三防设计技术讲座.ppt
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1、三防设计技术讲座-马 骖,1.三防技术的现状 2.环境(自然)适应性设计 3.三防设计技术,讲座提纲,一.三防技术的现状 1.三防技术的发展阶段 2.当前企业”三防”存在问题剖析 3.三防体系的建立与技术管理二.环境(自然)适应性设计 1.环境分类 2.相关术语 3.环境类型 4.结构件分类 5.环境因素及其影响 6.环保设计三.三防设计技术 1.三防设计的重要性及典型案例分析 2.结构材料和工艺选择(A类、B类、C类环境),一.三防技术的现状,1.三防技术的发展阶段 1.1 起步阶段(19631966)1)确定了”三防”的地位 2)组建了三防技术队伍 3)目标:仅停留于“工艺”防护 缺乏顶层
2、设计的全局观念,三防技术的现状,1.2 初级阶段(19841990)通过”xx”总体设计-对”三防”技术抓总(自上而下)1)恢复了”三防”技术队伍 2)由工艺防护 转向 优选材料 3)重视”三防检测”及”三防认证”4)进展:恢复了“自上而下”抓三防,三防技术的现状,1.3 发展阶段(19912006)由原电科院(现中电总公司)专家组抓总,列入科工委预先研究课题.1)作为系统工程抓“三防”2)由工艺防护转向”三防设计”3)完成了电子行业”三防统测”工作 4)完成了”三防手册”的编写 5)开始编写设计规范性文件及管理办法,1.4 当前业界三防设计技术的状态,1)由于多种原因处于缓慢发展状态人员变动
3、领导变更急功近利2)军方及用户比生产厂(所)更重视3)大型民营企业重视程度高于军品4)认识上的差异-抓基础力度不够,缺乏长远规划.,2.当前企业”三防”存在问题剖析,2.1 观念上的差距 1)对三防重要性认识不够或缺少方法 2)只重视”工艺防护”忽视“三防设计”3)领导(技术)找不到突破口或仅停留在技术层面上,未在管理上下功夫.2.2 认识上的“滞后”绝大多数“三防”问题是在产品研发后期或使用中发现,由于“三防”不是直接创造“效益”,往往在前期被忽略,而一旦发现问题,只能事后补救.论证阶段 方案阶段 工程研制阶段 定型阶段 生产 使用阶段,存在问题剖析,2.3 如何解决 1)领导重视(有专人负
4、责)按“三防设计的管理规定”程序,“自上而下”抓。做到每个环节都在可控范围内。2)建立”三防体系”;3)重视三防设计;逐步完善并优化“三防设计规范”;逐步做到按规范设计;避免设计的随意性。,3.三防体系的建立与技术管理,3.1 定义-三防体系 三防体系是为使电子设备达到三防技术要求而应具备的条件:1)三防设计及环境工程专家;2)电子设备三防设计的管理规定;3)三防设计的支撑性文件:通用性三防设计指南金属及非金属材料选用(优化)设计规范关键材料的选用设计规定结构件三防设计规范三防关键工艺典型工艺规范天馈系统及微波器件的三防优化设计材料及产品的三防检测标准(方法及剪裁)其它必需的文件。4)三防检测
5、(Q C),三 防体系的建立与技术管理,3.2 三防设计 1)定义 根据电子设备寿命期环境剖面及三防等级要求,对其系统设备和某些特定单元及部件采取的防湿热,防霉菌,防盐雾腐蚀的设计思想,设计方法和防护工艺措施.2)原则将三防设计纳入到系统和设备的功能设计中,避免单纯的工艺防护和事后补救措施.三防设计,防护工艺及验收要求必须在设计文件上注明.三防新设计,新工艺,新材料必须经评审并制定典型工艺规范.设备及关键部件的三防性能,须按军标中有关规定进行试验,以满足必需的环境适应性要求.,三防体系的建立与技术管理,三防设计应具备的条件有专职或兼职的领导(负责顶层设计)有专业从事三防设计的专家(编制设计规范
6、及专项工艺)逐步完善”三防设计规范”及三防体系建设有称职的专职检验(环境工程专家)(QC)4)目标:按规范设计 避免设计的随意 性。,三防体系的建立与技术管理,3.3三防的技术管理(SJ 208122002)组织管理-有领导及建立三防设计师制度建立三防技术协调组三防等级的确定过程管理主要工作,三防体系的建立与技术管理,4)过程管理 论证阶段 方案阶段 工程研制阶段 定型阶段 生产使用阶段-三防设计师应全方位参与并制定各阶段工作计划.5)主要工作 a.参加调研,了解环境剖面,平台环境,任务剖面.b.编制三防设计指南,c.提出急需解决的专项课题,协助计划部门实施专题(滚动)计划.d.引进三防新技术
