第二 - 五章

第二-五章 二电子产品常用材料的防护三电子产品的热设计四电子产品的减振与缓冲五电子产品的电磁兼容性

2.1 潮湿及生物危害的防护 2.1.1　潮湿、霉菌、盐雾的防护 2.1.2　金属腐蚀的防护

2.1潮湿及生物危害的防护 2.1　电子设备的气候防护　　对电子设备气候因素的影响的防护，一般从以下三方面考虑： 1．选用适当的材料　　如采用耐腐蚀的金属和非金属材料等。 2．采取化学和电化学防护措施　　电镀、油漆和化学涂覆等。 3．采用相应的结构措施　　采用各种密封结构。

2.1电子设备的气候防护 2.1.1　潮湿的防护 1．潮湿的危害 2．吸湿的机理 3．潮湿的防护　　（1）憎水处理　　（2）浸渍　　常用浸渍剂：酚醛绝缘漆、三聚氰胺醇酸绝缘漆、环氧脂无溶剂绝缘烘漆等。　　　用途：主要用于绕线产品，如变压器绕组、电感线圈等。　　　将被处理物浸入不吸湿的绝缘漆中，使绝缘漆液体进入元件或材料的小孔、缝隙和结构件的空隙，从而提高元件或材料的防湿性能和其他性能。

2.1电子设备的气候防护 　　（3）灌封　　用热溶状态的树脂、橡胶等将电器元件浇注封闭，形成一个与外界完全隔绝的独立的整体。　　用途：小型部件，如小型变压器、固体电路、集成电路等。　　　常用灌封材料：有机硅橡胶及有机硅凝胶、环氧树脂。　（4）其他防潮手段　　① 密封：属于机械防潮　　② 定期通电加热　　③ 存放干燥剂

2.1电子设备的气候防护 　　（1）控制环境，消除霉菌的生长条件。　　（2）密封防霉，加入干燥剂是防止霉菌生长的最有效措施。　　（3）使用防霉材料，采用压塑材料和层压材料、合成橡胶、合成树脂。　　（4）用防霉剂处理零件和整机。 2.1.3防灰尘盐雾的防护　　在一般电镀的基础上进行加工，严格电镀工艺，保证镀层厚度，选择适当的镀层种类；采用密封机壳或机罩。

2.2金属腐蚀机理及金属腐蚀的危害性 2.2.1　金属腐蚀的机理 1．金属的腐蚀　　由外部介质的作用而遭到的破坏称为腐蚀。分为化学性腐蚀、电化学腐蚀。 2.2.3常用金属的耐腐蚀性能　　执照耐腐蚀性能分成四类：　　① 性能稳定，不需防护。如金、银、金铜合金、金镍合金、不锈钢等。　　② 耐腐蚀性较强，无防护，可用于室内或一般气候中。如铜、防锈铝、黄铜等。

2.2金属腐蚀机理及金属腐蚀的危害性 　　③ 耐腐蚀性较差，在防护情况才能用于室内。如碳钢、铸铁、坡莫合金、防锈铝、黄铜等。　　④ 耐腐蚀性极差，只有可靠的涂覆，才能用于室内或一般气候中。如铬锰钢、软铝、镁、锌合金等。 2.3金属防腐蚀设计 2.3.1 防腐蚀覆盖层电子设备最常用的金属防腐蚀方法。根据构成覆盖层物质的不同，可将覆盖层分为三类：　　① 金属覆盖层用锌、镉、铬、镍、等。　　② 化学覆盖层用磷化、发蓝、钝化、氧化等。　　③ 涂料覆盖层用油漆和塑料等。 2.3.2 技术防腐蚀的结构措施 1选择耐蚀材料 2合理设计金属件结构　　① 尽可能采用同种金属，避免接触腐蚀。

2.3金属防腐蚀设计 　　① 尽可能采用同种金属，避免接触腐蚀。　　② 避免不合理的结构　　③ 防止缝隙腐蚀 4 在易腐蚀处加厚构件尺寸。

三章电子设备的散热 2.2.1　温度对电子设备的影响 2.2.2　热的传导方式 2.2.3　电子设备的散热及提高散热能力的措施 * 2.2.4　元器件的散热及散热器的作用

2.2电子设备的散热 2.2.1　温度对电子设备的影响　　对电子元件的影响和对整机的影响 1．对电子元件的影响　　电性能改变和噪声增大。 2．对整机的影响　　（1）高温环境的影响　　① 化学反应加速，表面防护层老化。　　② 水的穿透能力增强，破坏作用增大。　　③ 物质软化、融化，结构损坏。

