电子设备的环境适应性初探

1、2003年12月电子设备的环境适应性初探77电子设备的环境适应性初探况踔1况跞2（1.网络事业部南京研发中心南京 2100122.四通江西电机有限责任有限公司南昌 330002）摘 要 对7环境适应性0概念进行了定义，阐述了电子设备环境因素的分类、造成故 障和解决问题的一些相应对策。关键词：环境适应性；环境因素；故障2003年12月电子设备的环境适应性初探#2003年12月电子设备的环境适应性初探#1 概述电子设备在其寿命期内的贮存、 运输和使 用等状态下，预期会遇到各种（极端）环境而能 实现其全套预定功能的能力，即不产生不可逆 损坏和（或）能正常工作的能力。叫环境适应性（en vir onm

2、en taiworth in ess）从其概念可以看出，环境适应性表明了电 子设备适应环境因素的作用的能力。而环境的种类繁多，不同的研究对象对环境的分类各不 相同，电子设备所处的环境，大体上可分为自然 环境、工业环境和特殊使用环境。除自然环境 之外，工业环境和特殊使用环境一般是人为制 造和改变的，故这类环境有时也称为诱发环境。 表1中的环境分类包含了电子设备可能遭遇的 各种基本环境。2003年12月电子设备的环境适应性初探#2003年12月电子设备的环境适应性初探#表1环境因素分类类 型类别环境因素地表地貌水文 土壤植被气候温度雾气湿度辐射大气压 真空降雨风沙盐雾自然环境能量静电场、磁场生物因

3、素生物微生物气载的固体粉尘沙尘污染物腐蚀性介质温度梯度工业环境和特殊使用环机械的瞬态冲击高能冲击周期振动随机振动加速度2003年12月电子设备的环境适应性初探79境（诱发环境）能量的2环境因素造成的设备故障、失效和分析环境因素造成的设备故障是严重的，它们从各方面使产品性能劣化，如温度、生物和污染 物破坏表面保护层：风沙、尘埃和生物剥蚀产品 表面:振动冲击造成应力腐蚀：大气中的盐和其 他污染物引起或促进化学腐蚀：温度、湿度使电 子元器件受损，产生绝缘击穿，接触器不导电、高压高强度噪声电磁场电阻值改变和电性能变坏等。多年来积累的统 计数据表明，环境引起产品的故障数占总故障 数的52%左右，在这52

4、%的故障中，各种环境 引起的故障的百分比如图1所示,从图1可见大部分故障是由温度、振动和湿度引起的，三项 环境因素造成的故障率高达 44%。因此，应当 重点研究这些环境对产品的影响、丄刈.失效机理和防护措施。美国军方总结了二次世界大战期间的教训后,制定了军用标准/军用环境气候极值0。其前言中第一句话：/在第二次世界大战期 间,由于没有从战斗和支援设备工作所处的及所承受的全球气候极值出发对设备进行充分的 设计和试验，以致这些设备失效。有鉴于这种 情况,特制订MIL- STD) 210。0这段话明确地 指出了气候环境可以造成设备失效，以及针对环境进行设计和试验的必要性。2003年12月电子设备的环

5、境适应性初探#2003年12月电子设备的环境适应性初探#图1各种主要环境引起的故障占环境引起总数的百分比统计2003年12月电子设备的环境适应性初探#环境因素造成的设备故障和失效可分为两 类:一类是功能故障，指设备的各种功能出现不 利的变化,或受环境条件的影响功能不能正常 发挥,一旦外界因素消失，功能仍能恢复：另一 类是永久性损坏，如机械损坏等。表 2列出了 各种因素引出的主要影响。2003年12月电子设备的环境适应性初探#2003年12月电子设备的环境适应性初探81表2环境影响与典型故障环境因素高温主要影响材料软化、老化金属氧化设备过热粘度下降、蒸发典型故障结构强度减弱，电性能变化，甚至损坏

6、接触电阻增大，金属表面电阻增大元件损坏，着火，低溶点焊接锡 缝开裂、焊点脱开丧失润滑特性低温增大粘度和浓度丧失润滑特性结冰现象电气机机械性能变化脆化结构强度减弱，电缆损坏，腊变硬，橡胶变脆物理收缩结构失效，增大活动件的磨损，衬垫、密封垫弹性消失，引起泄漏元件性能改变铝电解质电容器损坏，石英晶体往往不振荡，蓄电池容量降低高温度吸收湿气物理性能下降，电强度降低，绝缘电阻降低，电介常数增大电化反应机械强度下降锈蚀、电解影响功能，电气性能下降，增大绝缘位的导电性干燥干裂机械强度下降1994-2G14 China Acadcinic Juunial Elcchonic Pubi?ihniA JI rig

