陳勇 CHEN Yong；徐中亮 XU Zhong-liang

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣州 510663）

（Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company，Guangzhou 510663，China）

0 引言

21世紀(jì)，數(shù)字對(duì)講機(jī)是現(xiàn)代指揮專用的主要無線通信方式，在實(shí)際的工作狀態(tài)中，所發(fā)生的故障約一半是由環(huán)境因素導(dǎo)致的，其中90%以上是由溫度、鹽霧、濕度、霉菌和振動(dòng)造成的。換句話說，設(shè)備的可靠性與環(huán)境因素有著重大關(guān)系。

在電子通信行業(yè)中，三防設(shè)計(jì)一般定義為防潮熱設(shè)計(jì)、防鹽霧設(shè)計(jì)和防霉菌設(shè)計(jì)。電子裝備的“三防”性能，已成為系統(tǒng)整機(jī)重要的性能指標(biāo)之一。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展，工程師越來越重視三防設(shè)計(jì)，采用三防技術(shù)設(shè)計(jì)的數(shù)字對(duì)講機(jī)，能有效降低設(shè)備的故障率，提高產(chǎn)品可靠性和適應(yīng)使用環(huán)境能力。因此，加強(qiáng)產(chǎn)品的三防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小環(huán)境對(duì)設(shè)備性能的影響，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響

專用數(shù)字對(duì)講機(jī)使用環(huán)境比較惡劣，采用三防技術(shù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可適應(yīng)野戰(zhàn)的高低溫，潮熱，鹽霧等嚴(yán)酷氣候條件，并且能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠地工作。三防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是三防設(shè)計(jì)完善與否的關(guān)鍵之一[1]，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體現(xiàn)出三防設(shè)計(jì)的要求。因此，在電子設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，不僅決定產(chǎn)品的成本高低，同時(shí)影響產(chǎn)品的使用性能。

當(dāng)前，數(shù)字對(duì)講機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在諸多缺陷，主要體現(xiàn)以下方面：

①密封性差，防水防潮性能弱，導(dǎo)致對(duì)講機(jī)在雨天或者潮濕氣候條件下不能正常使用；②材料選擇或者工藝處理不當(dāng)，導(dǎo)致產(chǎn)品在鹽霧環(huán)境使用時(shí)不能有效抵抗鹽霧腐蝕，甚至斷裂；③我國南方及沿海地區(qū)氣候較潮濕，產(chǎn)品放置一段時(shí)間后就會(huì)發(fā)霉。

為解決上述不合理問題，需將三防設(shè)計(jì)的原則和方法融入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，從而提高對(duì)講機(jī)的環(huán)境可適應(yīng)性，機(jī)械性能以及電氣性能。

2 三防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三防技術(shù)是涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電子元器件裝配以及工藝和生產(chǎn)技術(shù)管理等內(nèi)容的綜合性系統(tǒng)工程[2]，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容。運(yùn)用三防設(shè)計(jì)的原則和方法，解決數(shù)字對(duì)講機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不合理問題，主要考慮如下幾點(diǎn)：

2.1 防潮熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在三防設(shè)計(jì)中，防潮熱設(shè)計(jì)主要是防水設(shè)計(jì)。數(shù)字對(duì)講機(jī)由于體積小、重量輕、電子元器件之間的間隙小，其采用的防潮熱設(shè)計(jì)方法如下：

①優(yōu)選防火、防銹蝕的合金材料；②在數(shù)字對(duì)講機(jī)表面涂覆保護(hù)層以防止銹蝕；③整機(jī)采用外殼密封防水，將電子元器件與周圍環(huán)境隔離，不與外界的空氣、水或其他腐蝕介質(zhì)接觸。

依照《GB4208-93電子產(chǎn)品外殼防護(hù)等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，手持式數(shù)字對(duì)講機(jī)屬于外殼結(jié)構(gòu)防水且不怕腐蝕的小型通信設(shè)備，其整機(jī)的防水等級(jí)為IPX7。為便于更快、更直觀地檢測(cè)產(chǎn)品的氣密性，采用充氣檢測(cè)法代替浸漬試驗(yàn)。表1為數(shù)字對(duì)講機(jī)氣密檢測(cè)的試驗(yàn)參數(shù)。

表1 氣密檢測(cè)的試驗(yàn)參數(shù)

為達(dá)到要求的防水等級(jí)，數(shù)字對(duì)講機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要采用防水圈、防水雙面膠及局部封膠等防水形式。如果防水等級(jí)要求比較高，可采用二次啤塑及超聲波焊接方式防水[3]。以手持式數(shù)字對(duì)講機(jī)為例，具體防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

①受話器前腔的出聲孔使用防水透氣膜，既起到防水作用，也可以透氣透聲。

②采用硅橡膠密封圈防水方式。1）前殼和中殼以及中殼和后蓋配合處采用截面為圓形，邵氏硬度為45±5°的硅橡膠密封圈防水，使數(shù)字對(duì)講機(jī)成為一個(gè)密閉的腔體；2）功能旋鈕和中殼局部配合處采用O型圈密封；3）硅膠按鍵周圈設(shè)計(jì)的半圓型凸臺(tái)與前殼配合起到防水作用。