2.2电子设备的散热 　　④ 润滑剂粘度减小，丧失润滑能力　　⑤ 物体膨胀变形，增大磨损，损坏结构。　　（2）低温环境湿度增大，产生凝露现象，故障率增加、材料收缩，结构损坏。

2.2电子设备的散热 2.2.2热的传导方式三种热能的传播方式： 1．热传导　　（1）定义：　　物体内部或两物体接触面间的热能交换。度量热量（Q），单位：瓦（W）。　　（2）计算方法：　　式中　Q —— 传导的热量（W）； —— 导热系数（W/m·℃），与材料有关； δ —— 传热的距离或板厚（m）；

令　　　　　　，　　　　，则 2.2电子设备的散热 S —— 导热面积（m2） t1、t2 —— 平板左右面的温度℃。　　式中　t ——两侧温度差（℃）； Rt ——导热热阻（℃/W）。　　可见，传导热量与温差 t 正比，与导热热阻 Rt 成反比。　　（3）增强热传导散热的主要措施　　① 选金属材料作导热材料。　　② 减少接触热阻。

2.2电子设备的散热 　　③ 缩短热传导路径。 2．热对流　　（1）定义：　　流体与高温物体表面直接接触，相互间所进行的热能交换。　　（2）计算方法：式中　Q —— 对流散热热量（W）；  —— 对流散热系统（W/m·℃），与流体介质的性质，　　　　　　对流散热的类型（自然的或强迫的），对流的速　　　　　　度，散热物体的尺寸和位置，流体的温度等因素　　　　　　有关；

2.2电子设备的散热 t —— 散热物体与流体间的温差（℃）； S —— 对流散热面积（m2）　　（3）增强对流散热的主要措施：　　① 加大温差t，降低对流介质的温度。　　② 加大散热面积。　　③ 加大对流介质的流动速度，带走更多的热量。 3．热辐射　　（1）定义：以电磁波辐射形式进行的热能交换。

2.2对电子设备的要求 　　（2）计算方法：　　式中　Q——辐射散走的热量（W）； C——辐射系数（W/m·℃），详见教材表 2.4； t2、t1——散热物体与另一物体的绝对温度（K），绝对温度 T = 摄氏温度 t（℃）+273。

2.2对电子设备的要求 　　（3）加强热辐射散热的主要措施　　① 涂覆黑色粗糙的漆，增强辐射能力。　　② 加大辐射体的表面积。　　③ 降低设备周围温度，加大辐射体与周围环境的温差。

2.2对电子设备的要求 2.2.3　电子设备的散热及提高散热能力的措施　　散热：利用热传导、对流和辐射把热量散发到周围环境中去的方法。　　分类：　　（1）自然散热　　（2）强迫通风散热

2.2对电子设备的要求 　　（1）机壳的散热设计　　① 降低壁面传热热阻或增加换热表面积。　　选用高导热系数材料，降低接触表面的接触热阻。　　② 加强辐射散热　　选用辐射系数 C较大的材料作辐射散热表面，增加辐射面积 S。　　③ 提高对流换热效果

2.2对电子设备的要求 　　合理设计机箱机柜散热孔尺寸和位置、合理地布局元器件。“烟囱效应”散走的热量　　式中　Q —— 通风孔自然对流（烟囱效应）散发的热量（W）； H —— 机箱机柜散热进气孔与出气孔的高度差 ( m ) ； S0 —— 进气孔或出气孔的面积（m2）； t —— 机箱机柜内部空气与环境空气温差（℃）

2.2对电子设备的要求 　　为增大 H，应尽可能将通风孔开在机箱机柜的顶部与底部；为增大，在顶部与底部多开孔，常见通风孔如图所示。

2.2对电子设备的要求 　　（2）设备内部的自然散热　　① 电子元件的散热 a．电阻：温度与型式、尺寸、功耗、安装位置以及环境温度有关。通过传导及本身的辐射、对流来散热。 b．变压器：主要依靠传导散热。 c．晶体管：大功率晶体管应采用散热器。 d．集成电路：主要领先其外壳及引出线的对流、辐射和传导散热。如图所示。

2.2对电子设备的要求 　　② 合理布置元器件： A．在设备内部，保持距离。 a. 邻近两垂直发热表面，d/L ≥ 0.25，如图(a)。 b. 邻近的垂直发热表面与冷表面，d ≥ 0.25，如图(b)。 c. 邻近的水平发热圆柱体与冷上表面，d/D≥ 0.85，如图(c)。 d. 邻近的水平发热圆柱体与冷的垂直表面，d/D ≥0.7，如图(d)。 e. 邻近的水平发热圆柱体与冷的水平平底面，d/D≥0.65，如图(e)。

