發(fā)布時間：2023-08-08 16:52:17
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電子設備結(jié)構(gòu)設計樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
電磁兼容，指的是電子設備正常運行的一種狀態(tài)，在電子設備的運行過程中，電子線路產(chǎn)生的電磁不會影響電子設備的應用，也就是對其不會產(chǎn)生電磁干擾，準確地講，良好的電磁兼容性表現(xiàn)為電子設備、電子系統(tǒng)、電子線路在特定的電磁環(huán)境中運行，且彼此互不干涉互不影響，不會影響電子設備的整體功能，保證電子設備運行環(huán)境的穩(wěn)定，保障電子設備的正常安全運行，不會產(chǎn)生負面影響，破壞電子設備，即各項電子功能并存且互相促進的一種狀態(tài)。只有電子設備在結(jié)構(gòu)設計中充分考慮并擺脫了電磁的干擾，才能夠確保自身的有效運行，提高運行水平和生產(chǎn)效率，為電子行業(yè)及相關行業(yè)的發(fā)展奠定堅實的基礎。以飛機的電子設備為例，飛機上的電子設備包括常見的導航系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)等，電磁環(huán)境極為復雜，因此會產(chǎn)生極大的電磁干擾，如果處理不當將會給飛機的正常飛行埋下安全隱患。如果能夠保證這些電子設備的電磁兼容性，就能夠使彼此正常運行，發(fā)揮出最大效力且互不干擾，促進各部分的平衡穩(wěn)定，這是飛機安全飛行的重要保障。因此，電磁兼容對電子設備的運行極為重要，不容忽視。
二、電子設備結(jié)構(gòu)電磁兼容設計的目的
當今社會中，電子設備的正常運行，是基于電磁兼容的基礎上，電磁兼容能夠保證電子設備的運行不受電磁的干擾，就能夠很大程度上避免電子設備細節(jié)部分和個別部位的不良反應，使電子設備的性能達到最大化，提高電子設備的運行效率，提高整個行業(yè)的生產(chǎn)率。眾所周知，當前社會科學技術(shù)的不斷發(fā)展促進了電子設備應用的廣泛性，與各個行業(yè)各個領域息息相關，一旦運行的電子設備出現(xiàn)某些一時間不可解決的故障，就會影響整個行業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展，極大地威脅整個行業(yè)的安全穩(wěn)定。因此，電子行業(yè)在設計電子設備的時候，首先要考慮到影響電子設備電磁兼容的條件和因素，考慮到電磁不兼容的種種跡象和表現(xiàn)，以盡快采用技術(shù)手段進行調(diào)整解決，以免電子設備投入使用后出現(xiàn)電磁不兼容的情況，影響電子設備的正常運行。電磁兼容，簡而言之就是控制電磁干擾，消除電磁干擾，使電子設備與其他的設備在特定的電磁環(huán)境中工作運行時，保證彼此的和諧穩(wěn)定，保證電子設備各部分性能的正常。一個可以投入廣泛使用的電子設備不僅不會輻射有害能量，而且也不會受到不相關的輻射影響。因此，電磁兼容設計的目的是為了電子設備的正常運行和廣泛應用，是當今社會電子行業(yè)發(fā)展的整體走向和目標。
三、電子設備結(jié)構(gòu)設計中保證電磁
兼容的方法和措施在電子設備結(jié)構(gòu)設計中，需要通過采用特定的技術(shù)手段保證電子設備的電磁兼容性，以減少甚至消除電磁干擾，避免部件受到不良輻射反應而損壞，降低電子設備的整體性能和運行效率，影響整個行業(yè)的發(fā)展。新型電子產(chǎn)品研究開發(fā)之初，首先要對電磁兼容有一個概念性的把握，并在后期研發(fā)的時候充分考慮到電磁兼容的影響因素，進行相適應的電磁兼容開發(fā)設計，避免重復開發(fā)和資源浪費。在設計之初采取措施保證電磁兼容是最最經(jīng)濟節(jié)約的方法，避免了后期維修調(diào)整的人力物力的浪費?，F(xiàn)實生活中，很多已經(jīng)投入使用的電子設備如果出現(xiàn)電磁兼容問題維護成本極高，甚至根本沒有解決辦法，因此，電子設備的結(jié)構(gòu)設計要做到未雨綢繆，減少不必要的麻煩和損失。目前，最常見的電子設備電磁兼容的方法有濾波、屏蔽、接地三種，這是有效消除電磁干擾的重要舉措。
1電磁濾波
電磁濾波，是常見的影響電磁兼容性的因素，是壓縮信號回路所致，并且會對頻譜產(chǎn)生嚴重干擾，電磁濾波的存在不僅能影響干擾源的發(fā)射，而且會有效抑制干擾源頻譜分量對其他設備元件如敏感設備、電路、元器件的影響。簡單地講，電磁濾波通過某種特定方式過濾信號中的特定波段頻率，這種方式能夠有效抑制干擾，因此，在處理電子設備結(jié)構(gòu)設計中的電磁兼容問題時可以考慮在內(nèi)并加以應用實施。在電子設備的運行過程中，正在運行的電路會產(chǎn)生一些較強的干擾信號，這些干擾信號能夠通過電源線、信號線以及控制線等方式對整個電路產(chǎn)生巨大的干擾作用，因此，設置濾波電路已然成為當前公用電源線的發(fā)展走向和趨勢，這是保證電路安全穩(wěn)定，減少電路干擾，提高電子設備安全穩(wěn)定的重要方式。濾波電路的設置需要掌握一定的方法和技巧，鐵氧化體磁環(huán)\穿心電容、三端電容是最常見的選擇器件，是有效改善電路特征的重要元件。在濾波電路設置中，還需要保證所有的電源濾波器外殼與電子設備的接地點連接在一起。只有保證濾波電路設置的合理性，才能提高電磁濾波的效率和質(zhì)量，提高電磁兼容，保證電子設備正常運行和整個電子行業(yè)的發(fā)展。
2電磁屏蔽
電磁屏蔽是目前解決電磁兼容問題的最有效方法，電磁屏蔽的優(yōu)點是有效地將內(nèi)部電磁輻射控制在一定范圍，即限制內(nèi)部電磁越出既定的領域，與此同時，還能夠防止外部電磁輻射的入侵，切斷電磁波，減少不必要的損害。當前，電子設備出現(xiàn)的大多數(shù)電磁兼容問題都能夠通過電磁屏蔽這種技術(shù)解決，這種方式還能夠保證電路的正常工作。
2.1電磁屏蔽的作用
電磁屏蔽的作用是極大的，通過對兩個不同的空間區(qū)域進行金屬隔離，達到控制整個電場、磁場、電磁波的目的，使一個空間區(qū)域?qū)α硪粋€空間區(qū)域的輻射和感應控制在可控范圍。也就是充分發(fā)揮屏蔽物體的作用，將諸如電纜、元部件、電路、組合件甚至整個系統(tǒng)的干擾源包圍控制，阻斷干擾電磁場的對外擴散；與此同時，還需要充分利用屏蔽物體將系統(tǒng)、電路、電子設備有效包圍起來，以防止它們受到外界電磁場的影響。目前，電磁屏蔽技術(shù)是當前有效解決電磁輻射的方法，能夠有效保證電磁兼容，促進電子設備的正常運行。
2.2電磁屏蔽的注意事項
2.2.1電磁屏蔽的時候，一定要注意電磁屏蔽板的放置，一定要將其盡可能地靠近被屏蔽的機械設備，同時電磁屏蔽板要盡可能地與地面相接，這是有效發(fā)揮電磁屏蔽效果的關鍵，越靠近被屏蔽的器械元件，電磁屏蔽板所分布的電容容量就會相應地越大。
2.2.2電磁屏蔽板的時候，電磁屏蔽板的整體屏蔽效果還會相應地受到屏蔽板本身形狀的影響，實踐證明，屏蔽效果最好的的屏蔽板形狀是全封閉狀態(tài)，并且最好是金屬盒電場。
2.2.3電磁屏蔽的時候，電磁屏蔽板選擇材料的時候要求也很高，經(jīng)過實踐調(diào)查研究，良性導體材料是屏蔽效果最好的屏蔽材料，常見的有銅、鐵、鋁等，與此同時，還需要注意屏蔽材料的厚度，這個需要根據(jù)實際強度靈活把握，只要屏蔽材料的厚度符合強度要求即可。
3接地技術(shù)
電子設備結(jié)構(gòu)設計的電磁兼容，還會充分運用到接地技術(shù)，接地，并不是字面上理解的與土地地面相連，而是為電源和信號提供回路和基準電位。接地技術(shù)的使用有一定規(guī)則和標準，而不是隨意的。接地技術(shù)的使用必須保證接地的安全性，電子設備所使用的金屬質(zhì)地的外殼一定要與地面相接，這是充分保障生命財產(chǎn)安全的重要舉措，還能夠確保電子設備的有效性和穩(wěn)定性，保障電子電路的正常運行，杜絕靜電損壞等不良情況的出現(xiàn)。接地技術(shù)的使用還包括工作接地，工作接地這種方式相信大家都不陌生，主要指的是單板，母板或系統(tǒng)之間信號的等電位參考點或參考平面，這些參考點或參考平臺相當于信號回流的安全性通道，原則上認為這個通道的阻抗性是極低的。在使用接地技術(shù)的時候，一定要保證工作接地的正常，因為他的好壞直接影響整體的信號質(zhì)量。因此電子設備結(jié)構(gòu)設計中，熟練掌握工作接地的方法極為必要，不僅能夠最大限度地減少電路間的電磁干擾，而且確保了電子設備的電磁兼容，提高了電磁兼容的可能性和穩(wěn)定性。以下將簡單接受接地的主要目的。電子設備接地技術(shù)的目的很明晰，就是為了最大程度上減少甚至避免電路之間的彼此干擾。通常我們提到的接地技術(shù)的目的有以下三個：
