(fā)展史上的幾位“奠基者”

愛(ài)立信R250 PRO

早在1999年，愛(ài)立信推出了全球首款防水手機(jī)——愛(ài)立信R250 PRO，該機(jī)采用鎂金屬機(jī)身設(shè)計(jì)，縫隙中加入橡膠處理，此外還對(duì)諸多細(xì)節(jié)做了特殊處理，保證了該機(jī)的防水性能，該機(jī)成為了后來(lái)防水手機(jī)的模仿對(duì)象。

摩托羅拉Defy

進(jìn)入智能手機(jī)時(shí)代，摩托羅拉Defy的成功為智能手機(jī)防水帶來(lái)了可行性。值得注意的是，厚重刻板的三防手機(jī)顯然得不到用戶的“厚愛(ài)”，在2012年，索尼移動(dòng)將防塵防水功能列入到手機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，從Xperia Acro S開(kāi)始，到極致輕薄的Xperia Z L36h，再到Xperia Z3+在防水技術(shù)上帶來(lái)新突破，Xperia Z3+在USB接口采用Capless無(wú)蓋裸露的防水技術(shù)，防水級(jí)別達(dá)到IP65/IP68水準(zhǔn)。

索尼 Xperia Z3+

索尼對(duì)于手機(jī)防水技術(shù)的執(zhí)著影響了很多手機(jī)廠商，在2016年CES上，三星Galaxy S7的發(fā)布，再次把防水功能拉入了旗艦智能手機(jī)的行列。

IPXX防護(hù)等級(jí)概念

防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)

這里的“IP”是國(guó)際防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)；簡(jiǎn)而言之，IPXX中“XX”兩位數(shù)字分別代表防塵和防水等級(jí)，其中防塵等級(jí)從0～6，防水等級(jí)則從0～8。

第一個(gè)“X”指的是防止外物和灰塵侵入的等級(jí),用0-6的標(biāo)數(shù)來(lái)判斷其防護(hù)能力：

防塵能力等級(jí)

對(duì)于手機(jī)設(shè)備而言，防塵5級(jí)意味著設(shè)備已經(jīng)有了較好的防塵效果，雖不能完全防止灰塵侵入，但灰塵的侵入量不會(huì)影響電器的正常運(yùn)作；6級(jí)則是完全防止灰塵侵入，所有接口等部位都密封完全，是與內(nèi)部元器件完全隔絕。

第二個(gè)“X”是指防水等級(jí)，是由國(guó)際工業(yè)防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)IPX和日本工業(yè)防水標(biāo)準(zhǔn)的JIS等級(jí)的統(tǒng)一制定標(biāo)準(zhǔn)，用0-8的標(biāo)數(shù)將將防水能力分為9級(jí)：

防水能力等級(jí)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，對(duì)于一些防水性能一般的手機(jī)，只要做到6級(jí)及以下的防濺水能力，就能夠防止一些生活灑水和雨水入侵到手機(jī)內(nèi)，7級(jí)意味著設(shè)備在1米以內(nèi)的水中，可以承受長(zhǎng)達(dá)30分鐘的浸泡而內(nèi)部不進(jìn)水，8級(jí)標(biāo)準(zhǔn)則更進(jìn)一步，可以保證設(shè)備在1.5米以下的水中進(jìn)浸泡30分鐘內(nèi)安然無(wú)恙。

通常采用的手機(jī)防水設(shè)計(jì)

手機(jī)防水其實(shí)并沒(méi)有什么“黑科技”，防水手機(jī)普遍采用的方法就是密封膠、橡膠圈、防水膜、納米涂層。通常手機(jī)容易進(jìn)水的部位：手機(jī)殼、聽(tīng)筒、揚(yáng)聲器、USB接口、實(shí)體按鍵等部件。

三星Galaxy S7后蓋/屏幕防水設(shè)計(jì)

首先，外部防水設(shè)計(jì)，手機(jī)殼/屏幕通常使用了大量的密封膠粘合來(lái)有效密封手機(jī)，起到防水作用。

三星Galaxy S7聽(tīng)筒防水設(shè)計(jì)

其次，聽(tīng)筒、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)使用防塵防水的膜放在手機(jī)外殼里面進(jìn)行防水，防水膜能夠在最大程度保持密閉的情況下加入呈網(wǎng)狀的泄壓孔，可以理解為“透氣不透水”。

三星Galaxy S7采用的橡膠圈防水設(shè)計(jì)