7、,新材料,新工艺.e.组织编制设计(工艺)规范.f.汇总及反馈三防设计,工艺,材料有关问题的信息,提出解决办法.,二.环境(自然)适应性设计(1),1.环境条件分类 a.按自然气候分:如湿热、干热、暖温、寒温、寒冷 b.按产品所处状态:如运输、贮存、使用等;c.按产品使用场合:室内、室外、舰船、车载、机载 d.按环境因素的属性:如气候、机械、生物、电磁、特殊介质 第四种分类法是70年代后期国际电工委员会推荐的分类法,适合于电工、电子产品。,环境(自然)适应性设计(2)1.1.气候类型与环境因素,环境(自然)适应性设计(3),2.相关术语1)寿命期环境剖面(Life cycle environm
8、ent profile-LCEP)LCEP用以表征设备在整个寿命期内会暴露于其中的环境或环境的综合,LCEP应包括以下内容:a。从设备出厂验收、运输、贮存、使用、维修直到报废所遇到的环境应力 的综合;b。每个寿命期阶段的环境条件相对和绝对限期出现的次数及频度的可能性。c。LCEP是设备制造商在设计前应了解的信息,包括:使用或部署的地域;设备要安装、贮存或运输平台;有关相同或类似的设备在此平台环境条件下应用状况。LCEP应由设备制造商的三防专家制定,是设备三防设计和环境试验剪裁的主要依据,它对要研制的设备在真实环境下的性能和幸存性方面的设计提供依据。它是个动态文件,一旦得到新的信息,它它应当定期
9、修订更新。LCEP应在设备的设计规格书中环境要求部分出现。,环境(自然)适应性设计(4),2)平台环境(Platform environment)设备由于被连接到或装载于某一平台上后而经受的环境条件。平台环境是由此平台和任何环境控制系统诱发或强迫作用造成的结果。3)诱发环境(Induced environment)主要是指人为的或设备产生的某一局部环境条件,也指自然环境强迫作用和设备的物理化学特性综合影响造成的任何内部条件。4)环境适应性(Environmental adaptability)电子设备、整机、分机、元器件以及材料在预期的环境中实现其功能的能力。,环境(自然)适应性设计(5),3
10、.环境类型和三防等级,环境(自然)适应性设计(6),4.结构件分类-按所处环境划分 4.1“”型表面和“”型表面,环境(自然)适应性设计(7),4.2 结构件分类 a.型结构件:处于型面的结构件。b.型结构件:处于型面的结构件。,环境(自然)适应性设计(8),4.2 结构件类型 按设备工作时所处的自然环境,将结构件分为型结构件和型结构件两类.除安装或工作时能与自然环境直接接触的外露零件外,大多数零件属于型结构件.,型结构,环境(自然)适应性设计(9)-6.环境因素及其影响,5.环境因素及其影响 5.1 温度 5.2 湿度 5.3 粉尘 5.4 盐雾 5.5 游离腐蚀性气体(SO2 H2S SO
11、3-)5.6 霉菌 5.7 昆虫,啮齿动物 5.8 太阳辐射(紫外线、臭氧),5.1 温度的影响,温度的影响,1)温度有利一面 高温对驱潮湿有利,并可防止凝露及露点的产生。2)负面影响 当设备工作时会产生热量,机柜内部气压升高而气体外溢。而不工作时气温下降,则外部湿气及污染物会进入机柜内。,5.2 湿度,设备和工程材料腐蚀过程中,水是主要的介质.当大气中RH20%几乎所有腐蚀现象都停止.因此防潮是三防中最重要的一环.当RH达到60%时,设备表面层会形成 24 个水分子厚的水膜.当有污染物溶入时,会有化学反应产生.当RH达到 80%时,会有 520个分子厚的水膜,各种分子都可自由活动 当有碳元素
12、存在,可能产生电化学反应.临界湿度(Critical RH)-一种物质明显吸收水份的湿度。例如:a。氯化钠:当在20 时,CRH为 75%b。铁或钢:当在20 时,CRH为 65%c。锌合金:当在20 时,CRH为 70%水分子很小,足以能穿透某些高分子材料的网状分子间隙而进入内部或通过涂层的针孔而达到底层金属产生腐蚀。,潮湿-冷凝,对电子设备而言,潮湿是以三种形式存在:雨水,冷凝和水汽。水是电解质,能溶解大量的腐蚀性离子对金属产生腐蚀。当设备的某一处的温度低于“露点”(温度)时,该处表面:结构件或PCBA会有凝露产生。影响电路板的主要是凝露和灰尘,当凝露的水分蒸发后,污染物就会以一圈的形式残
