电子设备结构设计的重要因素

电子设备结构设计的重要因素

李一譞

天津市管道工程集团有限公司保温管厂天津市300400

摘要：本文首先分析了电子设备内部结构整体布局，接下来详细阐述了电子设备结构设计的重要因素，最后对电子设备结构设计环境做具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：电子设备；结构设计；重要因素

引言

电子设备结构设计是电子设备设计中的一个重要组成部分，它不仅包括机箱、机架、安装架等机械零件的设计，还包括印制板布局、模块散热板、线缆布局、模块固定等诸多方面因素。设计人员在进行电子设计结构设计时，往往要综合考虑多方面因素，并结合产品的实际需求，选择最合适的设计方案。

1电子设备内部结构整体布局

电子设备内部结构比较复杂，且使用环境多样且恶劣，在设计时，要高度注意控制和腐蚀相关的各种因素，并把相应的腐蚀控制措施，融入结构设计中。

2电子设备结构设计的重要因素

2.1散热

根据散热方式不同，电子设备可分为自热散热机箱、风冷机箱和液冷机箱。自热散热机箱的散热效率较低，电子模块产生的热量主要通过传导的方式传导至机箱侧壁，从而通过自然对流传递到周围大气中。风冷机箱可分为侧壁风冷和贯穿风冷，模块产生的热量由冷却空气带走。冷却空气可以由冷却系统提供，也可以由机箱自带风机提供，散热效率较高。液冷机箱的散热效率最高，具有一套液冷循环系统，可以将模块产生的热量传导至冷却液中。在进行电子设备结构设计时，应根据电子设备的发热功耗选择相应的散热方式。在进行散热设计时应注意：1.避免热量集中，在整机布局时，发热量大的模块要尽量分散布置，发热大的模块要靠近风冷侧壁或液冷侧壁；2.印制板布板时注意器件位置的布局，大功耗元器件尽量布置在进风口处，同时，功耗较大的元器件要尽量分开布置；3.选择耐高温等级高的芯片，并对芯片进行一定的筛选，提高器件耐高温极限；4.缩短散热途经，芯片顶部增加导热垫直接和散热板接触，散热板外侧设计散热翅，直接和冷却空气换热，提高换热效率；5.选择导热系数高的材料和导热垫材料。

2.2防腐蚀结构形式

第一，电子设备的结构形式应综合权衡通风散热、电磁兼容及三防要求等诸方面因素，一般情况下建议设计成密闭结构，可以有效的隔离环境中腐蚀介质，保护机箱内部的电子模块，使其正常工作。第二，电子这边外表面应连续、完整，避免凹槽、盲孔、缝隙、孔隙、尖角等结构，使腐蚀性介质不易滞留和聚集，有效防止零部件表面积液，避免形成原电池，减缓材料腐蚀现象。第三，由于大多电子设备很难做成气密密封，外界的部分空气有可能会进入电子设备内部。电子设备内空气中的水汽，因温度高低变化，会在凝结成水，滞留设备内部，形成电解液侵蚀结构和电子模块，因此电子设备应设计排水孔和通风孔，使积水尽快排除，以消除腐蚀隐患。

2.3生产过程控制

第一，加工中的腐蚀防护。首先要保证所使用的制造工艺不会损伤材料固有的耐蚀性。在加工过程中还要防止各种切削/冷却/润滑油液对金属表面的腐蚀。切削液选择应根据所加工对象进行，并严格控制配比及维护。第二，各工序加工完成后应清理零件表面以避免出现划伤金属造成腐蚀，要做好工序间的涂油防锈工作。第三，装配过程不得损伤各零件的原有防护涂层，避免装配变形及产生装配应力；第四，在零部件的周转中应进行有效防护。成品应封存包装。包装物不得产生腐蚀产物。在运输、停留、存放和实际使用过程中应使用各种防锈与包装技术控制锈蚀。第五，印制板加工过程禁止操作者裸手接触焊接部位，清洗或者烘烤过程佩戴专用的防护手套，以避免对产品的污染。