在耳機(jī)接口、USB接口、卡槽、實(shí)體按鍵與機(jī)身之間的縫隙通常使用橡膠圈來(lái)密封，從而達(dá)到防水的效果。

接口防水設(shè)計(jì)（左為防水薄膜防水/右為膠塞防水）

在耳機(jī)接口和USB接口的內(nèi)部處理上，早期的設(shè)計(jì)通常是在端口處采用防水膠塞來(lái)防水，現(xiàn)在隨著技術(shù)不斷的進(jìn)步，端口都采用裸露式的防水設(shè)計(jì)，內(nèi)置納米涂層/“防雨薄膜”等。

※注：三星Galaxy S7采用了GORE-TEX（戈?duì)柼厮梗┑姆烙瓯∧ぃ洳牧媳旧磔p、薄、堅(jiān)固和耐用，它具有防水、透氣和防風(fēng)功能；GORE-TEX薄膜材料的防水原理也很簡(jiǎn)單，其每平方英寸有90億個(gè)極微小細(xì)孔的薄膜，盡管這些微孔的體積是水分子的七百倍，但是僅為液態(tài)水滴的兩萬(wàn)分之一，所以水分子可以以水蒸汽的形式排出，外側(cè)水滴卻無(wú)法進(jìn)入。

至于防水主板，手機(jī)廠商通常在主板上增加一層防水涂層，讓主板具備實(shí)現(xiàn)一定的防水能力的。使用這種防水涂層后，滴到主板上的水會(huì)很容易流下來(lái)，而不會(huì)因?yàn)樗谋砻鎻埩Χ谥靼迳稀?/p>

防水功能之前沒(méi)有被智能手機(jī)廣泛配備的原因？

1、為了節(jié)省成本：

防水設(shè)計(jì)成本將大大增加

（1）在揚(yáng)聲器、聽(tīng)筒、麥克風(fēng)都增加一層“防水膜”，材料成本可能在20元左右；

（2）屏幕/后殼與中框之間的縫隙，通常采用密封膠來(lái)處理，增加成本；

（3）USB接口、耳機(jī)接口、實(shí)體按鍵與機(jī)身之間的縫隙，通常采用橡膠圈來(lái)處理，成本再次提升；

（4）如果USB接口、耳機(jī)接口內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將采用防水技術(shù)，繼續(xù)增加成本；

（5）機(jī)身材質(zhì)也要考慮防水性能，成本可能還要增加；

（6）防水手機(jī)在量產(chǎn)前后，手機(jī)必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量檢測(cè)，費(fèi)用“不菲”。

成本增加或許是“遏制”手機(jī)防水性能普及的一個(gè)最重要的因素。

2、制程難度升級(jí)

如果手機(jī)采用防水設(shè)計(jì)，手機(jī)代工廠將增加工序，生產(chǎn)難度、良品率將會(huì)受到影響，一系列的制程需求對(duì)于代工廠商來(lái)說(shuō)要求較高，如果訂單量較大，產(chǎn)能可能出現(xiàn)問(wèn)題。

關(guān)于手機(jī)“進(jìn)液標(biāo)識(shí)”

三星手機(jī)的“進(jìn)液標(biāo)識(shí)”

Mate9有兩個(gè)防水標(biāo)簽，如果防水標(biāo)簽變紅證明手機(jī)進(jìn)水，如果沒(méi)變紅表明沒(méi)進(jìn)水一個(gè)在手機(jī)內(nèi)部：需要拆開(kāi)手機(jī)，在手機(jī)才能看到，靠近USB接口處，另一個(gè)可不用拆開(kāi)手機(jī)就能看見(jiàn)，從耳機(jī)孔外就能看見(jiàn)，如果變紅表示耳機(jī)孔處進(jìn)水。

7、環(huán)保設(shè)計(jì)

目前遵循的環(huán)保指令主要是 WEEE Directive (歐盟議會(huì)和歐盟理事會(huì)關(guān)于報(bào)廢電子電氣設(shè)備指令)和 RoHS (歐盟議會(huì)和歐盟理事會(huì)關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指

令)。

從 2006 年 7 月歐盟市場(chǎng)禁用鉛，汞，六價(jià)鉻，鎘，多溴聯(lián)苯 (PBB)，和聚溴二苯醚

(PBDE) 等 6 種有毒物質(zhì)。

整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，還需要注意回收率?；厥章试黾又猎O(shè)備重量的 75 % 以上。組件、材料和物質(zhì)再利用和再循環(huán)增加至設(shè)備重量的 65%以上。

另外，整機(jī)還需要粘貼環(huán)保標(biāo)志，便于分類(lèi)收集生產(chǎn)者投放到市場(chǎng)的電子電氣設(shè)備。

標(biāo)識(shí)：環(huán)保、分離回收、回收材料、設(shè)備分拆、包裝材料等標(biāo)識(shí)。

A 類(lèi)環(huán)境的防護(hù)

