简论增强军用电路板组件环境适应性的一种方法
发布时间：2015-07-03 11:25
摘 要:军用电子装备的质量和可靠性与其环境适应性密不可分。为满足战备需求,提高装备的环境适应性能力,必须加强装备的防护能力建设。通过对电子装备核心基础部件印制电路板组件的固封设计、实施和试验验证,证明它是一种有效增强印制电路板组件环境适应性的方法。关键词:电子装备; 环境适应性; 印制电路板组件; 固封
method to enhance environmental adaptability of military printed circuit board assemblies
qu li-xin
(changchun institute of optics, fine mechanics and physics, chinese academy of sciences, changchun 130033, china)
abstract: the quality and reliability of military electronic equipments have close contact with their environmental adaptability. therefore, the defensive capability of the equipments must be strengthened so as to meet the needs of combat readiness and improve their environmental adaptability. the fixation and encapsulation of printed circuit board assemblies which are the core and basic components of military electronic equipments are proposed. the experiment proves that the method to enhance the environmental adaptability of printed circuit board assemblied by fixation and encapsulation reinforcement is ds: electronic equipment; environmental adaptability; printed-circuit-board (pcb) assembly; fixation and encapsulation
0 引 言
gjb4293《装备环境通用要求》将环境适应性定义为:“装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有功能、性能和(或)不被破坏的能力,是装备的重要质量特性之一”[1]。军用电子设备的环境适应性通常包括对高温、低温、湿热、霉菌、盐雾、沙尘、电磁辐射、低气压、振动和冲击等。随着现代电子技术日新月异的发展,对军用电子装备的质量和可靠性提出了越来越高的要求,而电子装备的质量和可靠性又与环境因素有着密不可分的关系,电子装备的环境适应性设计是涉及机械、电化学、生物等多门类多科学的综合技术,对提高装备整机的质量与可靠性、延长装备使用寿命、减少装备故障率等具有重要保障作用[2]。
作为电子装备的核心组件,几乎所有的电子设备,小到遥控玩具,大到计算机,通讯设备,工业控制设备,军事装备等,只要有集成电路等电子元器件,就要使用印制电路板,以达到对元器件的安装和电气互联的作用。随着巨大规模集成电路、超高速集成电路及表面贴装元器件的大量使用,采用先进的电子互联技术,使印制电路板的组装密度较大,对印制电路板组件的质量和可靠性提出了更高的要求,对印制电路板组件的环境适应性提出了更高的要求[3]。
电子装备在振动和冲击环境下,由于振动的疲劳效应及共振现象,可能出现电性能下降、零部件失效、疲劳损伤甚至破坏的现象[4]。提高装备的抗振动冲击能力,是保证产品性能和可靠性的重要手段。据统计,在电子设备失效的环境因素中,振动因素约占27%[5]。所以,对结构进行优化设计,经三防涂覆,元器件通过涂层与底板粘接增加了机械强度,管脚经涂层隔离可达到长期防潮、防霉和防盐雾侵蚀的作用;经有机硅胶固封大大增强了印制电路板组件的抗振动和冲击的能力。但需要指出的是,军用电子装备的环境适应性是一项系统工程,涉及方方面面,对印制电路板组件的三防涂覆和固封处理只是其中的一个重要环节之一[6]。