（1）接地技術(shù)的使用能夠使整個電路系統(tǒng)中的單元電路有一個公共的參考零電位，這是保證電路系統(tǒng)穩(wěn)定工作必要條件。
（2）接地技術(shù)能夠有效防止外界電磁場產(chǎn)生的不良干擾。為了避免電荷形成的高壓引起電子設備內(nèi)部起火放電產(chǎn)生不良干擾，可以選用機殼接地，這樣可以使大量電荷得以釋放，這些積累在機殼上的大量電荷的排放可以減少電磁干擾，保證電子設備的正常運行。此外，要想獲得較好的屏蔽效果，還需要根據(jù)線路對屏蔽物體進行挑選，并為其選擇合適的接地，這樣才能保證電子設備的有效運行。
（3）接地技術(shù)能夠有效保證工作的安全性，如果發(fā)生直接雷電的電磁感應，可以有效保護電子設備，避免電子設備的意外毀壞；如果工頻交流電源的輸入電壓由于絕緣不良的原因與機殼直接相通的時候，可以有效保護操作人員的人身安全，以免發(fā)生觸電事故。因此，接地技術(shù)也是有效防止電磁干擾的重要方法，正確使用將會大大減少電子設備使用后的故障發(fā)生頻率，保證電子設備的正常運行，促進電子行業(yè)的發(fā)展。
四、結(jié)語
關鍵詞自動化焊接技術(shù)；水電設備結(jié)構(gòu)件；應用
中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0099-01
水輪發(fā)電機組中的焊接結(jié)構(gòu)件多為大型構(gòu)件，對焊縫質(zhì)量要求高，且焊接熔敷量大。在過去由于采用CO2半自動氣體保護焊來焊接水電設備結(jié)構(gòu)件，焊工技術(shù)水平的高低直接決定了焊接的質(zhì)量。而自動化焊接技術(shù)則不然，它具有較好的穩(wěn)定性，能夠通過自動化機械裝置和自動化控制裝置來代替人工焊接作業(yè)。采用自動化焊接技術(shù)可以大大降低勞動強度、改善勞動條件，還可以有效地節(jié)約人工成本及焊絲成本，提高生產(chǎn)效率。本文就自動化焊接技術(shù)在水電設備結(jié)構(gòu)件中的應用進行探討。
1熱絲TIG自動焊在模型試驗機管路中的應用
熱絲TIG焊是指將母材用非熔化的鎢電極來進行熔化，同時填充材料采用焊絲，這種方法能夠較好地降低母材的稀釋率，調(diào)節(jié)焊接熔池的熱輸入量，且無弧光、無飛濺、電弧穩(wěn)定性高，尤其適用于對于焊縫外觀要求高的焊縫和精加工坡口。某廠所生產(chǎn)出來的模型試驗機中，需要焊接某些管路，這些管路的坡口為精加工坡口，母材為奧氏體不銹鋼，完全符合自動化焊接技術(shù)的適用范圍。所以，利用傾斜鎢極的擺動功能，引入熱絲TIG自動焊接技術(shù)及設計工裝來充分熔合窄坡口兩壁的母材，用多層多道的熔敷方式來進行相應的焊接，結(jié)果證明，焊縫質(zhì)量為優(yōu)質(zhì)。
2底環(huán)、頂蓋、轉(zhuǎn)輪體上自動化帶極堆焊技術(shù)的應用
眾所周知，轉(zhuǎn)輪體是一種標準的回轉(zhuǎn)件，其實體外形的一致性較佳。應該將工件通過滾輪架或者變位機來將其放置到適當?shù)奈恢眠M行帶極堆焊。自動化焊接可通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪體來實現(xiàn)，槍頭在自動化帶極堆焊過程中可以出于不動的位置。為了大幅度提高焊接質(zhì)量和焊接速度，可以基于底環(huán)、頂蓋、轉(zhuǎn)輪體等水電設備結(jié)構(gòu)件的斜面狀況和實際尺寸，將普通焊絲用不同帶寬的焊帶（帶寬通常為30～60 mm）來進行代替堆焊。此外，對于底環(huán)、頂蓋等平面，也可采用自動化帶極堆焊技術(shù)來進行不銹鋼堆焊，起到耐磨、防腐蝕的效果。另外，焊縫表面通常會出現(xiàn)較為明顯的凹凸不平現(xiàn)象，會影響到焊接外觀，所以，需要在表層進行修飾焊。修飾焊的外觀應該滿足以下一些要求：①焊縫表面要超過母材表面，及時打磨焊縫表面超標部分，讓母材與焊縫表面保持較為圓滑的過渡狀態(tài)，不能傷害母材，這樣也就不會在日后出現(xiàn)銹蝕點；焊縫表面在每側(cè)的寬度應該達到0.5～2.0 mm；③沒有出現(xiàn)焊點、夾渣、裂紋、氣孔、飛濺、熔合等明顯缺陷，外觀應該保持均勻一致。
3焊接機器人的應用
焊接機器人主要適用于焊接巨型水電機組，巨型水電機組的水輪機轉(zhuǎn)輪通常都具有450 t，焊接是整個轉(zhuǎn)輪制造最關鍵的工序，工作量很大，每完成一整的轉(zhuǎn)輪焊接，需要10-12 t的填充焊接材料。自動化焊接技術(shù)的應用能夠保證焊接質(zhì)量，也能夠大幅度提高焊接的工作效率。通常焊接機器人都會配備雙絲埋弧焊、直流埋弧焊兩個焊接電源，焊接方法采用埋弧焊接法，每個焊接機頭所具有的自由度都為六個，能夠?qū)崿F(xiàn)過渡角焊縫的焊接和坡口填充。但是值得注意的是，巨型水電機組的水輪機轉(zhuǎn)輪由于結(jié)構(gòu)限制和焊接方法制約，很難實現(xiàn)全部自動化焊接，即便采用了大型焊接變位機，60%的焊接量還是都需要通過手工半自動焊接方法來完成，只有40%的焊接量能夠通過焊接機器人來完成。
4窄間隙埋弧焊的應用
窄間隙埋弧焊是一種較為成熟、且效率較高的焊接技術(shù)，被廣泛地應用在制造業(yè)的多領域。在水電設備結(jié)構(gòu)件焊接過程中，我們主要將窄間隙埋弧焊用于水輪發(fā)電機大軸、水輪機、軸鍛件、大厚板拼焊的焊接過程中，經(jīng)濟效益顯著，工作效率較高。眾所周知，水利發(fā)電機組中最重要的部件之一為水輪發(fā)電機大軸和水輪機大軸。我國長期以來都是依靠進口采購整體鍛件來加工成成品，成本較大、供貨困難。為了對這個問題進行解決，最為明智的選擇就是自己焊接成整體，只采用軸鍛件分段鍛制、供貨。哈爾濱電機廠有限責任公司采用這種方法已經(jīng)完成了多個大型水電站機組的水輪發(fā)電機大軸、水輪機大軸的焊接工作，基本是焊接一次合格，焊接坡口最深可達450 mm。目前國內(nèi)制造企業(yè)還開發(fā)出了分段焊接水輪機大軸、鋼板分段卷制的工藝技術(shù)，用窄間隙埋弧焊接方法來完成環(huán)形焊縫和縱向焊縫的焊接工作，從而大幅度提升焊接制造水平，這使得產(chǎn)品的制造周期大幅度縮短，也能夠降低國內(nèi)企業(yè)對于大型鑄鍛件的依賴程度。
5半自動氣體保護焊的應用
由于水電設備結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)較為復雜，工序較為復雜，因此，通用的自動化焊接方法應用范圍極其有限，焊接輔助時間也較長。半自動氣體保護焊接方法也就成為了水電設備結(jié)構(gòu)件的主要焊接方法之一，其主要特點就在于其焊接效率高、工作較為靈活，已經(jīng)成為了目前發(fā)展較快的焊接技術(shù)。
6自動埋弧焊小車的應用
自動埋弧焊小車具有下述優(yōu)點：采用雙驅(qū)動送絲，壽命長、動態(tài)響應快、慣量低、扭矩大，結(jié)構(gòu)緊湊，所有部件均可方便靈活地拆裝，滿足客戶各種實際需要。結(jié)構(gòu)靈活、調(diào)整方便，適應多種位置焊接，歡迎埋弧焊機主機廠定制，四輪驅(qū)動，手動離合，運行平穩(wěn)，可靠性好；可焊接碳鋼、不銹鋼、銅及合金等金屬材料；合金鋼送絲輪，使用壽命長，生產(chǎn)效率高；三拖板六自由度及組合式絲盤架，可實現(xiàn)多種焊接方式。
7結(jié)束語
總之，自動化焊接技術(shù)在水電設備結(jié)構(gòu)件制作中具有極為重要的作用，應用較為廣泛，能夠獲得良好的焊縫質(zhì)量，還可以提高勞動效率，產(chǎn)生較大的社會效益和經(jīng)濟效益。
參考文獻
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[2]龔玉蛟.焊接新技術(shù)在鍋爐壓力容器制造中的應用[J].科技風，2011（02）：102-124.
