機(jī)載顯示器的三防設(shè)計(jì)

李素平++豐新龍

摘 要：環(huán)境因素影響著機(jī)載顯示器的穩(wěn)定性和可靠性，因此環(huán)境因素是機(jī)載顯示器在使用、運(yùn)輸和存儲(chǔ)中考慮的重要因素。針對(duì)機(jī)載顯示器在三防方面存在的問題及面臨的諸多失效形式，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝防護(hù)技術(shù)及電路板組合件的防護(hù)技術(shù)等方面進(jìn)行分析，對(duì)提高機(jī)載顯示器三防能力進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：三防；結(jié)構(gòu)；工藝

中圖分類號(hào)： TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）11-148-2

0 引言

機(jī)載顯示器對(duì)各類環(huán)境條件反應(yīng)敏感，尤其是潮濕、鹽霧、霉菌。目前，在機(jī)載顯示器的使用和三防試驗(yàn)過程中暴露出各式各樣的問題，其中很多產(chǎn)品無法順利通過GJB150或GJB150A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》要求的三防試驗(yàn)，出現(xiàn)材料腐蝕、鍍層腐蝕以及產(chǎn)品部分性能失效的現(xiàn)象。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在我國南海海域環(huán)境條件下，軍用電子設(shè)備的故障中80%與海洋環(huán)境因素有關(guān)。可見，航空產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性極大地影響著我國的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三防措施

三防技術(shù)已不單純是一項(xiàng)工藝技術(shù)，而是一個(gè)綜合性的概念，涉及到電路、結(jié)構(gòu)、工藝和質(zhì)量管理等諸多方面。可以說，機(jī)載顯示器的三防性能是設(shè)計(jì)和制造出來的，要提高三防能力，必須從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案階段開始就注入三防設(shè)計(jì)的概念。三防設(shè)計(jì)概念的注入，可以保證產(chǎn)品從零部件到整機(jī)都具有環(huán)境適應(yīng)性。三防工藝可以彌補(bǔ)設(shè)計(jì)過程中在三防方面的不足或難以避免的問題，提高產(chǎn)品抵抗環(huán)境變化的能力。

1.1 材料的選擇及防護(hù)

和其它航空產(chǎn)品一樣，材料選擇是機(jī)載顯示器三防設(shè)計(jì)過程的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)盡可能選用耐腐蝕性好的金屬材料和不長霉菌又耐老化的非金屬材料。同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)因素，機(jī)載顯示器的金屬材料優(yōu)先選用防銹鋁（5A06）和不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）。例圖，碳鋼零件在沒有鍍層的情況下三防性能特別差，不適合用于航空產(chǎn)品。近年來，機(jī)載顯示器正朝著輕型化方向發(fā)展，在今后的設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品中許多零部件都將采用工程塑料等非金屬材料制成，更要注重材料的三防問題。

在正確、合理地選用材料的同時(shí)，還應(yīng)通過對(duì)材料輔以適當(dāng)?shù)墓に嚪雷o(hù)措施以提高材料耐環(huán)境變化的能力，如通過涂覆鍍層（金屬層或非金屬層）。選用材料時(shí)，還應(yīng)了解材料的相容性問題，掌握材料的腐蝕機(jī)理，防止不同材料彼此接觸、相互影響而引起腐蝕、老化或失效。因此，根據(jù)材料的相容性合理選擇鍍層也是非常重要的一步。例如不銹鋼螺釘與鋁合金殼體在濕熱試驗(yàn)過程中發(fā)生電化學(xué)腐蝕，產(chǎn)生氧化鋁，因此不銹鋼材料一定要經(jīng)過鈍化或電拋光處理。

設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選用同一種金屬材料，或者選用電位相近的材料，因?yàn)閮煞N材料的電位差越大，腐蝕越嚴(yán)重。鍍層損傷后也會(huì)發(fā)生腐蝕。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇同等重要，多數(shù)三防問題都能通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來避免。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

1.2.1 要避免積水

產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及外形應(yīng)盡可能簡單，減少孔、槽設(shè)計(jì)，在有可能留存濕氣或形成積水的空間一定要注意排氣、排水問題。若無法合理設(shè)計(jì)排氣排水措施，一定要注意電路板的安裝方向和導(dǎo)線束的防護(hù)。如圖1所示，導(dǎo)光板上的導(dǎo)線束通過液晶屏下方與殼體之間的間隙插合到電路板上，濕熱試驗(yàn)過程中液晶屏下方與殼體之間容易積水，導(dǎo)致導(dǎo)線束與電路板之間的接插件發(fā)生短路，產(chǎn)品部分功能喪失。為避免此類問題發(fā)生，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就應(yīng)當(dāng)注意導(dǎo)線束位置，可以選擇通過從液晶屏側(cè)面或上方與殼體之間的間隙插合到電路板，同時(shí)電路板上的接插件相應(yīng)的調(diào)整位置。

1.2.2 要避免縫隙腐蝕

盡量避免鉚接、螺紋連接等形式，優(yōu)先選用鈑金結(jié)構(gòu)或一體式結(jié)構(gòu)形式，減少零件和接縫數(shù)量，同時(shí)在縫隙處加以密封處理（加密封橡膠條）。一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)也便于裝配和維修。