研究所承担的军工任务通常具有多品种小批量的特点,在对印制电路板组件进行三防涂覆和固封处理时,不同于大批量自动化处理,更多的是采用人工的方式手动进行[3]。为此,经多方探索、实践和试验验证,总结出手工方式对印制电路板组件进行三防涂覆[7]和有机硅胶固封的方法。涂覆三防保护剂,详见文献[3]。
有机硅胶性能介绍:这里选用的是某化工研究厂研制生产的qd231 嵌段硅橡胶,该产品以线型聚硅氧烷为主体,其耐寒性和耐热性很高,在-65~+250 ℃内保持良好的柔韧性和弹性,具有良好的耐老化和耐辐射性,具有良好的电绝缘性能,在常温下固化。
1 实施步骤[7-9]
1.1 密封灌注的条件
密封灌注必须在产品调试、检验合格后进行。
1.2 清洁
采用无水乙醇、丙酮或石油谜擦试需密封灌注部位,也可清洗(视被灌注表面状况而定),被密封灌注部位要求清洁干净,保证无污物、油垢、灰尘等多余物。
1.3 涂三防保护剂
对清洁后的密封灌注部位,涂覆三防保护剂。该保护剂具有防潮、防霉、防盐雾的性能,并可增加硅橡胶与基体的粘合强度[3]。
1.4 堵漏
(1) 根据部件的结构形状,制作模具档板,其接触硅橡胶的面要求尽量光洁,端面透明度主要取决于模具的光洁度,在该面上涂一层薄薄的硅油。
(2) 采用胶带纸在非灌注面进行堵漏,灌注液凝固后去除掉;也可在灌注面采用gd 414单组份硅橡胶进行堵漏,灌注后不必拆除;还可用浸棉线堵缝隙,注意不得造成多余物,灌注后必须清理干净。一切堵漏措施,均要严密,以免灌注硅橡胶时造成多余物。
1.5 灌注方法
1.5.1 配料
qd 231:100%;固化剂:1%～2%。
灌注前应做小样试验,固化速度以灌注8 h左右不粘手,24 h基本固化为宜,然后根据试样的配比进行配料。先用电子秤称取qd 231硅橡胶(不超过容器的50%),然后按配比用滴管滴入固化剂,立即用玻璃棒搅匀。
1.5.2 抽气泡
将盛放胶液的容器置于真空干燥箱内,开启设备,其真空度以容器内的硅橡胶液不溢出为限。可以反复进行“抽-放-再抽”的操作,直至胶液中的气泡基本上排除干净为止。
1.5.3 灌注
将被灌注的部件摆放在平台上,灌注面应水平。把无泡的胶液徐徐注入被灌注部位(操作时应小心,切勿再次造成气泡),按设计文件的要求灌至所需厚度。当灌注厚度超过10 mm时,需采取多次灌注的方法,每层灌注间隔时间不应少于24 h。
1.5.4 固化
部件灌注后严禁移动,在室温下固化24 h。
1.6 清理
在灌注后24 h基本固化的情况下,除去模具、档板及其他堵漏材料。揭去由于溢流、滴、挂而遗留的硅橡胶,并将它们清除干净。清除时不得撕拉被灌部位的硅橡胶,若有粘连的地方可用锋利的小刀将其切断再进行清除。
1.7 继续置室温固化
随着固化时间的增长,硅橡胶的强度及各项指标将逐步提高,但在一周之内不要进行冲击、振动、抗电强度等项试验。而且在此期间灌注部位严禁遭受剥离、撕拉、剪切等外力作用。
1.8 检验
产品进行灌注后,操作人员应对以下内容进行自查:
(1) 灌注部位应固化完全,灌注表面应无色透明、光滑平整、无气泡、无其他杂质;
(2) 灌注部位应符合产品设计文件或工艺文件的要求,不要求进行灌注的部位不能有滴、挂、溢流的多余物。
1.9 安全与注意事项
(1) 操作人员应熟练掌握各仪器、设备的操作技能,并遵守各项操作规程。
(2) 工作场地应清洁无尘,通风良好;禁止吸烟,并具备消防器材。
(3) 工作完毕后应及时关闭设备,清洗用过的器皿,整理擦拭工具和设备,并将有化学材料的容器瓶盖旋紧盖严,妥善保管。
(4) gd 414单组份硅橡胶启封后应尽量一次用完。若一时用不完时,必须挤出一部分单组份硅橡胶,将管口周围封严,以防止空气进入产生固化。再次启封时,管口部位应多挤出一部分后再使用。
(5) 由于固化剂用量较少,因此称量必须准确,并要求与硅橡胶搅拌均匀,以避免出现局部固化不良的现象。
(6) 原材料应贮存在通风、阴凉、干燥的库房内,并应远离热源。
(7) 若原材料超过保管期,则应对原料标准所规定的主要指标进行检验,检验合格后,方可使用。
2 结 语
采用上述方法对军用印制电路板组件进行三防处理和固封,大大增强了军用电子装备的环境适应性,尤其是对需防潮、防霉、防盐雾和抗振动冲击的环境。本方法已经通过有关检验机构按gjb150要求进行的检测[10],并应用于某舰载电子跟踪装备中,效果良好。
参考文献
[1]王崇明,祝耀昌,章引平,等.gjb4239-2001装备环境工程通用要求[s].北京:总装备部电子信息基础部,2001.
[2]电子科学研究院.电子设备三防技术手册[m].北京:兵器工业出版社,2000.
[3]曲利新.军用电路板的一种防护方法[j].现代电子技术,2009,32(19):184-186.
[4]王从思,段宝岩,仇原鹰.电子设备的现代防护技术[j].电子机械工程,2005,21(3):1-4,41.