關鍵詞：人機工程學 工作行徑路線 容膝空間 視角范圍
中圖分類號：TN914 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）0006-02
雷達電子設備方艙作為雷達設備以及操作員的主要載體，是雷達系統(tǒng)的主要組成部分[1]。隨著社會的進步以及人們對于工作環(huán)境的舒適性要求越來越高。方艙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布局顯得尤為重要，其中方艙內(nèi)部的設計內(nèi)容主要包括噪音的控制、通風設計、照明設計、色彩與內(nèi)飾設計以及人機工程設計[2-3]。該文基于傳統(tǒng)方艙進行改進，提出新一代方艙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設計方案。
1 方艙的內(nèi)部主要構(gòu)成
電子設備方艙內(nèi)部的關鍵設備主要包括顯控臺、設備機柜、工作臺、配套工具以及空調(diào)，見圖1。方艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計主要根據(jù)內(nèi)部的有限空間進行關鍵設備的布局，傳統(tǒng)的設計方法主要是依據(jù)設計經(jīng)驗或設計模具現(xiàn)場體驗修正。該文基于現(xiàn)有軟件（DELMIA[4]和keyshot）進行方艙內(nèi)部設備的布局設計以及優(yōu)化，有效地降低勞動設計強度，減少設計成本，為方艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局提供設計依據(jù)。
2 方艙內(nèi)部布局設計
對于方艙內(nèi)部設備的布局設計，該文借助于人機工程仿真軟件DELMIA進行輔助設計，主要是對方艙內(nèi)人員行為路線、操作區(qū)域容膝空間以及可視范圍的優(yōu)化。
2.1 工作行為路線優(yōu)化
工作人員進入方艙的工作路線主要為：①進倉②打開倉內(nèi)照明③開啟倉內(nèi)電子設備④開啟顯控臺設備進行倉內(nèi)工作。整個倉內(nèi)設備的不同布局會影響到工作人員的工作活動路徑。為了能營造更好的工作環(huán)境以及提高員工的工作效率及舒適感，本文利用人機工程分析軟件――DELMIA進行工作路徑的仿真分析。
首先可以直接利用CATIA軟件進行方艙三維模型的建立，也可以通過PROE、UG等軟件建立方艙三維模型，然后導入DELMIA軟件的人機仿真工作環(huán)境內(nèi)。操作人員的建立，利用DELMIA軟件中的Human Builder功能設置工作人員身高、性別等相關參數(shù)可以方便快捷的建立出工作人員的三維模型，見圖2。
基于以上初步工作的完成，借助于DELMIA的人機仿真平臺按順序創(chuàng)建工作環(huán)境、創(chuàng)建流程計劃、創(chuàng)建仿真、增加仿真動畫、分析仿真動作。經(jīng)過此一系列步驟即可生成操作人員的倉內(nèi)工作動畫，并進行工作路徑的優(yōu)化，見圖3。對于不同的方艙內(nèi)布局，可以用同樣的方法進行方艙內(nèi)人員工作路徑的仿真優(yōu)化，設計出艙內(nèi)設備的初步布局。
2.2 容膝空間分析
工作人員在進行操縱工作的過程中，如何才能確保具有合理的容膝空間，使得人員能工作得更舒服，這是個方艙設計的關鍵問題。該文借助DELMIA仿真軟件進行工作人員容膝空間和工作視角分析，以2.1節(jié)中建立的方艙和工作人員模型，進行工作容膝仿真，見圖4。通過容膝分析可以優(yōu)化顯控臺工作平臺的結(jié)構(gòu)設計。
2.3 視角分析
在整個艙內(nèi)行徑分析的過程中，可以借助于DELMIA的Open Vision Window功能對工作人員的視角范圍進行實時監(jiān)測，如圖5所示。
圖5（b）表示工作人員走向顯控臺某一時刻（見圖5a）的視野范圍內(nèi)所見。在借助于軟件分析過程中，可以時刻顯示工作人員在動態(tài)行徑過程中任意時刻的所見。通過此分析可以優(yōu)化布局使得工作人員在艙內(nèi)工作過程中具有更加寬廣的視野范圍。
3 結(jié)語
該文基于人機工程仿真軟件――DELMIA，提出了一種電子設備方艙艙內(nèi)布局設計的新方法。利用該文提出的方法可以更加直觀的對艙內(nèi)工作人員行徑路線、容膝空間以及視角范圍進行分析。對不同的艙內(nèi)布局進行比對分析，從而設計出更優(yōu)的艙內(nèi)設備布局?；谌藱C工程仿真軟件的艙內(nèi)布局設計，可以降低設計成本，縮短研發(fā)時間，降低勞動強度。
參考文獻
[1] 楊會越.雷達方艙的布局設計探討[J].電子機械工程，2008，24（6）：14-17.
[2] 盧德輝，郭黎.某雷達電子設備方艙設計[J].電子機械工程，2012，28（6）：37- 39.
關鍵詞：星載電子設備；“彈簧帽”結(jié)構(gòu)；表面貼裝技術(shù)；熱分析
中圖分類號：TN803;TP302 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)2201503
Heatspreader Structure Design and Optimization of the Spaceborne SMT Chips
ZHU Jinbiao
(Institute of Electronics,Chinese Academy of Sciences,Beijing,100190,China)
Abstract：Characteristics of SMT chips of high power are that the heat-sink plane of them is on the top and there are hundreds of pins welded on the PCB.As a rule,the method of taking off the heat of the chips is to press an un-spring metal plane on the chips.The disadvantage of this method is the positive pressure brought to chips can not be concroled,that is to say,little pressure on chips will get more thermal resistence so that the method does not well in spreader heat,on the other hand,more pressure will get pins of chips breaks while satellite being launched.This paper designs a sping-cap-structure,analyzes and optimizes these structures using flotherm software,which comes to a useful conclusion that the sping-cap-structure meets the requirement of designs.The sping-cap-structure has been used in the satellite.