③采用防水膠的密封方式。如視窗玻璃和前殼，充電座周圈與后蓋之間的配合面可以采用3M雙面防水膠，以起到密封防水作用。

④電池上，下殼體材料都為PC或ABS，通過超聲波焊接的方式，將電池上下殼體焊接為一整體，同樣可以達(dá)到良好的密封防水效果。

2.2 防鹽霧腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鹽霧環(huán)境會(huì)引起手持式數(shù)字對(duì)講機(jī)的腐蝕，甚至影響整機(jī)的使用性能。按照《GB/T2423.17電子產(chǎn)品防鹽霧測(cè)試》的試驗(yàn)方法：需要將對(duì)講機(jī)放置在氯化鈉含量為5±1%的鹽溶液，溫度為35±2℃的試驗(yàn)箱中，承受連續(xù)噴霧時(shí)間為48h的試驗(yàn)，且連續(xù)噴霧每24h檢測(cè)一次鹽霧的沉降率和pH值。試驗(yàn)結(jié)束后，檢測(cè)噴霧后收集液的pH值是否在6.5～7.2范圍內(nèi)，并將設(shè)備在正常的試驗(yàn)大氣條件下放置48h，然后進(jìn)行全面直觀檢查及性能檢測(cè)，如果沒有任何鹽霧腐蝕跡象，樣品試驗(yàn)合格。圖1所示，鹽霧試驗(yàn)樣品為鎂合金AZ91B，采用陽極氧化處理，可以抗連續(xù)鹽霧試驗(yàn)48h。

圖1 陽極氧化的鎂合金AZ91B鹽霧試驗(yàn)

防鹽霧設(shè)計(jì)的原則是：①選用耐鹽霧腐蝕性材料，金屬一般選擇合金為最佳；②元器件要有一定的覆蓋層防護(hù)；③合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依上述設(shè)計(jì)原則，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要考慮以下3點(diǎn)：

①優(yōu)選耐鹽霧腐蝕材料。由于工作環(huán)境惡劣，對(duì)講機(jī)設(shè)計(jì)需要優(yōu)選耐蝕性強(qiáng)的材料。相較鎂合金，鋁合金本身耐蝕性強(qiáng)，一般大氣條件下，鎂合金需要加保護(hù)層，而鋁合金只有在嚴(yán)酷的大氣條件下才加保護(hù)層[4]。如表2所示，鋁合金和鎂合金在不同的后處理方式下的抗鹽霧試驗(yàn)時(shí)間對(duì)比，其中鍍層厚度均為7μm。

表2 鎂合金與鋁合金鹽霧試驗(yàn)時(shí)間

②采用表面涂覆層保護(hù)。1）由于緊固螺釘?shù)氖植厶幰啄p，應(yīng)使用奧氏體不銹鋼，如：0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)并鈍化處理，滿足強(qiáng)度要求同時(shí)也可以通過中性鹽霧試驗(yàn)48h無腐蝕；2）外露的充電觸點(diǎn)選用黃銅材料，且表面覆蓋層采用鍍金方式，鍍層厚度為3μm；3）鋁合金LY12殼體可以采用陽極導(dǎo)電氧化→磷化底漆→噴褐綠色塑粉。

③設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)。考慮涂裝和維修的方便，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能采用簡(jiǎn)單、合理的結(jié)構(gòu)方式。例如，前殼需要暴露在外，設(shè)計(jì)時(shí)采用開放式的百葉窗結(jié)構(gòu)形式，可以避免殘余水分積聚和灰塵積存，起到良好防護(hù)作用。

2.3 防霉菌設(shè)計(jì) 在濕熱環(huán)境中，對(duì)講機(jī)極易遭受霉菌侵蝕，因此，防霉設(shè)計(jì)是濕熱環(huán)境下對(duì)講機(jī)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。數(shù)字對(duì)講機(jī)采用鋁合金材料，霉菌試驗(yàn)僅作外觀檢查，試驗(yàn)周期28天。其具體測(cè)試內(nèi)容：在溫濕度交變環(huán)境下進(jìn)行，每24h循環(huán)一次。植入試驗(yàn)要求菌種，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，立即檢查樣品表面霉菌生長(zhǎng)情況，按表3評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果。

表3 長(zhǎng)霉等級(jí)

由于工作環(huán)境的特殊性，數(shù)字對(duì)講機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的防霉菌措施是：①選用抗霉菌性能強(qiáng)材料。優(yōu)選不易發(fā)霉的鋁合金材料；②加入防霉劑和合理的表面涂覆。比如橡膠表面需要添加水楊銑苯胺的防霉劑，而金屬外殼表面可以噴涂防霉漆，既美觀又可以防霉；③防霉包裝、密封。金屬外殼密封前，零部件用強(qiáng)紫外線進(jìn)行照射，同時(shí)密封的內(nèi)腔充入高濃度的臭氧，防止和抑殺霉菌，能起到有效防護(hù)作用。

3 結(jié)論

三防技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜且與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系的系統(tǒng)工程，隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的廣泛應(yīng)用，“三防技術(shù)體系”得到逐步完善。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)考慮整機(jī)的三防設(shè)計(jì)要求，大大提升產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力。如今，隨著人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，采用三防設(shè)計(jì)的數(shù)字對(duì)講機(jī)逐步走進(jìn)人們?nèi)粘Ｉ钪小?/p>

[1]劉欣，劉繼芬.三防技術(shù)分析與應(yīng)用[J].電子工藝技術(shù)，2010,31(6):354-357.

[2]王健石，胡克全,吳傳志.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:電子工業(yè)出版社,1993.

[3]盛海華，王李芳.電子產(chǎn)品的防水方式設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用技術(shù)，2013,10:191.

[4]邱成悌，趙惇殳,將全興.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].南京:東南大學(xué)出版社,2001.