[5]李朝旭.电子设备的抗振动设计[j].电子机械工程,2002,18(1):51-55.
[6]中华人民共和国信息产业部.sj 20812-2002军用电子设备三防设计管理规定[s].北京:
method to enhance environmental adaptability of military printed circuit board assemblies
qu li-xin
(changchun institute of optics, fine mechanics and physics, chinese academy of sciences, changchun 130033, china)
abstract: the quality and reliability of military electronic equipments have close contact with their environmental adaptability. therefore, the defensive capability of the equipments must be strengthened so as to meet the needs of combat readiness and improve their environmental adaptability. the fixation and encapsulation of printed circuit board assemblies which are the core and basic components of military electronic equipments are proposed. the experiment proves that the method to enhance the environmental adaptability of printed circuit board assemblied by fixation and encapsulation reinforcement is ds: electronic equipment; environmental adaptability; printed-circuit-board (pcb) assembly; fixation and encapsulation
0 引 言
gjb4293《装备环境通用要求》将环境适应性定义为:“装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有功能、性能和(或)不被破坏的能力,是装备的重要质量特性之一”[1]。军用电子设备的环境适应性通常包括对高温、低温、湿热、霉菌、盐雾、沙尘、电磁辐射、低气压、振动和冲击等。随着现代电子技术日新月异的发展,对军用电子装备的质量和可靠性提出了越来越高的要求,而电子装备的质量和可靠性又与环境因素有着密不可分的关系,电子装备的环境适应性设计是涉及机械、电化学、生物等多门类多科学的综合技术,对提高装备整机的质量与可靠性、延长装备使用寿命、减少装备故障率等具有重要保障作用[2]。
作为电子装备的核心组件,几乎所有的电子设备,小到遥控玩具,大到计算机,通讯设备,工业控制设备,军事装备等,只要有集成电路等电子元器件,就要使用印制电路板,以达到对元器件的安装和电气互联的作用。随着巨大规模集成电路、超高速集成电路及表面贴装元器件的大量使用,采用先进的电子互联技术,使印制电路板的组装密度较大,对印制电路板组件的质量和可靠性提出了更高的要求,对印制电路板组件的环境适应性提出了更高的要求[3]。
电子装备在振动和冲击环境下,由于振动的疲劳效应及共振现象,可能出现电性能下降、零部件失效、疲劳损伤甚至破坏的现象[4]。提高装备的抗振动冲击能力,是保证产品性能和可靠性的重要手段。据统计,在电子设备失效的环境因素中,振动因素约占27%[5]。所以,对结构进行优化设计,经三防涂覆,元器件通过涂层与底板粘接增加了机械强度,管脚经涂层隔离可达到长期防潮、防霉和防盐雾侵蚀的作用;经有机硅胶固封大大增强了印制电路板组件的抗振动和冲击的能力。但需要指出的是,军用电子装备的环境适应性是一项系统工程,涉及方方面面,对印制电路板组件的三防涂覆和固封处理只是其中的一个重要环节之一[6]。
研究所承担的军工任务通常具有多品种小批量的特点,在对印制电路板组件进行三防涂覆和固封处理时,不同于大批量自动化处理,更多的是采用人工的方式手动进行[3]。为此,经多方探索、实践和试验验证,总结出手工方式对印制电路板组件进行三防涂覆[7]和有机硅胶固封的方法。涂覆三防保护剂,详见文献[3]。