Keywords：spaceborne electronic equipment;sping-cap-structure;SMT;thermal analysis
1 引 言
為了滿足星載電子設備可靠性熱設計要求，使芯片結(jié)溫控制在一定溫度范圍內(nèi)［1］，降低設備的失效概率，必須針對大功率芯片進行熱設計［2,3］。而大功率表貼芯片的散熱結(jié)構(gòu)設計一直是星載電子設備可靠性熱設計的難點。
常見的熱沉面在頂面的芯片的散熱方法是采用一整塊金屬導熱板［4］扣壓在需要散熱的大功率芯片的表面，熱量通過金屬導熱板傳導給機箱，或者使用一小塊帽子形狀的金屬導熱板扣壓在芯片頂部和冷板［4］上，熱量先通過帽子形金屬導熱板傳導給冷板，然后再傳導給機箱。這兩種散熱方案都存在可靠性低的問題：一是芯片頂部受到的正壓力難以控制，受壓力過大，芯片的焊點容易在衛(wèi)星發(fā)射時的劇烈振動和沖擊力下遭到破壞；壓力過小，芯片的熱沉面與散熱結(jié)構(gòu)接觸面就減小，增大了熱阻，無法滿足芯片散熱的要求；二是由于芯片和金屬導熱板之間的熱膨脹系數(shù)不同，受熱變形后容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應力。
本文設計一種彈性的彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)，可以很好地解決這一問題。
2 常用星載表貼芯片的特點
星載電子設備常用表貼芯片的封裝形式［5,6］主要有QFP塑料方型扁平式封裝、PFP塑料扁平組件式封裝、BGA球柵陣列封裝、PLCC封裝、SOP小外形封裝等，如圖1所示。
其中，QFP，PFP，PLCC，SOP等封裝形式的芯片在電裝時不需在PCB板上制作焊盤孔，而是在PCB板表面對應芯片管腳位置上設置焊盤，采用SMT表面貼裝技術(shù)實現(xiàn)與PCB板的焊接。由于器件底面與PCB的留有間隙（約0.2 mm），所以器件的受力都作用到了管腳和焊盤上。
3 “彈簧帽”散熱結(jié)構(gòu)
基于上述表面貼裝芯片的特點，設計”彈簧帽”式散熱結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2所示1為散熱板；2為彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)；3為芯片；4為PCB板；5為導熱絕緣膠或片。散熱方案是：在芯片周圍鋪設散熱板，采用帽子形具有彈性的簧片扣壓在芯片熱沉面上，然后用螺釘將彈簧帽的邊沿安裝到散熱板與PCB組件上。熱量通過彈簧帽傳導給散熱板，再傳導到機箱、衛(wèi)星熱控系統(tǒng)。
圖1 各種表面貼裝芯片
圖2 “彈簧帽”式散熱結(jié)構(gòu)
彈簧帽材料選用彈性和導熱性能均較好的鈹青銅合金（牌號為QBe2，QBe1.7，1.9或者QBe1.9-0.1）、錫青銅合金（牌號為QSn4-3或者QSn6.5-0.1）或鋁青銅合金（牌號為QAL5或者QAL7）。為增加彈簧帽與芯片熱沉面之間接觸面積，減小熱阻，在它們之間增加導熱系數(shù)高、絕緣性能好的導熱膠或片，這種導熱絕緣膠的厚度控制在0.13～0.25 mm，熱阻為0.3～0.6，絕緣度為3 000～6 000 VA，能夠在溫度-40~120 ℃之間正常工作。
4 散熱帽結(jié)構(gòu)的熱仿真分析
使用Flotherm軟件對彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)進行熱仿真分析，建立如圖3所示幾何模型。
給定芯片功耗為400 mW，左右散熱板邊條的溫度恒定為45 ℃，PCB板材料從Flotherm軟件材料庫里選取為FR4。在芯片內(nèi)部設定一個監(jiān)測點，并設定兩種工作狀態(tài)：一種帶有彈簧帽結(jié)構(gòu)，另外一種去掉彈簧帽結(jié)構(gòu)，得到監(jiān)測點的穩(wěn)態(tài)溫度變化曲線，如圖4所示。
圖3 彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)幾何模型
圖4 監(jiān)測點的穩(wěn)態(tài)溫度變化曲線
圖4中縱坐標表示監(jiān)測點的溫度，橫坐標表示穩(wěn)態(tài)解算過程。0～6區(qū)間為采用彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)時的監(jiān)測點溫度變化曲線，最高溫度為50.2 ℃，6～16區(qū)間為去掉彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)時的監(jiān)測點溫度變化曲線，最高溫度為63.5 ℃。圖4說明彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)可以明顯降低芯片的溫升。
5 散熱帽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計
熱傳導基本規(guī)律――傅里葉定律［7］的數(shù)學表達式為：
ИЕ=－λAdTdx（1）И
式（1）中：Е瘴熱流量，單位為W；A為垂直于溫度梯度矢量的面積；λ為材料的熱導率，又稱導熱系數(shù)，單位是W?m－1?K－1。
從式（1）可以看出，熱流量與垂直于溫度梯度矢量方向的導熱面積成正比，而彈簧帽結(jié)構(gòu)的壁厚是影響導熱面積和重量的重要參量。保持散熱板截面積、彈簧帽結(jié)構(gòu)與散熱板之間的接觸面積不變，對不同壁厚條件下的彈簧帽結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)態(tài)分析，得到如圖5所示的溫度曲線。
圖5所示為彈簧帽壁厚度分別為0.1 mm，0.2 mm，0.4 mm，0.8 mm和1.6 mm五種情況下的穩(wěn)態(tài)溫度對比圖，這些厚度分別對應的區(qū)間是0~7，7~12，12~17，17~23，23~40。
從圖5中監(jiān)測點溫度的變化情況可知，厚度在0.1～1.6 mm范圍內(nèi)的彈簧帽散熱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)溫度相差不大。在厚度0.1～0.2 mm范圍內(nèi)，隨著厚度的增加，監(jiān)測點穩(wěn)態(tài)溫度升高，在厚度0.2～1.6 mm范圍內(nèi)，隨著厚度的增加，監(jiān)測點穩(wěn)態(tài)溫度降低。
彈簧帽的壁厚尺寸越大，相同的變形產(chǎn)生的彈性力就越大；同一壁厚尺寸的彈簧帽結(jié)構(gòu)，施加的變形力越大，芯片與彈簧帽的接觸面積就越大，熱阻越小，導熱性越好。由于衛(wèi)星發(fā)射時的沖擊震動易造成芯片管腳的斷裂，所以需要盡量減小彈簧帽施加給芯片的正壓力。
綜合以上分析，可以選用厚度在0.1～0.2 mm的彈簧帽結(jié)構(gòu)進行散熱，其彈性、散熱效果達到最佳。
圖5 彈簧帽不同壁厚情況下的穩(wěn)態(tài)溫度曲線
6 結(jié) 語
本文給出了一種星載電子設備的散熱結(jié)構(gòu)設計方案，即彈簧帽結(jié)構(gòu)，適合用于熱沉面在頂面且不能承受較大正壓力的芯片進行熱傳導散熱。
通過分析對比該散熱結(jié)構(gòu)使用前后的穩(wěn)態(tài)溫度，說明了彈簧帽結(jié)構(gòu)具有良好的散熱效果；通過分析對比不同壁厚散熱帽結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)溫度，給出既能保證散熱效果又能控制彈性力的彈簧帽壁厚范圍為1～1.5 mm。
目前，該散熱結(jié)構(gòu)方案已在衛(wèi)星電子設備中得到實際應用，取得了預期效果。
參考文獻
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關鍵詞：電子機柜 操控臺 翻轉(zhuǎn)機構(gòu) 設計研究
中圖分類號：TM59 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0085-01
電子技術(shù)的發(fā)展使得電子技術(shù)的應用越來越多，其面對的工作環(huán)境也越來越復雜，人們對電子技術(shù)設備的性能和質(zhì)量的要求也在不斷的增多。在很多的技術(shù)環(huán)境中，例如，車載系統(tǒng)中，由于其艙室的空間非常的有限，電子機柜在艙室內(nèi)的安裝只能通過并排的機柜安裝，并且其內(nèi)部的一些電子元件只能進行正面的維護和修理，從而使得電子設備的可維護性能較差，并且那些帶有操控太的電子機柜的維修就更加的困難，因此可以看出，對于電子機柜的操控臺進行翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的設計非常重要。