13、留在电路板上,其中硫酸盐占的比例为2560%,这一圈将是吸附潮湿,腐蚀PCB及器件的源头。潮湿同时是酶菌、盐雾的载体。,潮湿-湿热的影响,破坏防护渡层,加速电化学腐蚀;结构件锈蚀,影响外观及功能;对电路板(PCBA)可产生电流泄漏、信号串扰、枝晶生长、导线断开;绝缘材料受潮使绝缘电阻和耐压水平下降,造成短路、爬电、飞弧甚至于火灾。射频接口对潮湿更敏感;微波器件功率下降,甚至于失效;EMIS衬垫/铝合金产生电化学腐蚀而EMC失效。,5.3 粉尘,粗尘:粗粉尘是直径在2.515微米的不规则颗粒,一般不会引起 故障,电弧等问题.但影响连接器的接触.细尘:细尘是直径小于2.5微米的不规则颗粒,细尘落在
14、PCBA(单板)上有一定的附着力,须通过防静电刷才可除去。细尘的腐蚀性很大,尤其是当含有腐蚀性的酸、碱、盐时,当RH大于60%时,能透过阻焊膜或敷形涂层将铜导线腐蚀断开。粉尘+盐雾+湿热对PCBA的腐蚀最大-C类区域常见的案例。,粉尘的成分,大气中的污染物有三种存在形态:以气体形式(H2S);悬浮的有机或无机酸(硫酸、盐酸);离子悬浮棵粒物。所有这三类形态都依赖于潮湿才起腐蚀作用。气态腐蚀物在大气存在时间很短,会产生化学反应或被地表吸收。而悬浮的颗粒吸附离子污染物沉降于电子设备的内部而造成故障。这是野外电子设备失效的共同之处。细尘中可溶性盐类的含量:不同地域 含量差别较大,沿海和被污染环境最高
15、含量可达20%以上。,有关细尘的检测数据,某城市的一次细尘分析,污染物的来源,硫酸根离子酸雨-主要是燃煤产生SO2导致酸雨。铅-酸蓄电池的排放气体化工厂、电镀厂的排放物。2)卤素(氯离子)的来源海洋大气环流,海风夹带的盐雾可深入大陆2050Km,悬浮于空气被风扇带入设备内部。土壤中含有盐碱(地)或在盐湖沙漠区域,沙尘中含有盐碱。,粉尘的危害及防护,粉尘的危害性由于粉尘沉降在PCBA表面,产生电化学腐蚀,故障率增加.粉尘+湿热+盐雾对PCBA损害最大,沿海、沙漠(盐碱地)、淮河以南霉雨季节化工、矿区附近地区,电子设备故障最多。2)粉尘的防护密封或半密封防尘网-必需定期更换(须有备件及操作规程)定
16、期清洁处理(刷除或清洗),5.4 盐雾,盐雾的形成 盐雾是海浪、潮汐及大气环流(季风)气压、日照等自然因素造成,会随风飘落至内陆,其浓度随离海岸距离而递减,通常离海岸1Km处为岸边的 1%(但台风期会吹向更远)。2)盐雾的危害性使金属结构件镀层破坏;加速电化学腐蚀速度导致金属导线断裂、元器件失效。3)类似的腐蚀源手汗中有盐、尿素、乳酸等化学物质,对电子设备回产生与盐雾同样的腐蚀作用,因此在装配或使用过程中应戴手套,不可裸手触摸镀层。焊剂中有卤素及酸性物,应进行清洗,并控制其残留浓度。,5.5 有害气体,大气中污染物存在的形式以气体形式,如 H2S SO2 O3 CO NH3悬浮的有机酸和无机酸
17、;离子悬浮棵粒;这三种形态都依赖于潮湿才能起腐蚀作用。局部微环境的有害气体橡胶、塑料、油漆、PVC导线、包装材料释放的有害气体;有害气体:H2S SO2 乙酸、甲醛、有机气氛、挥发性有机硅类气氛等。RTV硅橡胶固化时释放的有害气体-在密封机箱内,禁用双组份缩合型硅橡胶;慎用RTV单组份硅橡胶。,有害气体的危害性,1)银层变色 H2S、SO2及其它含硫气氛在潮湿和紫外线作用下使镀银件产生化学反应生成Ag2S。2)加速银离子迁移 在潮湿和有电位差的条件下,银离子会发生迁移,而H2S、SO2会加速其迁移,结果是厚膜电路引线间短路而造成灾难性后果。3)镀层阴极镀层:在潮湿条件下通过孔隙腐蚀底层金属;在
18、电路板有电位差情况下会产生枝晶生长、造成短路、电弧和潜在的失火源。阳极镀层:对镀锌等阳极镀层会破坏钝化膜从而加速腐蚀。4)贵金属触点“中毒”,5.6 霉菌的危害,1)霉菌的危害霉菌吞噬和繁殖使有机材料绝缘性下降,损坏而失效.霉菌的代谢产物是有机酸,影响绝缘性及抗电强度而产生电弧.长霉表面影响外观.防范尽量选用不长霉的材料;如必须加防霉剂需考虑其它因素.,5.7 昆虫、噬齿动物(鼠害),啃噬电缆,破坏结构,破坏绝缘.垫窝引起短路.鼠尿引起腐蚀.-在实际案例中,由鼠害导致的设备失效比想象的要多.,5.8 太阳 辐射(紫外线、臭氧),1)光老化是对户外产品中非金属材料的重要试验项目,很多材料(如橡胶
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