A 類(lèi)防護(hù)的重點(diǎn)在于合理的選用材料，局部噴涂，金屬（鍍鋅層）絲印，EMC 材料的接觸腐蝕，運(yùn)輸、儲(chǔ)存環(huán)境剖面的不可預(yù)見(jiàn)性。

1）鋁及鋁合金選用注意如下事項(xiàng)：

①鋁及鋁合金的耐蝕性：純鋁＞防銹鋁＞鍛鋁＞壓鑄鋁＞硬鋁

②硬鋁（合金鋁）通常表面有一層包鋁層（純鋁）保護(hù)基體材料，當(dāng)機(jī)加工后，基體裸露，由于銅元素的分部，在貧銅區(qū)會(huì)產(chǎn)生凹蝕坑及“白粉”狀腐蝕物。因此，在濕熱環(huán)境下應(yīng)用硬鋁如 2A12 等的加工件（破壞包鋁層）要非常慎重。

③根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能要求鋁及鋁合金的選用原則是：無(wú)承力要求及導(dǎo)電件選用純鋁；有一般承力要求的鈑金件可選用防銹鋁；鋁型材及機(jī)加工件例如：屏蔽盒可選用鍛鋁 6061 或 6063；

壓鑄鋁合金應(yīng)選用 YL102，而盡量不用 ADC12（含銅）。

2）A 類(lèi)環(huán)境工藝要求 ①電鍍、氧化件要避免深凹、盲孔及積水結(jié)構(gòu)；在前處理時(shí)，盲孔內(nèi)會(huì)截留腐蝕性液體而不易清除。應(yīng)避免夾縫結(jié)構(gòu)，以防儲(chǔ)留腐蝕液。

②組合工序的安排：

帶有螺紋連接、壓合、搭接、鉚接、點(diǎn)焊等組合件，原則上不允許進(jìn)行電化學(xué)處理

（電鍍、陽(yáng)極化）；

不同類(lèi)金屬材料的組合件不能在一起進(jìn)行溶液處理。應(yīng)盡可能采用涂漆或在電化學(xué)處理后進(jìn)行組合。

③鍍鋅層須考慮的潛在問(wèn)題：

經(jīng)鉻酸鹽鈍化處理的鍍鋅層零件，其使用溫度不得超過(guò) 71℃ 。這對(duì)于有局部噴漆保護(hù)的零件不適用，會(huì)使裸露的鋅層鈍化膜失效。

④“氫脆”

高強(qiáng)度鋼（抗拉強(qiáng)度超過(guò) 1050MPa）在電鍍過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象。彈性零件一般不建議電鍍，由于環(huán)境或特殊要求（導(dǎo)電、耐磨等）必須電鍍時(shí)，電鍍前應(yīng)消除應(yīng)力，電鍍后進(jìn)行除氫處理。

電鍍后立即將零件置于 177 ℃~204 ℃下烘烤 5 小時(shí)，然后進(jìn)行鈍化處理。成型、淬火后，零件應(yīng)在 149 ℃ ~260℃下烘拷 30 分鐘，以消除應(yīng)力，然后進(jìn)行清理和鍍覆。

⑤電偶腐蝕，不同金屬的接觸電位差在 A 類(lèi)環(huán)境應(yīng)控制在 0.4V。

⑥A 類(lèi)環(huán)境的設(shè)備須考慮到運(yùn)輸、儲(chǔ)存時(shí)所會(huì)遇到的 B、C 類(lèi)環(huán)境剖面

對(duì)于軍用電子設(shè)備 PCB 需進(jìn)行敷形保護(hù)涂覆。要考慮運(yùn)輸, 儲(chǔ)存, 維修時(shí)可能遇到 B, C 類(lèi)環(huán)境， 提高可靠性及環(huán)境適應(yīng)性能力。

⑦在 A 類(lèi)環(huán)境的防護(hù)設(shè)計(jì)中有以下幾個(gè)問(wèn)題須特別注意：

A.鍍鋅件局部噴涂或絲印后,經(jīng)高溫烘烤鍍鋅件鈍化膜會(huì)失效, 濕熱后產(chǎn)生白粉.

B.EMC 屏蔽材料與所接觸的金屬(鋁或鍍鋅層)都超過(guò)了允許的最大電位差(0.4V)；電解板(鍍鋅層)與導(dǎo)電布(鎳鍍層)間的電位差是 0.9V；鋁合金導(dǎo)電氧化與導(dǎo)電布(鎳鍍層)間的電位差是 0.45V~0.6V；鋁合金導(dǎo)電氧化與導(dǎo)電橡膠之間的電位差是 0.6~0.7V。

C.非金屬材料的應(yīng)用不規(guī)范

自身長(zhǎng)霉的材料；選用膠粘劑不當(dāng)；散發(fā)出有害氣體的材料---如某些橡膠中有”硫”；不符合環(huán)保等法規(guī)要求的有害材料。