1 對翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的性能要求
在工作中機架和操控臺是平行放置，但是對電子設備進行維修時，需要將操控臺翻轉(zhuǎn)過來，翻轉(zhuǎn)到機柜的上面，從而讓操控臺的施工界面與地面保持垂直的狀態(tài)。因此在對翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)進行設計時，需要對其性能進行很好的掌握。要保證操控臺在進行設備的維護時能夠承擔一定的重量，從而保證設備的運行穩(wěn)定，在操控臺的運輸過程中要可以承受震動和沖擊，從而保證電子設備不能損壞，在進行設備的維護和修理時，要保證操控臺可以有效的翻轉(zhuǎn)，從而進行更好的維修。
2 結(jié)構(gòu)設計
在操控臺的翻轉(zhuǎn)設計中，最重要的設計就是保證操控臺和電柜機架之間不產(chǎn)生沖突，而操控臺與機架連接處的最上端是最容易發(fā)生沖突的地方，這就需要對操控臺的結(jié)構(gòu)進行很好的設計，通常采用的是平面連桿機構(gòu)。
2.1 結(jié)構(gòu)位置分析
四桿機構(gòu)是目前最簡單的一種平面的連桿機構(gòu)，在進行操控臺的翻轉(zhuǎn)設計時，通過四面連桿結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)設備的翻轉(zhuǎn)運動，并且保證設備與操控臺之間不發(fā)生沖突。在工作中，翻轉(zhuǎn)臺通常會有以下幾種工作狀態(tài)：首先是工作狀態(tài)下操控臺與地面處于平行狀態(tài)，這也是翻轉(zhuǎn)臺在工作時的通常狀態(tài)，這是連桿與設備是平行的。其次是設備的操作臺面與地面呈現(xiàn)垂直的狀態(tài)，這種狀態(tài)下連桿與機架是垂直的，由于受到重力的影響，設備會處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，從而讓設備的維修存在了很多的安全隱患。最后是維修狀態(tài)，在這個狀態(tài)下翻轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)角度最大，可以保證設備中的電子器件與機柜之間不發(fā)生沖突，并且能夠增加操控臺的維修穩(wěn)定性。
2.2 機構(gòu)的有限元分析
翻轉(zhuǎn)設備機構(gòu)是實現(xiàn)操控臺翻轉(zhuǎn)的重要部分，其電子零件的力學特性是保證其性能的重要關鍵。對翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求主要有剛性好，體積小，方便加工和強度大等，在進行這方面的分析時通常采用的是有限元發(fā)法對其的特性進行數(shù)值上的分析，從而使得結(jié)構(gòu)具有最佳的性能。從模型中可以看出，有限元的分析確定機構(gòu)的應力和受力反應，從而對操控臺的受力進行更好的分析和控制。
2.3 機構(gòu)的相關運動分析
在完成了對翻轉(zhuǎn)臺的強度和剛性進行相關的確定后，就要對設備的運動進行有效的分析。運動分析時需要的相關參數(shù)有機構(gòu)的外形尺寸、機構(gòu)主動件的位置和機構(gòu)的運動規(guī)律，通過對這些元素進行相關的分析，從而對機構(gòu)的運行進行研究。根據(jù)機構(gòu)上某點的加速度和角速度等的分析，可以判斷出機構(gòu)的運動特點，從而確定設備的翻轉(zhuǎn)程度。在進行運動分析時，通常采用的是解析法和瞬心法，但是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，三維立體軟件技術(shù)進行實體模型的構(gòu)建，在進行其運動的仿真處理，從而對設備的翻轉(zhuǎn)進行更加精準的控制。
3 結(jié)語
在航艦的艙室或者是車載中，由于其空間有限，設備的維修通常存在的很大的問題，在進行電子機柜的維修是不能進行正面的維修，這極大的影響了設備的性能。因此為了保證電子機柜能夠進行有效的正面維修，通常采用操控臺的翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)對其進行正面維修。操控臺的性能和結(jié)構(gòu)設計對設備的維修十分關鍵，在進行翻轉(zhuǎn)時，需要保證翻轉(zhuǎn)臺的操作面與電子機柜設備不發(fā)生沖突。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通過構(gòu)建三位立體模型，通過軟件技術(shù)來確定其相關參數(shù)和運動特點，從而保證設備更好的運行。要加強對電子機柜操作臺翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，從而對電子設備更好的維修，從而提升電子機柜的使用性。
參考文獻
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航天、彈載電子設備在工作中面臨著諸多限制，如空間密閉狹小、無法供風供液冷卻、體積重量限制、熱沉容量不夠、外部氣動加熱導入等多種苛刻條件。尤其是中段和末段工作的電子設備，其本身面臨著較高的工作環(huán)境初始溫度。隨著大規(guī)模集成電路和功率電子的日益普遍應用，彈載電子設備的散熱難題日益突出。
目前，彈載電子設備大多依靠自身的金屬結(jié)構(gòu)件來進行散熱,即利用金屬結(jié)構(gòu)件的熱容，被動地蓄納電子模塊工作時耗散的熱量。在重量體積強限制條件下，有限的結(jié)構(gòu)材料熱沉容量往往難以有效吸納電子設備的熱耗。近年來，彈載電子設備功耗增加,在工作末段散熱不足和溫度超限的情況愈發(fā)突出。
相變材料（PhaseChangeMaterials,PCM)是指在特定溫度下，從一種聚集態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種聚集態(tài)的物質(zhì)，這一過程同時伴隨著大量儲熱或放熱的現(xiàn)象。本文采用固-液相變材料為填料設計彈載電子設備熱沉裝置,主要介紹相變熱沉裝置的設計要點、仿真分析與試驗結(jié)論。
1相變熱沉裝置設計
彈載電子設備散熱的常用熱沉材料物性參數(shù)如表1所示，這幾種材料比熱容都較小,密度較高相對而言，如圖I'3所示，某相變材料處在相變溫度區(qū)間(圖中40尤?44T)時，具有極大的焓值，從而可以吸納或釋放大量熱量以相變材料為主體的電子設備熱沉裝置，主要有以下作用：1)以相變潛熱吸納電子設備廢熱,從而延緩器件工作發(fā)熱引起的溫度升高過程;2)相變過程屮溫度較為穩(wěn)定，極大地緩解了電子器件的熱應力和熱沖擊)重td：輕、吸熱it大，費效比得到提升。
11相變材料的選擇
用于電子設備溫控的相變材料必須具備相變溫度區(qū)間與設備工作溫度區(qū)間匹配、相變潛熱高、相變可逆性好、熱穩(wěn)定性好、體積變化小、不易燃、安全性好等特點「如石蠟等烷枝類相變材料，相變潛熱可達160-250W/kg,遠高于鋁合金和銅，密度僅約為0.8-0.9能很好地滿足電子設備溫控需求,
是相變熱沉裝置設計的常用選擇4-61。表2列出廠常用商用相變材料的物性參數(shù)
SSSSSSSSSSSSSS
粗煉石蠟和工業(yè)石蠟本身含有少量雜質(zhì)，具有雜質(zhì)帶來的弱酸堿性。本文選取的相變材料暫命名為PCM60、PCM44，名義相變溫度點在60尤、44t,基于二十二烷系和二十四烷系等組份的精煉石蠟輔以改性添加劑能規(guī)避以上弱點其物性參數(shù)：密度為800kg/m3,導熱系數(shù)為0.2W/(m.K)，固態(tài)比熱容為1760J/(kg?K)，液態(tài)比熱容為2730J/(kg?K)，相變潛熱值分別為176kj/kg和230kj/kg,
11相變熱沉裝置結(jié)構(gòu)設計
相變熱沉裝置以中空的殼體結(jié)構(gòu)裝填相變材料封裝而成，結(jié)構(gòu)外形可以按需設計或共形設計，如圖2所示出于熱容量最大化和輕量化的考慮，通常結(jié)構(gòu)設計屮會盡可能減小封裝體壁厚、增大相變材料填充敁