2.4电磁兼容

电磁兼容性设计在结构设计方面主要从屏蔽、搭接、接地等方面进行考虑，具体措施如下：1.搭接可以将设备组件、元件的金属外壳或部件用机械手段连接在一体，形成一个电气上连续、一种暂时或永久的低阻抗连接，这样可以避免不同金属外壳（或部件）之间出现电位差，而这些电位差往往是产生电磁干扰的原因之一。2.机箱及模块结构件上的螺钉间距根据屏蔽需要并结合使用需求合理确定；3.机箱各组件接触表面采用导电处理，确保配合面的电连续性及屏蔽效果；4.机箱中经常拆卸的配合面设计采取导电密封措施，减少电磁辐射；5.提高工艺与生产控制水平，降低表面粗糙度，保证接触面平面度及刚度；6.电子设备中的电连接器安装处设计导电屏蔽衬垫；7.电子设备应设计专门的接地点；8.…结构简洁，减少孔洞和不必要的缝隙。

2.5盐雾

机载电子设备在进行盐雾试验考核时通常不会暴露太多问题，但是在交付使用的过程中，往往会出现各种各样的腐蚀问题。使用过程中常见腐蚀部位包括电气连接部位、设备安装紧固部位、电搭接部位，这通常是由于使用过程中磨损腐蚀、电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀组合影响的结果。造成这种问题的主要原因是由于机载电子设备进行盐雾试验时，选取的试验样品或样件，不能完全覆盖外场的典型连接情况。对机载电子设备的电气接口部位的部件的故障评价可以评估部件使用状态，指导备品备件采购计划，在评价广泛的情况下可以预估环境试验设备所需的配件类别、数量等来指导备品库的建立。

3电子设备结构设计环境

3.1原材料元器件选型控制

电子设备原材料元器件选择通常遵循以下原则：分立半导体器件（例如二极管、三极管等）优先选用金属或陶瓷封装产品；优先选择具有耐潮湿、盐雾、霉菌环境能力的电子元器件；特别考虑元器件海洋环境适应性，选用本身具有耐霉菌性能的材料；不选用耐高温差，易吸潮、不密封的国产塑封器件，国产塑料封装容易老化；不选用易受潮树脂封装CA42、CA421系列固体钽电解电容；金属材料选型时应兼顾腐蚀机理、破坏形式和金属兼容性问题，在保证强度要求的情况下兼顾减重需求，选择耐腐蚀性好的铝合金材料，如机箱壳体材料选用耐腐蚀性能的T6状态硬铝合金材料（6061）；标准紧固件选用防腐蚀性能优良的奥氏体不锈钢材料；印制电路板基材选用耐腐蚀、耐老化、耐潮湿、抗霉菌的FR-4基材。

3.2异种金属搭接设计

异种金属搭接时，连接构件尽量选用电位接近的金属，控制异种金属电偶腐蚀。机载电子设备中常采用铝合金作为箱体结构的主要材料，而铝合金在盐雾环境下极易受到电化学腐蚀，在选择与铝合金配合的金属时，应选用与铝合金电位差小于0.25V的金属，以降低电偶腐蚀的发生概率。对于不能满足电位差要求的金属，必须搭接时，可以选择涂覆绝缘保护层、增加绝缘衬垫、填充密封胶或者镀覆过渡金属层（考虑电磁兼容性要求时采用过渡金属层）。

结语

总而言之，在进行电子设备结构设计时，设计要素比较多，而且有时各个要素之间会发生矛盾，例如散热和电磁兼容、强度和重量等。设计工作人员需要综合考虑强度、散热、电磁兼容，腐蚀防护等各项影响因素，相互权衡，并结合实际使用情况，最终实现电子设备结构的合理设计。

参考文献

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