什么是电子设备环境防护?

什么是电子设备环境防护?

[拼音]：dianzi shebei huanjing fanghu

[外文]：protection of electronic equipment from environmental factor

电子设备或系统在工作、运输和储存过程中，受到各种环境因素的影响，可能导致性能降低、失效甚至损坏，必须采取防护措施。电子设备所处的环境，主要包括气候环境、机械环境、电磁环境、生物化学环境和核辐射环境等。

气候环境

指温度、湿度、气压、风力、砂尘、雨雪、日辐射等各种自然气候因素。在气候因素中，以温度(高温、低温和循环变化)对电子设备的影响为最严重。许多实例表明，设备的故障率随温度的升高呈指数关系增加。因此，为了保证电子元件、器件或整机在允许的温度范围内工作，应采取各种有效的热控制措施（见电子设备热控制）。

机械环境

指电子设备在工作或运输过程中受到各种机械力（如振动、冲击、离心力和运动机构的摩擦力等）的作用，其中危害较大的是振动和冲击。当设备在某种激振频率下发生共振时，若振动加速度值超过设备本身的极限时，就会遭到破坏；此外，设备长期受到振动或冲击也可能产生疲劳损坏。因此，必须采取各种防振（隔振）或缓冲措施（见电子设备振动与冲击防护）。

电磁环境

指电子设备在工作过程中，所受到的电磁干扰。可分为外部干扰和内部干扰两大类。当内部干扰和外部干扰的电平超过许用电平时，设备的性能会降低，甚至无法正常工作。为了防止或减弱这些干扰和提高设备的抗干扰能力（见电子设备屏蔽与接地），就应进行电磁兼容性结构设计。其内容通常包括：抑制干扰源、抑制干扰的耦合通道和增强敏感电路的抗干扰能力等。

核辐射环境

指核爆炸或原子反应堆泄漏后，大气中存在着高能射线或其他辐射污染物。在这种环境下工作的电子设备或元件、器件，将受中子、离子、软 X射线、电磁脉冲、热辐射、爆炸压力等各种效应所造成的威胁。例如，半导体器件对快速的中子流十分敏感；离子辐射中的γ、X 射线所形成的光电流是损坏半导体器件PN结和MOS器件的主要因素;核爆炸造成的电磁脉冲和核辐射环境对电子设备均有严重的破坏作用。为此，对在上述环境下工作的电子设备，应采取防核辐射的措施。

生物、化学环境

电子设备在高温、高湿、盐雾或大量工业气体(如二氧化硫、氨、水蒸汽等)的环境中工作时，设备的金属材料和非金属材料会产生腐蚀、老化和霉烂现象，从而影响设备工作的可靠性。因此，应采取抵御生物、化学环境影响的防护措施（其中主要是防腐蚀、防潮湿、防霉菌）。

防腐蚀

电子设备中金属材料的腐蚀，是金属材料与腐蚀介质发生化学或电化学反应的结果。这种腐蚀包括大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、电介质溶液腐蚀、生物性腐蚀、应力腐蚀和接触腐蚀等。其中以大气腐蚀为主。金属零件、部件在常温下的氧化作用和金属在有机溶剂中的腐蚀，称为化学腐蚀。电子设备中的非金属材料，在潮湿环境条件下受到霉菌的侵蚀，会使机械强度降低，并使其物理性能和电学性能改变，严重时使其霉烂脆裂。电子设备常见的腐蚀现象很多。例如，镀银导线和器件表面失去光泽、变黑；镀银层出现“白锈”；海用雷达天线的腐蚀;机壳表面油漆层的剥落、锈斑;各种接线柱之间或印制板线路之间发生的“银迁移”等。腐蚀会导致一系列不良后果：金属零件、部件的电气性能和机械性能发生变化；开关、连接器的接触不良；机械传动系统的精度降低；紧固件的强度减弱；电磁元件的参数发生变化等。此外，腐蚀产物还将造成电气短路、绝缘材料漏电等许多故障。