相變熱沉裝置結(jié)構(gòu)設計的要點在于:1)相變過程屮的抗膨脹力學設計;2)導熱增強設計。相變材料在固體-液體轉(zhuǎn)換過程中，會發(fā)生一定的體枳膨脹或收縮,尤其是體積膨脹力巨大，封裝結(jié)構(gòu)支撐不住就會發(fā)生脹裂、變形、泄露等問題，造成相變熱沉裝置失效如何有效化解這種膨脹力，關鍵在于設計思路的轉(zhuǎn)變:控制相變材料的填充量，即以高于工作最高溫度的融化態(tài)完成填充和真空封裝同時，針對封裝體的薄?結(jié)構(gòu)，減小跨距、輔以力學強度仿真進行校核計算,相變材料有相變潛熱丨:大的優(yōu)點，但丨時存在導熱系數(shù)極低的問題，這極大地制約著相變熱沉裝置的故熱效率,提商相變熱沉裝置的名義導熱系數(shù)顯得非常必要。常見的導熱增強設計手段有：在相變材料中摻雜打墨、銅粉、鋁粉，或在封裝殼體內(nèi)設置金屬翅片作為異熱增強筋4,或采用泡沫銅、泡沫鋁、膨脹厶墨基體吸附相變材料等措施。本文基于后期批產(chǎn)穩(wěn)定性和經(jīng)濟忭的考慮,采用精細優(yōu)化設計的導熱增強筋，既穩(wěn)步提尚了相變熱沉裝置整體的名義導熱系數(shù),乂能兼顧抗膨脹力學性能要求，同時簡化:藝工序，結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。
2試驗設計
2.1邊界條件
以一個功放電子模塊為工作對象，本文設計了如圖4所示的熱沉裝置。分別以實心鋁合金塊、填充PCM44和填充PCM60制作結(jié)構(gòu)外形完全相同的熱沉裝置，命名為HS00、HS44和HS60:,表3為試驗熱沉樣本相關參數(shù)。
電子模塊的溫控要求是在工作保持關鍵熱源器件的殼溫不超過85t,本文評估各種熱沉裝置在室溫環(huán)境下(25T)啟動工作的溫控性能和延時性能,以定性輔導后續(xù)E程設計熱沉裝置與電子模塊采用螺釘螺接方式,接觸面有一定的平面度和粗糙度要求，均勻涂抹一層導熱硅脂|整體外表包菹保溫棉’隔離試驗環(huán)境和空氣對流的影響。采用OMEGA0.127mn.的K型熱電偶測溫，傳送至N14353溫度采集模塊記錄，對電子模塊和熱沉均采用多點多面測溫取均值。
2.2理論蓄熱量計算
以熱源器件溫升至85X,為限，考慮一定的傳熱溫度梯度，假設此時試驗件達到名義溫度80°C的均溫體，可以按下式計算各類熱沉裝置的理論蓄熱
式中為熱沉裝置及電子模塊紺合體中各組分的質(zhì)量;c,.為各組分的比熱容,包括金屬盒體、固態(tài)PCM和液態(tài)PCM等;A7；是各組分在相變前后各階段的溫升區(qū)間;為填充相變材料的質(zhì)量;A/m為相變焓值經(jīng)理論計算，HS00、HS44和I1S60各熱沉裝置主體溫升至80t所能吸收的熱量分別為30.7kj,49.5k.|和的.9k.|，對應于30W電子模塊的"了支持工作時間大約為17min,27.5min和26min,實際工作屮，還受到熱傳導速率、溫度梯度不均勻、相變材料內(nèi)部傳熱和熔化的遲滯性等影響112，因此以上推論可用于定性分析參考。
3結(jié)果探討
3.1設計仿真分析
相變散熱裝置的仿真分析有兩個H的:一方可以以熱沉裝置的總熱容敁和名義導熱系數(shù)為n標w數(shù)，優(yōu)化相變熱沉裝置的內(nèi)部增強筋設計;另一方面以針對相變熱沉裝置的溫控可行性進行初步評估與傳統(tǒng)仿真分析的不同之處在于相變材料的焓值分布[冬丨決定r需要設置材料的熱物性參數(shù)為非定常參數(shù)表本文主要通過仿真優(yōu)化分析優(yōu)化r相變熱沉裝貫內(nèi)部的導熱增強筋設計。根據(jù)熱源器件的分布，導熱增強筋設定為非均勻的井字形隔筋，厚度0.8mm,亂開設各方向缺Ii以使各個隔筋小腔體K相聯(lián)通,，
3.2相變熱沉性能驗證試驗
電子模塊工作在30W熱耗下吋，使用不同熱沉裝置,從熱源器件測得的溫度曲線如閣5所示?r以看出，無熱沉、采用鋁塊熱沉HS00和采用HS44相變熱沉裝置條件下，電子模塊熱源器件的溫度升高到80尤的時間分別為9min、18min和45min,HS44相變熱沉表現(xiàn)出明顯的溫控性能。
由圖i'I見,無熱沉條件下，器件的溫度變化曲線呈
快速近似線性的增長趨勢。在鋁塊熱沉HSOO的作用下，器件的溫度曲線是較大斜率的凸形曲線。在相變熱沉HS44的作用下，溫度曲線的15min前和40min后均表現(xiàn)為凸形曲線形態(tài)，中間段在15min至40min呈現(xiàn)出一段溫升速率降低、斜率減小的凹形形態(tài),溫度平緩上升，可以理解為該時間段內(nèi)相變過程正在發(fā)生。
3.3不同相變填料的對比試驗
使用相變?nèi)埸c不同的PCM44和PCM60兩種材料制作了結(jié)構(gòu)相同的相變熱沉裝置HS44和HS60,在相同的電子模塊熱負載工作條件下，熱源器件的工作溫度曲線如圖6所示。
圖中可以看出明顯的相變過程差異，即曲線的平緩段（假定此刻相變過程正在發(fā)生）熱源器件的溫度分別處于70t~90t和45尤~65t，高于相變材料熔點10^-30，這個溫度梯度反映的是電子模塊內(nèi)部和相變熱沉裝置內(nèi)的傳熱溫差。同時可以看出，該電子模塊在30W熱耗下，若工作時長要求較短，則使用HS44能獲得更好的控溫效果;在工作時長超過50min后,二者作用下的器件升溫趨勢接近，溫控性能基本一致。
3.4不同加熱功率的影響
圖7為在電子模塊加載20~100W不同熱功率條件下,使用相變熱沉裝置HS44的電子模塊中熱源器件溫度曲線圖。從該圖可以看出，隨著熱源功率的增大，熱流密度升高，模塊升溫逐漸加快，溫度曲線中的平緩段逐漸消失，相變材料的蓄熱與溫控功效明顯削弱。當熱源功率達到100W時,使用該相變熱沉裝置相比無熱沉的情況,器件升溫到達80t的時間僅延長約6min,并且其溫控散熱性能還不如純鋁塊熱沉HSOO，如圖8所示。該現(xiàn)象主要是因為相變材料及相變熱沉裝置的導熱率過低所致，熱傳導遲滯,熱源器件表面熱量累積。因此，相變熱沉裝置在超大熱耗、超大熱流密度的場景下具有較大的局限性。實際工程設計和使用中，應通過分析和測試，掌握相變熱沉裝置的應用邊界。
3.5高溫工作
圖9為電子模塊加載30W熱功率條件下，HS60相變熱沉裝置分別在25t和45T環(huán)境中開始工作的器件溫度曲線。從中可以看出，在25尤環(huán)境下工作,溫度曲線明顯有一個平緩段，大約在70t~90t區(qū)間，持續(xù)時間約40min。在平緩段前，溫度曲線斜率較大，在平緩段后，溫度曲線的斜率再次增大，這兩端都是因純粹依靠材料的定比熱容吸熱、熱容不足而引起的溫升近乎線性趨勢。當在45T環(huán)境下啟動工作時，全程的溫度曲線斜率都沒有25t環(huán)境啟動階段的斜率大，并且看不出明顯的相變發(fā)生平緩段。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和觀察HS60材料的焓值分布圖可知，在電子模塊啟動工作5min內(nèi)，熱沉裝置溫度巳部分達到55t以上，已經(jīng)進人了HS60材料的相變發(fā)生區(qū)間(55°C~62T)，可以理解為此后幾乎全程相變?nèi)刍荚诟鱾€局部逐步發(fā)生。結(jié)合3.3節(jié)試驗結(jié)論分析表明，相變材料的相變溫度區(qū)間與電子模塊的啟動溫度和許可最高工作溫度均應當保持一定的差距，設計中應權(quán)衡選取。
4結(jié)束語
本文闡述了采用相變材料制作熱沉裝置解決彈載電子設備溫控需求的可行性，詳細介紹了設計要點和試驗過程。
試驗結(jié)論表明，在一般熱耗下,相變熱沉裝置對比鋁塊熱沉或無熱沉裝置，均能使彈載電子設備獲得更優(yōu)異的散熱溫控效果和減重效果。而相變熱沉裝置的應用中，對相變材料的相變溫度區(qū)間選取尤其重要。相變溫度區(qū)間應處于啟動環(huán)境溫度和器件工作最高許可溫度之間，建議均保持20t左右的溫度差，這樣才可獲得較好的溫控效果。
Abstract： By analyzing the reason of the fault of digital walkie-talkie under harsh natural environment condition， one can draw a conclusion that the default of three-proofing design is the most critical factors of causing electronics products being unable to work. The article is based on configuration design of handheld digital walkie-talkie， applying rational principles and methods of three-proofing design， optimizing material and minimizing the influence of configuration design for product performance. Thereby it can highly improve product environmental adaptability under bad environment condition and reduce the fault rate of product.