D.選擇緊固件、鍍層材料等時(shí)環(huán)境適應(yīng)性控制不當(dāng)。

B 類(lèi)環(huán)境的防護(hù)

B 類(lèi)環(huán)境防護(hù)由于對(duì)環(huán)境剖面的復(fù)雜性很難定位，同時(shí)又要考慮成本因素，因此是最困難的。所以在軍品防護(hù)等級(jí)上只分二級(jí)（B 類(lèi)和 C 類(lèi)合為一級(jí)防護(hù)）。所有對(duì) A 類(lèi)環(huán)境的防護(hù)要求，在 B 類(lèi)環(huán)境中都必須滿足，同時(shí)還有更高的要求。

B 類(lèi)環(huán)境防護(hù)的重點(diǎn)是正確選用防護(hù)材料和工藝。B 類(lèi)環(huán)境剖面（極端環(huán)境）的特點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間的濕熱環(huán)境；濕熱+灰塵；濕熱+灰塵+鹽霧

溫濕度不受控的室內(nèi)；地下室；戶外簡(jiǎn)單遮蔽；一般環(huán)境的戶外設(shè)備，都屬于典型的B 類(lèi)環(huán)境。

由于有室外設(shè)備, 結(jié)構(gòu)件分為 “Ⅰ”型結(jié)構(gòu)件和 “Ⅱ”型結(jié)構(gòu)件兩類(lèi)，除安裝在戶外設(shè)備的外表及附件外，其它的大多數(shù)零部件屬于“Ⅱ”型結(jié)構(gòu)件?！阿瘛毙徒Y(jié)構(gòu)件除奧氏體不銹鋼和某些鋁陽(yáng)極化（如微弧氧化）特殊零件外，所有的金屬件都須采用有機(jī)涂層覆蓋。戶外 “Ⅰ” 型面的緊固件, 應(yīng)采用不銹鋼(奧氏體)材料會(huì)更可靠。

戶外設(shè)備的涂層，噴粉應(yīng)采用聚酯系列、不采用環(huán)氧系列；噴漆應(yīng)采用丙稀酸或丙稀酸/聚氨酯體系、有機(jī)氟涂料。

戶外鋼結(jié)構(gòu)件盡量考慮采用熱浸鋅+噴涂有機(jī)涂層防護(hù)體系如：底座、承力彎角件、埋地部分等極易腐蝕部分。

室內(nèi)設(shè)備主要考慮在長(zhǎng)期濕熱環(huán)境下的防銹蝕和灰塵+鹽霧的極端環(huán)境下的防護(hù)。

壓鑄鋁件的化學(xué)氧化（無(wú)色）在濕熱環(huán)境下會(huì)腐蝕成“白粉”狀，ADC12 會(huì)更嚴(yán)重，有可能應(yīng)在無(wú)需導(dǎo)電部分噴漆。

B 類(lèi)環(huán)境中戶外機(jī)柜及模塊的防護(hù)注意事項(xiàng)如下

①暴露在Ⅰ型面的所有構(gòu)件，應(yīng)避免積水。盡可能消除縫隙，防止水、灰塵和鹽霧的沉積。

②大型機(jī)柜密封條的拼接處應(yīng)在水流的下方，并用室溫硫化硅橡膠粘接、膩平。防止?jié)B水。

③結(jié)構(gòu)上應(yīng)防止門(mén)的應(yīng)力變形，形成縫隙。

④控制屏蔽材料與金屬材料的接觸腐蝕。

⑤防止機(jī)柜內(nèi)部由于溫差而產(chǎn)生凝露。

⑥小型機(jī)箱或模塊的防水密封襯墊，應(yīng)采用高抗撕硅橡膠模壓成型。不應(yīng)采用膠條拼接。拼接件經(jīng)受不住環(huán)境老化而失效。

⑦有屏蔽要求，處于Ⅰ型面的模塊，應(yīng)選用模壓的雙峰導(dǎo)電襯墊，可避免導(dǎo)電膠條對(duì)

鋁模塊的電偶腐蝕。

考慮到 B 類(lèi)環(huán)境的剖面，PCB 應(yīng)進(jìn)行敷形保護(hù)涂覆。

B 類(lèi)環(huán)境整機(jī)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下：

①盡量不用預(yù)鍍板，如果有局部噴涂（接地或?qū)щ姡┮幚砗媒佑|腐蝕及切口邊的銹蝕問(wèn)題。

②重視防塵設(shè)計(jì)：在 B 類(lèi)環(huán)境的室內(nèi)設(shè)備，良好的防塵設(shè)計(jì)是保證設(shè)備可靠工作的重要條件。防塵網(wǎng)屬易損件，應(yīng)設(shè)計(jì)成方便更換，易于清理并有詳細(xì)的操作規(guī)程。

③屏蔽材料與金屬接觸腐蝕的規(guī)避，應(yīng)遵守 0.25V 的規(guī)定.