2.2对电子设备的要求 B．在印制板发热量大的放在气流上游。 C．对热敏感元件热屏蔽，如图所示。

2.2对电子设备的要求 　　③ 合理安排印制板　　一块印制板，水平或垂直放置；多块印制板，垂直并列安装间隔不小于 30 mm。提高印制板的散热能力，如图所示。

2.2对电子设备的要求 ④ 合理安排机箱内的结构件增大进出风口的距离和它们的高度差，增强自然对流。大面积的元器件要防止可能出现的阻碍或阻断自然对流的气流。 2．强迫通风散热　　适用于中、大功率的电子设备。基本形式有： ① 抽风冷却 ② 鼓风冷却

2.2对电子设备的要求 　　（1）整机的抽风冷却　　适用于热源比较分散的整机，抽风机常装在机柜顶部或机柜两侧。特点：风量大，风压小，分布均匀，如图（a）（b）所示。

2.2对电子设备的要求 　　（2）整机的鼓风冷却　　鼓风机安装在机柜下部，风压大，风量集中，如图（a）（b）所示。

2.2对电子设备的要求 * 2.2.4　　元器件的散热器的选用 1．晶体管的热阻和最大允许集电极电极功率的关系　　（1）计算公式式中　PCM —— 最大允许集电极功耗； Tjm —— 晶体管最大允许的结温度； Ta —— 环境温度； RT —— 热阻。 RT——热阻，单位是 ℃/W 或 ℃/mW，反映晶体管的散热能力，热阻愈小则管子散热能力愈好。例如，3AX81 的热阻， Rt=0.25 ℃/mW，即集电极功耗每增加 1mW，结温升高 0.25 ℃。

2.2对电子设备的要求 　　（2）讨论，PCM 与 RT 成反比，或提高晶体管的 PCM，需要增加管子的散热能力，也就是减小它的热阻。主要方法是装散热器。最大允许 PCM 增大 5 倍以上。 2．晶体管的散热系统　　（1）晶体管散热器　　① 平板型散热器，如图（a）。　　② 铝型材散热器，如图（b）。

2.2对电子设备的要求 　　③ 叉指型散热器，如图（c）。　　④ 辐射式散热器，如图（d）。　　⑤ 针状散热器，如图（e）。

2.2对电子设备的要求 　　（2）晶体管的散热系统分析　　如图所示，晶体管耗散功率 PC，结温度 Tj，环境温度 Ta，则由热路分析，功率晶体管总热阻为

2.2对电子设备的要求 若考虑散热途径，设散热器与管壳间接触热阻为 Rtc，散热器与环境之间存在的热阻为 Rtf，则功率管总热阻又为由两式可得式中，Rtj——晶体管的内热阻，通过手册可查。

≤ ≤ 2.2对电子设备的要求 3．晶体管散热器的选择（1）散热计算基本关系设 Tjm 为晶体管最高结温，在散热设计时，要求 Tj ≤ Tjm 所以又由热阻的含义式中， Tf 为散热器温度，Tfa 是散热器与环境之间的温度差，由以上两式得 Tfa≤Tjm-Ta-PC（Rtj+Rtc）

2.2对电子设备的要求 （2）举例　　已选定使用 3DD4 晶体管，其功率 PC =5W。环境温度 Ta=25℃，管座与散热为干接触，试选定散热器。　　解：① 由手册得：3DD4 PCM=10W；Ttj=10℃/W； Tjm=175℃；安装孔型为 F1 型。　　② 决定接触热阻 Rtc：由题意并查表 2.4 得， Rtc=0.55℃/W。

≤ ≤ 2.2对电子设备的要求　　③ 计算散热器阻 Rtf： Rtf≤19.45℃/W 　　④ 选择散热器：查附录有几种铝型散热器均满足条件，为减小体积重量，选用 XC761 型 L=35mm 散热器，其热阻为11.4 ℃/W。

2.3电子设备的减振与缓冲 2.3.1振动与冲击对电子设备的危害 2.3.2减振和缓冲基本原理 2.3.3常用减振器的选用 2.3.4　电子设备减振缓冲的结构措施