關鍵詞： 三防設計；數(shù)字對講機；結(jié)構(gòu)設計
Key words： three-proofing design；digital walkie-talkie；configuration design
中圖分類號：TN802 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）16-0047-02
0 引言
21世紀，數(shù)字對講機是現(xiàn)代指揮專用的主要無線通信方式，在實際的工作狀態(tài)中，所發(fā)生的故障約一半是由環(huán)境因素導致的，其中90%以上是由溫度、鹽霧、濕度、霉菌和振動造成的。換句話說，設備的可靠性與環(huán)境因素有著重大關系。
在電子通信行業(yè)中，三防設計一般定義為防潮熱設計、防鹽霧設計和防霉菌設計。電子裝備的“三防”性能，已成為系統(tǒng)整機重要的性能指標之一。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計，采用三防技術(shù)設計的數(shù)字對講機，能有效降低設備的故障率，提高產(chǎn)品可靠性和適應使用環(huán)境能力。因此，加強產(chǎn)品的三防結(jié)構(gòu)設計，減小環(huán)境對設備性能的影響，是產(chǎn)品設計中的重要環(huán)節(jié)。
1 結(jié)構(gòu)設計對產(chǎn)品性能的影響
專用數(shù)字對講機使用環(huán)境比較惡劣，采用三防技術(shù)設計的產(chǎn)品可適應野戰(zhàn)的高低溫，潮熱，鹽霧等嚴酷氣候條件，并且能夠長期穩(wěn)定、可靠地工作。三防結(jié)構(gòu)設計是三防設計完善與否的關鍵之一[1]，通過結(jié)構(gòu)設計體現(xiàn)出三防設計的要求。因此，在電子設備的產(chǎn)品設計中，整機結(jié)構(gòu)設計是否合理，不僅決定產(chǎn)品的成本高低，同時影響產(chǎn)品的使用性能。
當前，數(shù)字對講機的結(jié)構(gòu)設計存在諸多缺陷，主要體現(xiàn)以下方面：
①密封性差，防水防潮性能弱，導致對講機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，導致產(chǎn)品在鹽霧環(huán)境使用時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)品放置一段時間后就會發(fā)霉。
為解決上述不合理問題，需將三防設計的原則和方法融入結(jié)構(gòu)設計中，從而提高對講機的環(huán)境可適應性，機械性能以及電氣性能。
2 三防結(jié)構(gòu)設計
三防技術(shù)是涉及結(jié)構(gòu)設計、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)設計為主要內(nèi)容。運用三防設計的原則和方法，解決數(shù)字對講機結(jié)構(gòu)設計存在的不合理問題，主要考慮如下幾點：
2.1 防潮熱結(jié)構(gòu)設計 在三防設計中，防潮熱設計主要是防水設計。數(shù)字對講機由于體積小、重量輕、電子元器件之間的間隙小，其采用的防潮熱設計方法如下：
①優(yōu)選防火、防銹蝕的合金材料；②在數(shù)字對講機表面涂覆保護層以防止銹蝕；③整機采用外殼密封防水，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)品外殼防護等級》標準，手持式數(shù)字對講機屬于外殼結(jié)構(gòu)防水且不怕腐蝕的小型通信設備，其整機的防水等級為IPX7。為便于更快、更直觀地檢測產(chǎn)品的氣密性，采用充氣檢測法代替浸漬試驗。表1為數(shù)字對講機氣密檢測的試驗參數(shù)。
為達到要求的防水等級，數(shù)字對講機結(jié)構(gòu)設計時主要采用防水圈、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)字對講機為例，具體防水結(jié)構(gòu)設計如下：
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)字對講機成為一個密閉的腔體；2）功能旋鈕和中殼局部配合處采用O型圈密封；3）硅膠按鍵周圈設計的半圓型凸臺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，同樣可以達到良好的密封防水效果。
2.2 防鹽霧腐蝕的結(jié)構(gòu)設計 鹽霧環(huán)境會引起手持式數(shù)字對講機的腐蝕，甚至影響整機的使用性能。按照《GB /T2423.17電子產(chǎn)品防鹽霧測試》的試驗方法：需要將對講機放置在氯化鈉含量為5±1%的鹽溶液，溫度為35±2℃的試驗箱中，承受連續(xù)噴霧時間為48h的試驗，且連續(xù)噴霧每24h檢測一次鹽霧的沉降率和pH值。試驗結(jié)束后，檢測噴霧后收集液的pH值是否在6.5～7.2范圍內(nèi)，并將設備在正常的試驗大氣條件下放置48h，然后進行全面直觀檢查及性能檢測，如果沒有任何鹽霧腐蝕跡象，樣品試驗合格。圖1所示，鹽霧試驗樣品為鎂合金AZ91B，采用陽極氧化處理，可以抗連續(xù)鹽霧試驗48h。
防鹽霧設計的原則是：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；③合理的結(jié)構(gòu)設計。依上述設計原則，在結(jié)構(gòu)設計方面主要考慮以下3點：
①優(yōu)選耐鹽霧腐蝕材料。由于工作環(huán)境惡劣，對講機設計需要優(yōu)選耐蝕性強的材料。相較鎂合金，鋁合金本身耐蝕性強，一般大氣條件下，鎂合金需要加保護層，而鋁合金只有在嚴酷的大氣條件下才加保護層[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時間對比，其中鍍層厚度均為7μm。
②采用表面涂覆層保護。1）由于緊固螺釘?shù)氖植厶幰啄p，應使用奧氏體不銹鋼，如：0Cr18Ni9（304）、0Cr17Ni12Mo2（316）并鈍化處理，滿足強度要求同時也可以通過中性鹽霧試驗48h無腐蝕；2）外露的充電觸點選用黃銅材料，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電氧化磷化底漆噴褐綠色塑粉。
③設計合理的結(jié)構(gòu)?？紤]涂裝和維修的方便，設計時盡可能采用簡單、合理的結(jié)構(gòu)方式。例如，前殼需要暴露在外，設計時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，起到良好防護作用。
2.3 防霉菌設計 在濕熱環(huán)境中，對講機極易遭受霉菌侵蝕，因此，防霉設計是濕熱環(huán)境下對講機環(huán)境防護設計的重要內(nèi)容。數(shù)字對講機采用鋁合金材料，霉菌試驗僅作外觀檢查，試驗周期28天。其具體測試內(nèi)容：在溫濕度交變環(huán)境下進行，每24h循環(huán)一次。植入試驗要求菌種，試驗結(jié)束時，立即檢查樣品表面霉菌生長情況，按表3評定試驗結(jié)果。
由于工作環(huán)境的特殊性，數(shù)字對講機在結(jié)構(gòu)設計上的防霉菌措施是：①選用抗霉菌性能強材料。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，零部件用強紫外線進行照射，同時密封的內(nèi)腔充入高濃度的臭氧，防止和抑殺霉菌，能起到有效防護作用。
3 結(jié)論
三防技術(shù)是一項復雜且與結(jié)構(gòu)設計緊密聯(lián)系的系統(tǒng)工程，隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的廣泛應用，“三防技術(shù)體系”得到逐步完善。結(jié)構(gòu)設計師在設計產(chǎn)品時應考慮整機的三防設計要求，大大提升產(chǎn)品的環(huán)境適應能力。如今，隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，采用三防設計的數(shù)字對講機逐步走進人們?nèi)粘Ｉ钪小?/p>
參考文獻：
[1]劉欣，劉繼芬.三防技術(shù)分析與應用[J].電子工藝技術(shù)，2010，31（6）：354-357.