7、hi icscrYcti.i脆化结构失效电气性能变化粒化低气压膨胀漏气空气绝缘强度下降散热不良容器破裂，爆裂膨胀电气性能变化太阳辐射老化和物理反应脆化、软化粘合表面特性下降、膨胀、龟裂、折皱、破裂，橡胶和塑料变质，电气性能变化绝缘失效、密封失效、材料失色，产生臭氧砂尘磨损堵塞静电荷增大吸附水分增大磨损，机械卡死，轴承损坏过滤器阻塞，影响功能，电气性能变化产生电气噪声降低材料的绝缘性能盐雾化学反应，锈蚀和腐蚀电解增大磨损，机械强度下降，电气性能变化，绝缘材料腐蚀产生电化腐蚀，结构强度减弱霉菌霉菌吞噬和繁殖吸附水分分泌腐蚀液体有机材料强度降低、损坏，活动部分受阻塞导致其他形式的腐蚀，如电化腐蚀光学

8、透镜表面薄膜侵蚀，金属腐蚀和氧化风力作用材料沉积结构失效、损坏，影响功能，机械强度下降 机械影响和堵塞，加速磨损雨物理应力 吸收水和浸渍 锈蚀腐蚀结构淋雨浸蚀、，失效增大失热量，电气失效，结构强度下降破坏防护镀层，结构强度下降，表面性能下降加速化学反应机械振动机械应力疲劳晶体管、集成电路模块元件管脚、引线、导线折断机构谐振金属构件断裂、变形、结构谐振 失效，联结器、继电器、开关瞬间断开，电子接插件性能下降，仪表读取精度降低电路中产生噪声输岀脉冲超过预定要 求，信号异常，内部干扰严重，电路瞬间短路、 断路机械冲击机械应力结构失效，机件断裂或折断，电路瞬间短路加速度机械应力液压增加结构变形和破坏漏

9、液电磁场干扰电路性能，电路中产生噪声接收机灵敏度下降，电子设备产生误动作，计算机掉码、误码产生错 误信号，强电场引发电器火花、着火、爆炸2003年12月电子设备的环境适应性初探#2003年12月电子设备的环境适应性初探#环境的破坏作用能降低产品的使用寿命有些产品甚至在投入使用前的运输和贮存中就巳损坏了，环境的这种破坏作用迫使人们在进 行产品设计时，考虑其影响并根据特定应用环 unJisning iiouCu All rights; reserveii, ntr - 境对设备提出特殊的设计、使用要求，并增加了 采购、维修和服务负担，最终增加了费用和人力 要求。在研制产品时，必须根据产品未来将遇

10、到的、对其影响最大的 环境进行耐 环境设计。 表3简要列出了对部分环境应力的防护方法。需要指出的是，在对环境影响因素进行分 析时,既要考虑一般的情况，又要确定主要影响 因素，而且还应重视不同环境因素的相互作用。例如，温度的影响，有持续性的高、低温作用，有 瞬态的作用（热冲击）及周期性作用等：而在高 温下发生冲击振动时，两种环境因素都将强化 对方的影响。这些都要进行具体的分析。在对 客观因素做出估计时，应考虑各个作用因素的 强度、作用的时间、重复的次数等等。这样 ，才 能正确地采用防护措施，保证设备在受到多种 环境因素的长期综合作用下安全、可靠地工作。2003年12月电子设备的环境适应性初探#2

11、003年12月电子设备的环境适应性初探#表3部分环境应力防护方法环境应力防护方法高温散热装置、冷却系统、绝热措施、耐热材料低温加热装置、绝热措施、耐冷材料温度冲击高、低温防护技术综合应用机械冲击加固部件、减少惯性和力矩、防冲击安装振动加固、控制谐振湿气气密密封、耐潮材料、去湿器、保护套含盐大气和盐雾非金属保护套，接触处少用不同金属、气密,去湿器砂尘空气过滤、气密低气压（高度）提高容器机械强度、增压、选用低挥发性 液体、改进绝缘、改进传热方式2003年12月电子设备的环境适应性初探#3结论环境对于电子设备来说是一个无法回避 的，必须加以考虑的因素。为了尽量减少环境 对电子设备的影响，必须深入分析研究各种环 境对设备影响的机理，主要的故障模式和可能 采用的各种防护措施，这是环境工程的一项艰 巨而重要的任务。参考文献1蒋全兴.电子设备结构设计原理.南京：东南大学出版社，20012GJBI50.军用设备环境试验方法实施指南.中国航空工业总 公司第三o 研究所。19983ETSIEN300019- 2- 4V2. 1. 2 ( 1999-09) EuropeanStandard(Teleecmmunioationsseries) . Environmental conditions and