④材料選用：按規(guī)范選用。未經(jīng)試驗(yàn)的或預(yù)計(jì)有問(wèn)題的材料，應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)后優(yōu)選并制訂規(guī)范再應(yīng)用。

C 類(lèi)環(huán)境的防護(hù)

C 類(lèi)環(huán)境存在鹽霧、鹽堿粉塵和有害氣體及酸霧、酸雨燈腐蝕介質(zhì)。C 類(lèi)環(huán)境的典型地區(qū)為東南沿海、海島、艦船；沙漠（鹽堿湖）、鹽堿濕地及周邊；化工廠、皮革廠、礦山、冶煉廠、火電廠周邊；海外：東南亞、西亞、中東、印度及加勒比沿海地區(qū)。

這一帶區(qū)域或高溫、高濕、高鹽霧。晝夜溫差大或環(huán)境污染嚴(yán)重。處于該區(qū)域的通訊電子設(shè)備、安裝結(jié)構(gòu)件、緊固件、天饋系統(tǒng)屬于 C 類(lèi)環(huán)境“Ⅰ”型面。在該環(huán)境剖面，金屬的腐蝕速度比一般地區(qū)高幾倍~幾十倍。

C 類(lèi)環(huán)境如果用不銹鋼，需要選用奧氏體材料，如：1Cr18Ni9；1Cr18Ni9Ti；0Cr18Ni9；0Cr17Ni12Mo2，選用無(wú)磁性的奧氏體不銹鋼；要求鈍化處理，通過(guò)中性鹽霧試驗(yàn) 48 小時(shí)無(wú)腐蝕。緊固件須定點(diǎn)供貨，每批次應(yīng)進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)檢測(cè)。

C 類(lèi)環(huán)境對(duì)于結(jié)構(gòu)件的形式和安裝工藝有如下要求：

①要避免凸出的棱角和尖銳的切邊（應(yīng)打磨成圓角）再進(jìn)行防護(hù)處理。

②安裝件的折彎半徑應(yīng)是板厚的 1 倍以上，以避免應(yīng)力太大而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

③避免縫隙腐蝕；采用連續(xù)焊，在焊接部位須噴二道底漆及二道面漆（盡量減少針孔率）。

④安裝后的涂漆工藝：

a.當(dāng)Ⅰ型面上有導(dǎo)電連接部位時(shí)，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成永久性連接：即在裝配完成后涂覆有機(jī)涂層或灌注密封膠。

b. C 類(lèi)環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)安裝后，須在所有裝配緊固件部位及漆層破損處進(jìn)行補(bǔ)漆處理。

C 類(lèi)環(huán)境下，所有Ⅰ型面結(jié)構(gòu)件的金屬外部棱邊應(yīng)該倒成圓角，以利于獲得適當(dāng)厚度的涂敷層（電鍍或熱浸鋅層、噴粉層或噴漆層的厚度）。金屬的銳邊上涂層是達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的厚度。通常倒圓角半徑在 3.18mm 左右.

C 類(lèi)環(huán)境如果用非金屬材料，注意事項(xiàng)如下：

①涂料：噴粉選用聚酯料；油漆選用丙稀酸或丙稀酸/聚氨脂。

②密封材料：

橡膠-----硅橡膠、乙丙橡膠、氯丁橡膠。

密封膠-----RTV 硅橡膠。

防水膠帶-----EPR。

③塑料：要求耐候性好、耐紫外線及耐低溫。如：PC、PET、PVC 等。

C 類(lèi)環(huán)境的防輻射設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下：

①暴露在外的所有構(gòu)件應(yīng)避免積水,盡可能消除縫隙,防止灰塵,鹽霧沉降。

②Ⅰ型表面原則上不允許有裸露金屬(包括鍍層,不銹鋼除外). 應(yīng)當(dāng)用有機(jī)涂層覆蓋,涂層應(yīng)耐紫外線輻射。

③對(duì)大容積構(gòu)件(如:天線箱體,天線罩,高頻箱)應(yīng)避免氣密性設(shè)計(jì), 應(yīng)有通氣孔或加有防水透氣閥.使腔體內(nèi),外壓力平衡.否則腔內(nèi)會(huì)積水。

④對(duì)有密封要求的模塊,密封圈應(yīng)選用高抗撕硅橡膠制成的”O(jiān)”形或”D”形圈.不允許密封圈有接縫, 或采用橡膠板裁剪成襯墊,實(shí)踐證明這是不可靠的。

⑤室外型設(shè)備的某些構(gòu)件,可選用復(fù)合材料的模壓制品(如 SMC 或玻璃鋼)這類(lèi)材料具有比強(qiáng)度高和耐腐蝕性及批量生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。

