電子產品的防水方式及其發展趨勢

吳廣峰　宋偉玲

【摘 要】本文主要闡述電子產品防水設計的必要性，全面解析防水等級最新國際標準要求。分析電子產品常用防水結構類型、特點及應用。最后展望電子產品防水結構的發展趨勢。

【關鍵詞】電子產品；防水結構；防水等級

Waterproof Type and Development Trend of Electronic Products

WU Guang-feng1 SONG Wei-ling2

（1.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510641，China；

2.Modern manufacturing industry，Guangzhou light industrial senior technical school，Guangzhou Guangdong 510550，China）

【Abstract】This article mainly elaborates the necessity of waterproof design of electronic products，and comprehensively analyzes the latest international standard requirements of waterproof grade.Analysis commonly used waterproof structure type，characteristics and application of electronic products.Finally，forecast the development trend of waterproof structure of electronic products.

【Key words】Electronic products；Waterproof structure；Waterproof grade

0 前言

隨著人類工業化進程的發展，越來越多的電子產品融入到人們的生活當中，為人們的生產、生活提供了極大的便利。比如人人必備的手機、筆記本電腦、數碼相機、各種家用電器，還有用于公共安全監管戶外攝像機、車載攝像機等等。但是電子產品的自身特殊性，決定了其核心部分集成電路板不能夠接觸到水，否則就會對產品造成不可逆的損害[1]。因此，電子產品的防水設計就成了重中之重，是必須考慮的問題。

根據產品使用環境不同， 電子產品的防水要求也不同。目前國際認可的外殼防護等級標準有“日本JIS標準（JIS C0920）”和“國際標準防護等級IP標準（IEC60529）”。我國的相關國標為GB4208-2008外殼防護等級，我國國標主要內容與國際工業標準外殼防護等級IP相同。外殼防護等級標準中，主要對產品的防塵和防水兩個方面做出了明確的規定。就人們日常對于防水的定義來講，防水性好的產品，防塵性能也是非常好的。因此在電子產品設計時，考慮更多的是產品防水性。

1 IP國際標準對于防水等級定義

外殼防護等級國際標準的最新版本為IEC60529-2013。防護等級IP的主要由IP后面的兩位數字以及相應的后綴字母來定義，第一位數字表示防塵等級，第二位數字表示防水等級。比如某個產品的防護等級達到了IP67，就是說該產品可以在6級防塵測試條件和7級防水測試條件下使用，而不會損壞。對于防水等級，最新的國際標準對產品做出了10個（0-9）級別的定義，其中對應的防水種類及意義如表1所示[2]。

2 電子產品常用防水方式

電子產品一般由外殼、PCB板、緊固件、輔助零件和線材五個基本部分組成。外殼由于裸露在外部，所以一般來說承擔防水性能的都是外殼以及相關的輔助零件。目前電子產品主流的防水方式有以下五種：1）彈性元件；2）密封膠；3）防水雙面膠；4）超聲波焊接；5）二次注塑。

2.1 彈性元件

此類防水結構在電子產品中最為常用，常見O型圈，硅膠、橡膠墊圈均屬此類。其原理是采用硅膠、橡膠等彈性好的材料做成不同的截面形狀，彈性元件裝配后受壓變形，對結合面兩側持續產生一定的壓力，進而起到防水作用。常見的彈性元件截面形狀如圖1所示。

彈性元件防水的優點是裝配方便、成本低、可反復拆裝、防水效果好，正常情況下，防水等級可以達到IPX7以上。因此，彈性元件防水結構廣泛應用于手機、相機、監控攝像機、豆漿料理機等電子產品中。比如監控攝像機的玻璃視窗口、防水電池蓋。

此種結構的防水性能好壞與彈性元件的壓縮量和配合面形位公差有關，以常見的硅橡膠密封圈來說，壓縮量經驗值為[4]20%-30%，能達到較好的防水效果，且能保證密封圈的使用壽命。另外配合面光潔度、平行度好，裝配后防水效果越好。

2.2 密封膠

密封膠是指隨密封面形狀而變形，不易流淌，有一定粘結性的密封材料。是用來填充構形間隙、以起到密封作用的膠粘劑。具有防泄漏、防水、防振動及隔音、隔熱等作用。電子產品上常用的密封膠是硅酮密封膠，它是以硅橡膠主要原料，輔以交聯劑、填料、增塑劑、偶聯劑、催化劑在真空狀態下混合而成的膏狀物，在室溫下通過與空氣中的水發生應固化形成彈性硅橡膠。