有机硅胶性能介绍:这里选用的是某化工研究厂研制生产的qd231 嵌段硅橡胶,该产品以线型聚硅氧烷为主体,其耐寒性和耐热性很高,在-65~+250 ℃内保持良好的柔韧性和弹性,具有良好的耐老化和耐辐射性,具有良好的电绝缘性能,在常温下固化。
1 实施步骤[7-9]
1.1 密封灌注的条件
密封灌注必须在产品调试、检验合格后进行。
1.2 清洁
采用无水乙醇、丙酮或石油谜擦试需密封灌注部位,也可清洗(视被灌注表面状况而定),被密封灌注部位要求清洁干净,保证无污物、油垢、灰尘等多余物。
1.3 涂三防保护剂
对清洁后的密封灌注部位,涂覆三防保护剂。该保护剂具有防潮、防霉、防盐雾的性能,并可增加硅橡胶与基体的粘合强度[3]。
1.4 堵漏
(1) 根据部件的结构形状,制作模具档板,其接触硅橡胶的面要求尽量光洁,端面透明度主要取决于模具的光洁度,在该面上涂一层薄薄的硅油。
(2) 采用胶带纸在非灌注面进行堵漏,灌注液凝固后去除掉;也可在灌注面采用gd 414单组份硅橡胶进行堵漏,灌注后不必拆除;还可用浸棉线堵缝隙,注意不得造成多余物,灌注后必须清理干净。一切堵漏措施,均要严密,以免灌注硅橡胶时造成多余物。
1.5.1 配料
qd 231:100%;固化剂:1%～2%。
灌注前应做小样试验,固化速度以灌注8 h左右不粘手,24 h基本固化为宜,然后根据试样的配比进行配料。先用电子秤称取qd 231硅橡胶(不超过容器的50%),然后按配比用滴管滴入固化剂,立即用玻璃棒搅匀。
1.5.2 抽气泡
将盛放胶液的容器置于真空干燥箱内,开启设备,其真空度以容器内的硅橡胶液不溢出为限。可以反复进行“抽-放-再抽”的操作,直至胶液中的气泡基本上排除干净为止。
1.5.3 灌注
将被灌注的部件摆放在平台上,灌注面应水平。把无泡的胶液徐徐注入被灌注部位(操作时应小心,切勿再次造成气泡),按设计文件的要求灌至所需厚度。当灌注厚度超过10 mm时,需采取多次灌注的方法,每层灌注间隔时间不应少于24 h。
1.5.4 固化
部件灌注后严禁移动,在室温下固化24 h。
1.6 清理
在灌注后24 h基本固化的情况下,除去模具、档板及其他堵漏材料。揭去由于溢流、滴、挂而遗留的硅橡胶,并将它们清除干净。清除时不得撕拉被灌部位的硅橡胶,若有粘连的地方可用锋利的小刀将其切断再进行清除。
1.7 继续置室温固化
随着固化时间的增长,硅橡胶的强度及各项指标将逐步提高,但在一周之内不要进行冲击、振动、抗电强度等项试验。而且在此期间灌注部位严禁遭受剥离、撕拉、剪切等外力作用。
1.8 检验
产品进行灌注后,操作人员应对以下内容进行自查:
(1) 灌注部位应固化完全,灌注表面应无色透明、光滑平整、无气泡、无其他杂质;
(2) 灌注部位应符合产品设计文件或工艺文件的要求,不要求进行灌注的部位不能有滴、挂、溢流的多余物。
1.9 安全与注意事项
(1) 操作人员应熟练掌握各仪器、设备的操作技能,并遵守各项操作规程。
(2) 工作场地应清洁无尘,通风良好;禁止吸烟,并具备消防器材。
(3) 工作完毕后应及时关闭设备,清洗用过的器皿,整理擦拭工具和设备,并将有化学材料的容器瓶盖旋紧盖严,妥善保管。
(4) gd 414单组份硅橡胶启封后应尽量一次用完。若一时用不完时,必须挤出一部分单组份硅橡胶,将管口周围封严,以防止空气进入产生固化。再次启封时,管口部位应多挤出一部分后再使用。
(5) 由于固化剂用量较少,因此称量必须准确,并要求与硅橡胶搅拌均匀,以避免出现局部固化不良的现象。
(6) 原材料应贮存在通风、阴凉、干燥的库房内,并应远离热源。
(7) 若原材料超过保管期,则应对原料标准所规定的主要指标进行检验,检验合格后,方可使用。
2 结 语
采用上述方法对军用印制电路板组件进行三防处理和固封,大大增强了军用电子装备的环境适应性,尤其是对需防潮、防霉、防盐雾和抗振动冲击的环境。本方法已经通过有关检验机构按gjb150要求进行的检测[10],并应用于某舰载电子跟踪装备中,效果良好。
参考文献
[1]王崇明,祝耀昌,章引平,等.gjb4239-2001装备环境工程通用要求[s].北京:总装备部电子信息基础部,2001.
[2]电子科学研究院.电子设备三防技术手册[m].北京:兵器工业出版社,2000.
[3]曲利新.军用电路板的一种防护方法[j].现代电子技术,2009,32(19):184-186.
[4]王从思,段宝岩,仇原鹰.电子设备的现代防护技术[j].电子机械工程,2005,21(3):1-4,41.
[5]李朝旭.电子设备的抗振动设计[j].电子机械工程,2002,18(1):51-55.
[6]中华人民共和国信息产业部.sj 20812-2002军用电子设备三防设计管理规定[s].北京:
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