2.3电子设备的减振与缓冲 2.3.1减振和缓冲基本原理　　振动与冲击对电子设备的危害主要有以下几方面：　　（1）插件从插座中跳出来，碰撞其他元器件造成破坏。　　（2）真空器件的电极变形、损坏。　　（3）弹性元件变形，产生接触不良或开路。　　（4）指针抖动造成视觉疲劳。　　（5）产生共振现象。　　（6）导线变形及位移，引起电感量和分布电容发生变化。　　（7）机壳和基础变形，脆性材料断裂。

2.3电子设备的减振与缓冲 　　（8）防潮和密封措施受到破坏。　　（9）锡焊和熔焊处断开。　　（10）螺钉、螺母松开。有些用来调整电气特性的螺丝受振后会产生偏移。 1．振动：引起元器件或材料的疲劳损坏，故障约占 80 ％。 2．冲击：由于瞬时加速度很大而造成元器件或材料的应力损坏，故障约占 20 %。

2.3.2　减振和缓冲基本原理 2.3电子设备的减振与缓冲防振措施：　　（1）增强设备元器件的耐冲能力。潜力不大、不经济，较少采用。　　（2）安装减振器。 1．隔振的基本原理　　（1）振动系统的组成　　机械振动是物体受交变力的作用，在某一位置附近作往复运动。例：单自由度自由振动系统（m–k 系统），m——振动物体，k——弹性物体，如图所示。

2.3电子设备的减振与缓冲 　　（2）隔振原理　　隔振：通过在设备或器件上安装减振装置，隔离或减少其与外界间的机械振动传递。　　① 主动隔振与被动隔振 a）主动隔振　　在振动物体与安装基础之间安装隔振器，以减少机器振动力向基础的传递量的措施。 b）被动隔振　　　　在仪器设备与基础之间安装弹性支承即隔振器，以减少基础的振动对仪器设备的影响适度的措施。

2.3电子设备的减振与缓冲 ② 隔振系统 A．主动隔振 a）定义：基础所受到的弹簧力及阻尼力的合力 FT 与作用在物体上的 F0 力相比，即 b）含义：传到基础上的力是原振支力的百分之几。

2.3电子设备的减振与缓冲 c）计算公式：式中　 f—— 振动力的频率（Hz）； f0—— 隔振系统的固有频率（Hz）； f / f0—— 频率比，振动力的频率 f 与隔振系统的固有频率 f0 比； —— 减振器的阻尼比，它表示振动系统的阻尼情况阻尼比越大，表明阻尼作用越强（橡胶减振器的阻尼比为 0.02 ~ 0.15）。

当 f/f0=，=1，系统 无隔振效果；当 f/f0>　， < 1，系统有隔振效果。 2.3电子设备的减振与缓冲 d）结论：可见， 与频率比（f/f0）及阻尼比 有关，三者关系可画成图示的曲线。　　当 f/f0=1，最大，系统处于共振状态；要获得满意的隔振效果，一般取频率比 f/f0 为 2.5~4.5。

2.3电子设备的减振与缓冲 B．被动隔振 a）定义：被隔离的物体振幅与基础振幅之比。 b）计算公式：式中　x0 —— 物体的垂向振幅（m）； U0 —— 基础的垂向振幅（m）。与主动隔振的振动传递率计算表达式相同。

b）不论阻尼大小只有 f/f0>　，才有隔振效果； 2.3电子设备的减振与缓冲 C．结论 a）当 f/f0 1 时，发生共振，力求避免； c）一般频率比 f/f0取为 2.5 ~ 4.5。 2．隔冲的基本原理　　（1）冲击：一种急剧的瞬间作用。　　（2）特点：时间虽短，作用强烈。　　（3）原理：当冲击动量一定，若冲击力作用的时间愈长则设备所受的冲击力愈小。因此，可通过延长冲击力作用的接触时间，减轻电子设备所受冲击作用。

2.3电子设备的减振与缓冲 （4）种类　　① 主动隔冲　　② 被动隔冲　　减振器的刚度越小，阻尼越大，则冲击力的作用接触时间愈长，缓冲的效果愈好。可使用橡胶金属减振器。

2.3电子设备的减振与缓冲 2.3.3　常用减振器的选用 1．减振器的类型　　减振器部标（SJ93-78），列出了电子产品使用的 14 个系列 102 种规格的标准减振器。　　（1）橡胶—金属减振器　　① 特点：橡胶是微孔性材料，变形时具有较大的内摩擦，故阻尼比  较高。

2.3电子设备的减振与缓冲 ② 种类：JP 型平板式减振器及 JW 型碗形减振器

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