硅酮密封膠優點：1）優異的電氣性能，2）對于基板沒有腐蝕，3）耐候性能和抗老化性能好，適用溫度范圍-60～280℃。

密封膠防水主要缺點是不可反復拆裝。一旦裝配后密封膠固化，再次拆開后固化后膠體被破壞，即失去防水性能，另外如果使用覆蓋式填充的灌封膠，會阻礙產品散熱。

電子產品結構設計時，防水配合面上通常要留有打膠的凹槽。密封膠防水通常適用于不拆或極少拆裝的部位，比如監控攝像機的出線孔位置。

2.3 防水雙面膠

雙面膠是我們常見的辦公用品，具體到電子產品上，特別是有面板的電子產品，使用最多的是防水雙面膠。3M雙面膠是最常用的品牌。廣泛應用于電腦、手機、通訊、家用電器、視聽設備、汽車等產品中，選用時我們可以根據粘接面的材質和粘接要求，選用合適的雙面膠牌號。

3M雙面膠產品已經系列化，不同基材、不同厚度的雙面膠，適用范圍也不同。比如泡棉基材雙面膠具有柔軟、貼服性好、初粘性和持粘性好、抗溶劑性和抗紫外線好等優點，一般厚度為0.4-1.0mm，短期耐溫130-150℃，長期耐溫80-93℃，適用于空調器、各類面板、通訊產品的粘接，可代替螺絲固定設計，使產品更美觀。

2.4 超聲波焊接

超聲波焊接是通過超聲波發生器將50/60赫茲電流轉換成15-40kHz高頻電能。高頻電能通過換能器再次被轉換成為同等頻率的機械運動，機械運動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區域，振動能量被通過摩擦方式轉換成熱能，將塑料熔化，使結合面牢固的連接在一起。

超聲波焊接的優點是熱量只集中在焊接部位，焊縫牢固而美觀，幾乎所有的塑料都可以采用超聲波焊接。不需要添加任何粘結劑、填料或溶劑，具有操作簡便、焊接速度快、接頭強度高、生產效率高等優點。超聲波焊接防水性能可以達到IPX7以上。

超聲波焊接的主要缺點：1）受設備功率的限制，焊件厚度不能太厚。2）對產品結構設計要求很高，配合件要有足夠的強度、精準的定位、合理的焊接線形狀和位置等等。任可一個因素都有可能導致產品批量不合格。也正因如此，超聲波焊接在電子產品防水上應用并不算多，常見有手機殼、電池殼、充電器外殼、U盤等不可拆組件。

2.5 二次注塑

二次注塑成型是一種特殊的塑料成型工藝，也稱套啤或者包膠。是一種將某種塑膠原材料在一次的塑膠模具內成型后，將成型后的零件取出，放入二次成型的模具內再次注入同種或者另外一種塑膠材料成型的工藝。

二次注塑成型可以使產品的表面充滿柔感，還可以增加產品功能性與附加值。例如減噪、減震、防水、防撞等等。目前在手機保護套、線材接頭中應用比較廣泛。就防水功能而言，二次注塑的兩種材料如果融合性好的話，產品防水性能可以達到IPX7以上。

3 電子產品防水的發展趨勢

網絡購物和第三方支付平臺的崛起，大大方便了人們的生活。手持式電子產品如手機、平板電腦漸漸成為我們的必需品。這一類產品的發展趨勢是更加輕薄便攜，但傳統的防水結構顯然不能滿足輕薄化的要求，消費類電子產品急需一種更先進的防水方式。

PCBA防水納米涂層技術較好的解決了這一問題，工藝原理是將PCB上的元器件全部貼片完成后在生產線加入一道工序，就是將線路板直接在納米防水液中浸泡，浸泡時間只需3-5秒，取出后自然常溫晾置10分鐘左右即可裝殼，非常方便，無須購置鍍膜機之類的設備，結膜也很完整。手機PCBA防水，特別是涂層式防水技術將有可能隨著iphone7采用PCB涂層防水而成為趨勢。

PCBA防水納米涂層為消費類電子產品進水贏得了急救的時間，讓生活當中手機意外落水后有補救的機會，但這種防水方式并不支持長時間水下工作，僅通過PCB納米涂層這樣的超薄涂層很難獲得IPX6以上的防水性能，須輔助以外觀結構防水設計和其它輔助防水手段才可以使手機整機達到IPX8級別[5]。

【參考文獻】

[1]盧璟，陶晉，李亦芒.電子產品的防水設計[J].機械，2008，35（7）：52-54.

[2]盛海華，王李芳.電子產品的防水方式設計[J].電子制作，2013（10）：191-191.

[3]IEC 60529-2013.Degrees of protection provided by enclosures（IP Code）[S].

[4]吳廣峰，朱文堅.車載攝像頭的防水結構設計[J].機電工程技術，2013（12）：96-98.

[5]http：//www.tisxc.com/html/jjfa/28.html[DB/OL].

[責任編輯：田吉捷]