1.2.3 異種金屬接觸時(shí)應(yīng)在兩種金屬之間放置絕緣襯墊

異種金屬尤其是電位差較大的異種金屬接觸時(shí)，應(yīng)在其中一種金屬上鍍涂允許與另外一種金屬相接觸的金屬鍍層，或者在兩種金屬之間放置絕緣襯墊，但此時(shí)應(yīng)考慮兼顧電磁兼容性要求。

1.2.4 盡可能避免引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)形式

盡可能避免引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)形式，防止產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕而導(dǎo)致裂開。對(duì)于由于應(yīng)力集中而需要經(jīng)常維護(hù)或更換的零組件，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)保證易于維修和更換。

1.3 工藝設(shè)計(jì)

除了從材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采取措施，還應(yīng)從工藝方面采取適當(dāng)防護(hù)措施，進(jìn)一步提高機(jī)載顯示器的三防能力。工藝方面進(jìn)行三防設(shè)計(jì)通常是指零組件表面的化學(xué)覆層或金屬、非金屬覆層。防銹鋁通常采取化學(xué)氧化或陽極氧化處理來達(dá)到防護(hù)的目的。化學(xué)氧化膜除了有較強(qiáng)的耐腐蝕性和吸附能力外，還能導(dǎo)電。陽極氧化膜具有多孔性和絕緣性。不銹鋼通常采用鈍化處理。三防漆的種類很多，性能各異，漆的選用應(yīng)根據(jù)其性能、適用范圍以及產(chǎn)品的外觀要求和實(shí)際使用環(huán)境而定。機(jī)載顯示器的外殼通常采用丙烯酸漆，電路板組合件通常采用聚氨脂漆，這兩種漆具有突出的三防性能，且附著力強(qiáng)，耐熱性高。

為提高鍍層的工藝性，在零件設(shè)計(jì)過程中，在不影響零件強(qiáng)度和使用功能的前提下，要有足夠的圓角過渡，避免尖角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.4 生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制

在生產(chǎn)過程中由于工藝方法和操作的不合理會(huì)對(duì)產(chǎn)品的三防性能產(chǎn)生較大的影響，因此在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格按照相關(guān)工藝文件的要求執(zhí)行或操作，同時(shí)注意以下幾個(gè)問題：

①生產(chǎn)過程中采用的加工工藝不能降低材料本身的三防性能。

②加工過程中零件表面不應(yīng)有超出規(guī)定的劃傷、腐蝕或殘留有腐蝕物等有害物質(zhì)，零組件在搬運(yùn)過程中要適當(dāng)采取防護(hù)措施。

③加工、裝配后的零組件需要進(jìn)行清潔，去除多余物。

④嚴(yán)格控制工藝方法的實(shí)施過程。例如，機(jī)載顯示器外殼噴涂的黑色三防漆要在零組件化學(xué)氧化后24h內(nèi)噴漆。

2 電路板的三防技術(shù)措施

各電路板組合件是機(jī)載顯示器的核心組件，其三防主要是采取噴涂三防漆（聚氨酯絕緣清漆）的方式，不僅可以提高三防能力，還可以增強(qiáng)元器件抗振、抗沖擊的能力。電路板噴涂三防漆會(huì)增加分布電容，會(huì)影響精密電路原有的參數(shù)和特性，此類問題必須在設(shè)計(jì)階段考慮。對(duì)于機(jī)載顯示器的電路設(shè)計(jì)，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，三防漆的影響可忽略。

由于機(jī)載顯示器調(diào)試工作量大，周期長，目前，為避免調(diào)試工作中更換元器件對(duì)三防漆的影響，噴涂三防漆的工序在產(chǎn)品調(diào)試完成后進(jìn)行，造成電路板組合件噴漆前受污染嚴(yán)重，清洗很難徹底，影響漆層噴涂質(zhì)量。同時(shí)，由于部分結(jié)構(gòu)安裝件的遮擋，使個(gè)別元器件的焊點(diǎn)處無法得到充分的漆層保護(hù)，導(dǎo)致濕熱試驗(yàn)中電路板組件發(fā)生短路現(xiàn)象。在今后的設(shè)計(jì)和工藝實(shí)施過程中，要盡量避免這些不足，提高電路板組合件的可靠性。

3 結(jié)束語

從三防設(shè)計(jì)的理論研究到工程應(yīng)用，三防設(shè)計(jì)的內(nèi)涵發(fā)生了很大變化，已從早期單一的工藝防護(hù)發(fā)展到現(xiàn)在的方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。現(xiàn)在的三防設(shè)計(jì)是以提高產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性為目標(biāo)。可以說，機(jī)載顯示器的三防問題是研制過程中的一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，需要從設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，同時(shí)不斷增強(qiáng)員工的三防設(shè)計(jì)理念，才能使機(jī)載顯示器的三防技術(shù)得到顯著提高，縮短試驗(yàn)周期，降低試驗(yàn)成本，提高我國的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。