防腐蚀的内容主要包括以下几个方面。

（1）选择耐蚀材料：按设备的工作环境要求，根据设备的接触介质选取耐蚀材料，如在海洋盐雾环境中工作的设备选用钛合金、纯铜或青铜；在大气中二氧化硫含量较多的环境条件下工作的设备宜用不锈钢做构件；在大气中含氨较浓的环境中工作的设备，则宜选用含镍的材料。另外，在选用耐蚀材料时宜选用非金属材料，尤其是工程塑料。对于相互接触的金属构件，应注意它们之间的电位差（通常应低于0.5伏），按低于金属材料在介质中的腐蚀电位进行设计。

（2）采用耐蚀覆盖层：常用的金属表面覆盖层分为金属、非金属和化学涂覆三种。金属覆盖层包括电镀、热喷镀、渗镀、热渗镀、包镀、真空蒸发镀、化学镀等；非金属覆盖层包括油漆、塑料等；化学处理层包括化学氧化、电化学氧化、磷化和钝化。

（3）设计合理的构件：在设计构件时应尽量避免存在机械应力、热应力、滞留水或水汽的空间，以防造成金属表面电化学的不均匀性，从而加快金属的腐蚀。

防潮

工作于潮湿地带、坑道、海洋或其他恶劣气候条件下的电子设备，受到潮湿空气的侵蚀，会在元件或材料表面凝聚一层水膜或渗透到材料的内部，从而造成材料表面电导率增加、体积电阻率降低、介质损耗加大，从而产生电气短路、漏电或击穿等故障。同时，潮湿气候引起覆盖层起泡、脱落，使其失去保护作用。防潮的主要方法有两种。

（1）密封：将电子器件封闭，不与外界的空气、水或其他腐蚀介质接触。在密封时，应特别注意转动件、接插件、连接导线等处的密封设计。另外，还应消除设备内部可能引起腐蚀的其他因素，如将密封的元件、器件预先干燥，或将设备内部抽成真空后充填惰性气体(氮气和氩气)，或采用化学干燥剂排除设备中的湿空气。对于空用电子设备，可用热熔状态的树脂或橡胶进行灌封。经过处理后的组件，除可防潮、防腐之外，还可防振缓冲。

（2）涂覆或浸渍防潮涂料：将电子设备的零件、部件（如线圈绕组、变压器等）喷涂或浸渍环氧绝缘清漆、环氧聚酰胺绝缘清漆、有机硅改性聚氨酯绝缘漆等各种防潮绝缘漆。

防霉

霉菌能在土壤中和在多种有机或无机材料的表面上滋生和繁殖。潮湿的气候(相对湿度大于65％)和合适的温度（20～30℃）是霉菌生长的有利条件。霉菌能靠自身分泌的酶从有机材料中摄取营养成分，从而使结构材料的物理性能和电性能遭到破坏。霉菌新陈代谢过程中分泌的二氧化碳及其他酸性物质，会引起金属腐蚀并降低材料的绝缘性能。另外，电子设备的组件或结构件长霉，还有碍于设备的美观及装饰，对人体健康也有一定影响。

防霉的主要方法如下。

（1）控制环境条件：生产或装配元件、器件的车间、库房采用空调，消除霉菌生长的条件；将设备密封，加入干燥剂，以保持设备内部空气的干燥和清洁。

（2）使用防霉材料:在设计设备构件时，根据工作环境的要求，选择具有防霉特性的材料，如热固性塑料、热塑性塑料、氯丁橡胶、云母制品等。

（3）应用防霉剂：对需要防霉的电子元件、组件或整机喷涂或浸渍防霉剂，如供浸渍漆用的酸性硫柳汞(C9H10O2Hg)，供塑料和电缆灌胶用的可熔性8-羟基奎林酮，供电线、电缆保护层用的环烷酸酮等。

参考书目

南京工学院主编：《电子设备结构设计原理》，江苏科学技术出版社，南京，1981。