⑥黑色金屬的重防護(hù)：采用熱浸鋅、（或噴鋅、噴鋁）工藝，厚度在 50μm~150μm 再?lài)姷灼?二道面漆。用于戶外機(jī)架、褂梁埋地構(gòu)件等。

D 類(lèi)環(huán)境的防護(hù)

D 類(lèi)空間環(huán)境的特點(diǎn)是上升/再入階段 高沖擊、振動(dòng)、噪聲；暴露于高真空和高輻射下；入軌后，可當(dāng)成 “A 類(lèi)環(huán)境”

D 類(lèi)環(huán)境的防護(hù)需要注意防沖擊、防振動(dòng)。組裝電路板時(shí)，器件應(yīng)盡量靠近ＰＣＢ板底部。如果允許，涂覆層的厚度增加到１００～２５０微米，使器件底部與基板通過(guò)涂層連成一體，可增強(qiáng)設(shè)備的抗振能力。某些器件重量大于７克，并靠自身引線支撐，例如電容器等。須用ＲＴＶ硅橡膠進(jìn)行局部加固。

處于空間環(huán)境的電子設(shè)備，均需密封結(jié)構(gòu)。必須對(duì)微環(huán)境中有害氣體嚴(yán)格控制。

橡膠件須進(jìn)行二段硫化工藝。ＰＶＣ導(dǎo)線內(nèi)有各類(lèi)添加助劑、有低分子物逸出，必須嚴(yán)格控制。

硅脂選用ＳＥ－４４９０ＣＶ低分子揮發(fā)物最低。ＲＴＶ硅橡膠應(yīng)在室溫下放置４８小時(shí)后，于 60~６５℃烘 6~８小時(shí)。

由于空間環(huán)境輻射強(qiáng)度比地面強(qiáng)，有機(jī)高分子材料應(yīng)選用耐輻射強(qiáng)的材料。聚稀烴材料如ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、聚甲醛、聚四氟乙稀等耐輻射性能不良。ＰＣ中等。聚砜、聚酰亞胺耐輻射性能好。

苯撐硅橡膠最好。經(jīng)定量輻射后，其強(qiáng)度下降２６％、伸長(zhǎng)率下降４３％；而其它橡膠強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率下降在７０％以上。

入軌后, 設(shè)備處于穩(wěn)態(tài)環(huán)境, 可看成是 A 類(lèi)環(huán)境。

三防技術(shù)是一項(xiàng)“自上而下”抓的系統(tǒng)工程，要盡量多了解設(shè)備的“壽命期環(huán)境剖面”，按規(guī)范設(shè)計(jì)，要跟蹤已使用的設(shè)備“故障”情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)；不斷“滾動(dòng)修訂”完善設(shè)計(jì)規(guī)范；建立并完善“三防體系”，逐步克服設(shè)計(jì)上的隨意性。

8 構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例——ATCA 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

ATCA 是 Advanced Telecom Computing Architecture（先進(jìn)電信計(jì)算架構(gòu)）的縮寫(xiě)。

ATCA 標(biāo)準(zhǔn)，是一項(xiàng)業(yè)界倡導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，旨在為運(yùn)營(yíng)級(jí)電信解決方案創(chuàng)建一種新型的板卡(刀片式)和機(jī)箱外形規(guī)格。ATCA 旨在通過(guò)為多種標(biāo)準(zhǔn)交換架構(gòu)(包括以太網(wǎng)和 PCIExpress)提供支持，滿足下一代通信應(yīng)用的要求，并為制造商提供滿足苛刻用戶要求的諸多功能。ATCA 提供動(dòng)態(tài)空間，以實(shí)現(xiàn)新一代模塊化、高性能卻經(jīng)濟(jì)適用的電信解決方案。

ATCA 由一系列規(guī)范組成，包括定義了結(jié)構(gòu)、電源、散熱、互聯(lián)與系統(tǒng)管理的核心規(guī)范 PICMG3.0 以及定義了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)協(xié)議的 5 個(gè)輔助規(guī)范組成，包括：3.1 以太和光纖傳輸；

3.2 InfiniBand 傳輸；3.3 星形傳輸；3.4 PCI-Express 傳輸；3.5 RapidIO 傳輸。本小節(jié)注意介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

ATCA 平臺(tái)由機(jī)箱、刀片式板卡、背板、電源分配系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)和機(jī)箱管理系統(tǒng)組成。

機(jī)箱是把整個(gè)產(chǎn)品結(jié)合成機(jī)械整體的主體，需要依靠機(jī)箱保證整機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