[2]王健石，胡克全，吳傳志.電子設備結(jié)構(gòu)設計手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，1993.
【關鍵詞】電子產(chǎn)品；設計缺陷；影響因素；評估模型
科技的發(fā)展讓電子設備越來越小型化、低成本化，而受益于電子設備的方便和便攜，電子設備已經(jīng)深入人們生活的方方面面，可以說電子設備已經(jīng)徹底改變了人類的生活方式，帶來了極大的方便。但是隨著電子設備的發(fā)展，人們對于電子設備的性能和外觀越來越追求極致，這也就帶了電子產(chǎn)品設計缺陷的風險的提高。而市場的競爭越來越激烈，廠家不得不縮短電子設備的更新間隔，也就從另一個方面提高了電子產(chǎn)品設計缺陷出現(xiàn)的幾率。
1設計缺陷概述
綜合權(quán)威機構(gòu)對于設計缺陷的概述，設計缺陷的定義如下：
（1）設計缺陷是產(chǎn)品在設計的時候出現(xiàn)的缺陷，而在制造過程中沒有發(fā)現(xiàn)，或者是發(fā)現(xiàn)的卻加以隱瞞。
（2）設計缺陷的最直觀的表現(xiàn)就是影響用戶的使用，導致產(chǎn)品達不到用戶的預期要求，甚至在某些情況下對用戶的生命及財產(chǎn)安全造成損失。
（3）設計缺陷并不單獨出現(xiàn)，往往是一個批次的產(chǎn)品都存在問題，可能會給消費者其生產(chǎn)廠家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失。
（4）造成設計缺陷的原因很多，對于電子產(chǎn)品的要求過高，可能會導致只能滿足一部分的要求，從而形成了設計缺陷。
在對電子產(chǎn)品要求越來越高的今天，可以下結(jié)論說，電子產(chǎn)品設計的缺陷是無法避免的，廠家能做的只是把電子產(chǎn)品設計的缺陷控制在一定的水平，不對消費者造成很大的影響。
對于電子產(chǎn)品的設計缺陷，從產(chǎn)品的功能來分，可以分為以下幾類：
（1）軟件設計上的缺陷。軟件和硬件是電子產(chǎn)品的兩大要組成要素之一，軟件缺陷是影響用戶體驗的重要原因，其具體表現(xiàn)是，影響用戶對于電子產(chǎn)品的操作，甚至可能造成硬件的損壞。
（2）硬件設計缺陷。受設計水平的影響，或者受預期功能的影響，不同的電子產(chǎn)品使用的不同的硬件，但是不同的硬件之間并不能隨意組合，不科學的硬件搭配，也會影響用戶的使用體驗，甚至對用戶的財產(chǎn)安全造成威脅。
（3）結(jié)構(gòu)設計缺陷。這里的結(jié)構(gòu)設計缺陷，主要是指電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不能夠抵抗外部干擾。無論在什么地方，我們都身處電磁干擾之中，而如果不能屏蔽電磁干擾，電子產(chǎn)品的運行就難以保證。
2電子產(chǎn)品設計缺陷的形成機理
電子產(chǎn)品設計缺陷的形成機理可以如下圖所示：
一般來說，電子產(chǎn)品的設計缺陷都出現(xiàn)在設計階段，設計的最初目的是滿足預期功能，而對于電子產(chǎn)品來說，預期功能一般都不存在問題，而在設計方面對于預期功能的實現(xiàn)卻很容易產(chǎn)生問題。
3. 缺陷跟蹤系統(tǒng)概述
世界上沒有哪一個企業(yè)能夠保證自己的電子產(chǎn)品是絕對完美的，而為了控制電子產(chǎn)品的缺陷程度，進而提高后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量，許多公司都建立了缺陷跟蹤系統(tǒng)，用于記錄和跟蹤設計缺陷的發(fā)現(xiàn)、解決、審核等過程，為下一階段的生產(chǎn)提供建設性的意見。
缺陷跟蹤系統(tǒng)是企業(yè)用于產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量控制的軟件系統(tǒng)，是企業(yè)信息管理、項目管理軟件系統(tǒng)的一部分。在電子產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)中，應用缺陷跟蹤系統(tǒng)的意義有：
（1） 在一定程度上修正由于產(chǎn)品缺陷而帶來的影響。產(chǎn)品的開發(fā)過程必然伴隨著缺陷，即便是蘋果公司也不能保證自己的產(chǎn)品完全沒有缺陷。對于產(chǎn)品缺陷進行跟蹤，能夠幫助廠家了解缺陷發(fā)生的原因，并及時進行彌補，能夠在一定程度上修正由于產(chǎn)品缺陷對消費者帶來的不好的影響，為公司將來的發(fā)展奠定聲譽。
（2）缺陷信息得到有效記錄和共享。缺陷跟蹤系統(tǒng)對于缺陷的采集和記錄，能夠讓電子產(chǎn)品這生產(chǎn)廠家及時意識到缺陷，并采取相應的彌補措施。而一個缺陷的發(fā)現(xiàn)，則能夠為下一代電子產(chǎn)品的設計提供建設性的意見，避免在下一代的電子產(chǎn)品中繼續(xù)出現(xiàn)同樣類型的缺陷，這對于電子產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家是很有意義的。
（3）產(chǎn)品質(zhì)量能夠進行定量分析。項目經(jīng)理可以根據(jù)缺陷跟蹤系統(tǒng)中的缺陷記錄提交、解決的情況，分析當前項目的設計開況，評估設計質(zhì)量，為下一階段設計開發(fā)工作的安排提供事實依據(jù)。
（4）促進人員交流，降低研發(fā)成本。缺陷跟蹤系統(tǒng)本身包含了企業(yè)對缺陷問題的處理流程，并將這一流程電子化、自動化，極大的提高了開發(fā)人員之間的交流效率，降低了研發(fā)成本?；谏鲜隼碛?，一家企業(yè)如要想提高自身的研發(fā)能力和產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量，必須有完善的缺陷管理制度和缺陷跟蹤信息系統(tǒng)，隨著項目規(guī)模和產(chǎn)品開發(fā)團隊的擴大，缺陷跟蹤系統(tǒng)必然會發(fā)揮越來越重要的作用。
4基于缺陷跟蹤系統(tǒng)的貝葉斯網(wǎng)絡
為了解決不定性和不完整性的問題，以計算電子產(chǎn)品設計缺陷出現(xiàn)的概率，這里引用貝葉斯網(wǎng)絡。貝葉斯網(wǎng)絡對于解決復雜是不是不確定性和關聯(lián)性引起的故障有很大的優(yōu)勢，其可以從不完全、不精確的產(chǎn)品信息中作出推理，以得到正確的結(jié)果。受篇幅的影響，本文不對于貝葉斯網(wǎng)絡的定義和用法作出詳細的解釋，只是簡介基于缺陷跟蹤系統(tǒng)的貝葉斯網(wǎng)絡的應用。
缺陷跟蹤系統(tǒng)的應用，讓電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)對于設計缺陷的定位由定性變成了定量，而利用貝葉斯網(wǎng)絡推理模型，在項目的初始階段，可以利用缺陷跟蹤系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，對項目進行合理的分析，就可以知道在以往的設計產(chǎn)品中有哪些缺陷，哪些部位容易存在缺陷，甚至可以具體算出設計缺陷在某個部位發(fā)生的概率的大小，從而在新產(chǎn)品的設計之初就能夠想辦法避免這些缺陷，以得到優(yōu)良的產(chǎn)品。
5小結(jié)
科技的發(fā)展讓電子產(chǎn)品成為人類生活的一部分，可以說人類的生活已經(jīng)離不開電子產(chǎn)品。我國作為世界上最大的電子產(chǎn)品新興市場，巨大的市場潛力對于電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家來說既是機遇也是挑戰(zhàn)。而想要在日益激烈的市場競爭中占有自己的一席之地，取得長遠的發(fā)展，相關電子企業(yè)就必須嚴格控制電子產(chǎn)品的設計缺陷。
【參考文獻】
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