ATCA 按型式可以分為直立型機(jī)箱與橫向型機(jī)箱兩種類(lèi)型。直立型機(jī)箱為標(biāo)準(zhǔn)的 14 槽位，如下如所示。

橫向型機(jī)箱因受限于機(jī)箱高度，所以視其高度決定槽數(shù)的多少。橫向型機(jī)箱如下圖所示。

刀片式板卡可以簡(jiǎn)單按位置分為前插單板和后插單板。前插單板就是通常說(shuō)的 ATCA 單板，可以分為業(yè)務(wù)單板和交換單板。后插單板就是后端轉(zhuǎn)換模塊（RTM），為前插單板提供接口擴(kuò)展。

ATCA 的背板主要分為雙星、雙雙星和全網(wǎng)狀互連三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

雙星結(jié)構(gòu)在 ATCA 機(jī)框內(nèi)有兩塊交換單板，每塊交換單板與機(jī)框內(nèi)其他的每一塊單板都有一條獨(dú)立通道互連

雙雙星結(jié)構(gòu)在機(jī)框內(nèi)有四塊交換單板，每塊交換單板與機(jī)框內(nèi)其他的每一塊單板都有一條獨(dú)立通道互連。

全網(wǎng)狀互聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)框內(nèi)的每塊單板與其他的每一塊單板都有一條獨(dú)立的通道互連。不需要中心交換結(jié)構(gòu)，每塊單板都可以做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)處理。具有很大的靈活性，比較適合機(jī)框槽位較少的系統(tǒng)。

ATCA 的背板數(shù)據(jù)傳輸包括業(yè)務(wù)平面（交換接口、更新通道）和控制平面（基本接口、

同步時(shí)鐘接口）。背板連接器的數(shù)據(jù)傳輸接口分布如下：

基本接口（Base Interface）可以理解為 ATCA 架構(gòu)的管理控制平面總線，一般在系統(tǒng)中用來(lái)傳輸控制面信息。支持 10/100/1000 BAST-T 以太網(wǎng)通道

交換單板的 Base Interface 提供以太網(wǎng)通道與其他單板相連，每條通道是以 4 對(duì)差分線的形式在背板傳輸。其他單板有兩條通道，分別與兩塊交換單板相連。

交換接口（Fabric Interface）是 ATCA 架構(gòu)的業(yè)務(wù)平面的數(shù)據(jù)通道，為 ATCA 單板提供高速數(shù)據(jù)傳輸。Fabric Interface 提供以太網(wǎng)通道以供機(jī)框內(nèi)單板互連。

Fabric Interface 的每個(gè)通道（Channel）由 8 對(duì)差分線（4 對(duì)接收、4 對(duì)發(fā)送）構(gòu)成，每?jī)蓪?duì)差分線（1 對(duì)接收，1 對(duì)發(fā)送）構(gòu)成一個(gè)端口（Port）；Fabric Interface 支持 ATCA 架構(gòu)的多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Fabric Interface 支持多種傳輸協(xié)議。

更新通路可以理解為相臨兩塊單板之間的專(zhuān)屬內(nèi)部鏈接通路，提供狀態(tài)信息共享。例如在熱備份系統(tǒng)中提供互鎖信號(hào)，如備份板在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收不到主系統(tǒng)有效信號(hào)，備份板將接管系統(tǒng)。

同步時(shí)鐘接口采用冗余總線連接方式，提供 6 對(duì)/3 種時(shí)鐘信號(hào)。

機(jī)框管理系統(tǒng)由機(jī)框管理控制器（ShMC=Shelf Management Controller），智能平臺(tái)管理接 口（ IPMI=Intelligent Platform Management Interface），智 能 平臺(tái)管 理控制 器

（IPMC=IPM Controller ）， 智能平 臺(tái)管理 總線（ IPMB=IPM Bus）， 現(xiàn)場(chǎng)置 換單元

（FRU=Field Replaceable Units）和 I2C 總線（Inter-Integrated Circuit）組成。

ATCA 機(jī)框管理系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立互為熱備份的 ShMC 和位于各個(gè)業(yè)務(wù)板卡上的 IPMC 組

成。ShMC 是系統(tǒng)管理模塊，完成機(jī)框設(shè)備管理、傳感器/事件管理、風(fēng)扇框/電源框管理、用戶管理、IPMI 協(xié)議處理、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。

IPMC 位于 ATCA 架構(gòu)的單板和其他機(jī)框組件上，完成其上各種關(guān)鍵硬件資源的監(jiān)視、控制及管理，如熱插拔處理、電源管理、風(fēng)扇管理等。

IPMB 總線是整個(gè) ATCA 系統(tǒng)的系統(tǒng)管理總線，由兩條 I2C 總線組成，通過(guò)背板連接器

連接 ShMC 與各單板、配電框、風(fēng)扇框的 IPMC，完成監(jiān)控命令的下發(fā)和告警信息的上報(bào)。

IPMB 總線提供雙總線或雙星型配置，以冗余架構(gòu)保證系統(tǒng)可靠性。

ATCA 電源主要是為了滿足電信級(jí)應(yīng)用對(duì)大功率的需求；單板最大功率可達(dá) 200W 以上，供電方式：-48V 電源直接引入單板，在電源供給上采用雙冗余電源以防止電源供給異常引發(fā)單點(diǎn)故障。

機(jī)箱散熱系統(tǒng)可以分為 3 種設(shè)計(jì)方式：

①具有前方進(jìn)氣風(fēng)扇與后方排氣風(fēng)扇的組合散熱系統(tǒng)

②只有前方進(jìn)氣風(fēng)扇的散熱系統(tǒng)

③只有后方排氣風(fēng)扇的散熱系統(tǒng). 。

理論上，第 1 種方式為最理想，一般適用于 12U 以上的機(jī)箱。受高度與風(fēng)扇風(fēng)量影響第 2 種與第 3 種方式一般適用于 12U 以下的機(jī)箱，每種方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

從前方風(fēng)扇進(jìn)氣方式優(yōu)點(diǎn)如下：

①風(fēng)扇在正面維修方便；

②系統(tǒng)內(nèi)為正壓，故灰塵不易進(jìn)入；

③風(fēng)扇位于進(jìn)氣處，溫度相對(duì)較低于排氣處，風(fēng)扇壽命較長(zhǎng)；

④系統(tǒng)內(nèi)若著火，前方進(jìn)氣風(fēng)扇依然能維持正常功能；

相對(duì)的，后方風(fēng)扇排氣方式有散熱效率較佳和每一槽的風(fēng)流量較均勻的優(yōu)點(diǎn)。

在總體方案有些大版本，需要重新定義機(jī)箱，產(chǎn)品機(jī)箱定義就在總體設(shè)計(jì)階段，這時(shí)總體設(shè)計(jì)的工作是繁重而高級(jí)的。定義機(jī)箱工作量大，而且需要考慮產(chǎn)品的迭代升級(jí)，產(chǎn)品持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)力，需要設(shè)計(jì)者具備全流程視野和戰(zhàn)略能力以及技術(shù)深度和廣度，對(duì)技術(shù)演進(jìn)的預(yù)判能力。因?yàn)楣ぷ髁看螅苑敝?；因?yàn)閷?duì)工作能力要求高，所以高級(jí)。定義機(jī)箱，首先要做的第一件事情就是定規(guī)格，這個(gè)規(guī)格包含：業(yè)務(wù)規(guī)格、整框規(guī)格、單板規(guī)格。

①業(yè)務(wù)規(guī)格，這個(gè)需要滿足客戶期望、有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、最合理的顆粒度。我記得大學(xué)同學(xué)剛畢業(yè)的時(shí)候去烽火通信，去南美市場(chǎng)，銷(xiāo)售光通信，當(dāng)年號(hào)稱(chēng)密集光波分復(fù)用（DWDM），一根光纖傳輸 1T 帶寬信號(hào)，全光通信，遠(yuǎn)距離傳輸。結(jié)果同學(xué)到了厄瓜多爾，一個(gè)國(guó)家都用不了一根光纖，在那里主要賣(mài)“貓”（調(diào)試解調(diào)器）。

所以業(yè)務(wù)規(guī)格很重要，并不是越大越好。我們當(dāng)年我們做企業(yè)網(wǎng)，一開(kāi)始沒(méi)有設(shè)計(jì)專(zhuān)

門(mén)的設(shè)備，認(rèn)為用運(yùn)營(yíng)商設(shè)備借用到企業(yè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)歸一化。用運(yùn)營(yíng)商架構(gòu)做企業(yè)通信設(shè)備，除了幾個(gè)大銀行能接受這么大規(guī)格的設(shè)備，小公司都沒(méi)有這樣的硬件規(guī)格需求。并且由于運(yùn)營(yíng)商的軟件結(jié)構(gòu)，在企業(yè)網(wǎng)也顯得臃腫。

②整個(gè)機(jī)箱的規(guī)格，包括的電源、功耗、散熱、可靠性的規(guī)格，要保證整款滿足環(huán)境應(yīng)用要求。

當(dāng)業(yè)務(wù)確定之后，需要根據(jù)整機(jī)的使用場(chǎng)景，確定整機(jī)的電源輸入的特性，整體功耗的需求，以及散熱條件。電源需要考慮一次電源轉(zhuǎn)換為二次電源的能力。散熱需要考慮風(fēng)道是否合理，不同槽位的單板散熱的差異，風(fēng)扇失效模型等等。整機(jī)風(fēng)道如圖所示。