三防设计及其在数字对讲机结构设计中的应用

陈勇 CHEN Yong；徐中亮 XU Zhong-liang

（广州海格通信集团股份有限公司，广州 510663）

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

0 引言

21世纪，数字对讲机是现代指挥专用的主要无线通信方式，在实际的工作状态中，所发生的故障约一半是由环境因素导致的，其中90%以上是由温度、盐雾、湿度、霉菌和振动造成的。换句话说，设备的可靠性与环境因素有着重大关系。

在电子通信行业中，三防设计一般定义为防潮热设计、防盐雾设计和防霉菌设计。电子装备的“三防”性能，已成为系统整机重要的性能指标之一。随着现代通信技术的高速发展，工程师越来越重视三防设计，采用三防技术设计的数字对讲机，能有效降低设备的故障率，提高产品可靠性和适应使用环境能力。因此，加强产品的三防结构设计，减小环境对设备性能的影响，是产品设计中的重要环节。

1 结构设计对产品性能的影响

专用数字对讲机使用环境比较恶劣，采用三防技术设计的产品可适应野战的高低温，潮热，盐雾等严酷气候条件，并且能够长期稳定、可靠地工作。三防结构设计是三防设计完善与否的关键之一[1]，通过结构设计体现出三防设计的要求。因此，在电子设备的产品设计中，整机结构设计是否合理，不仅决定产品的成本高低，同时影响产品的使用性能。

当前，数字对讲机的结构设计存在诸多缺陷，主要体现以下方面：

①密封性差，防水防潮性能弱，导致对讲机在雨天或者潮湿气候条件下不能正常使用；②材料选择或者工艺处理不当，导致产品在盐雾环境使用时不能有效抵抗盐雾腐蚀，甚至断裂；③我国南方及沿海地区气候较潮湿，产品放置一段时间后就会发霉。

为解决上述不合理问题，需将三防设计的原则和方法融入结构设计中，从而提高对讲机的环境可适应性，机械性能以及电气性能。

2 三防结构设计

三防技术是涉及结构设计、电子元器件装配以及工艺和生产技术管理等内容的综合性系统工程[2]，其中结构设计为主要内容。运用三防设计的原则和方法，解决数字对讲机结构设计存在的不合理问题，主要考虑如下几点：

2.1 防潮热结构设计 在三防设计中，防潮热设计主要是防水设计。数字对讲机由于体积小、重量轻、电子元器件之间的间隙小，其采用的防潮热设计方法如下：

①优选防火、防锈蚀的合金材料；②在数字对讲机表面涂覆保护层以防止锈蚀；③整机采用外壳密封防水，将电子元器件与周围环境隔离，不与外界的空气、水或其他腐蚀介质接触。

依照《GB4208-93电子产品外壳防护等级》标准，手持式数字对讲机属于外壳结构防水且不怕腐蚀的小型通信设备，其整机的防水等级为IPX7。为便于更快、更直观地检测产品的气密性，采用充气检测法代替浸渍试验。表1为数字对讲机气密检测的试验参数。

表1 气密检测的试验参数

为达到要求的防水等级，数字对讲机结构设计时主要采用防水圈、防水双面胶及局部封胶等防水形式。如果防水等级要求比较高，可采用二次啤塑及超声波焊接方式防水[3]。以手持式数字对讲机为例，具体防水结构设计如下：

①受话器前腔的出声孔使用防水透气膜，既起到防水作用，也可以透气透声。

②采用硅橡胶密封圈防水方式。1）前壳和中壳以及中壳和后盖配合处采用截面为圆形，邵氏硬度为45±5°的硅橡胶密封圈防水，使数字对讲机成为一个密闭的腔体；2）功能旋钮和中壳局部配合处采用O型圈密封；3）硅胶按键周圈设计的半圆型凸台与前壳配合起到防水作用。

③采用防水胶的密封方式。如视窗玻璃和前壳，充电座周圈与后盖之间的配合面可以采用3M双面防水胶，以起到密封防水作用。

④电池上，下壳体材料都为PC或ABS，通过超声波焊接的方式，将电池上下壳体焊接为一整体，同样可以达到良好的密封防水效果。

2.2 防盐雾腐蚀的结构设计 盐雾环境会引起手持式数字对讲机的腐蚀，甚至影响整机的使用性能。按照《GB/T2423.17电子产品防盐雾测试》的试验方法：需要将对讲机放置在氯化钠含量为5±1%的盐溶液，温度为35±2℃的试验箱中，承受连续喷雾时间为48h的试验，且连续喷雾每24h检测一次盐雾的沉降率和pH值。试验结束后，检测喷雾后收集液的pH值是否在6.5～7.2范围内，并将设备在正常的试验大气条件下放置48h，然后进行全面直观检查及性能检测，如果没有任何盐雾腐蚀迹象，样品试验合格。图1所示，盐雾试验样品为镁合金AZ91B，采用阳极氧化处理，可以抗连续盐雾试验48h。

图1 阳极氧化的镁合金AZ91B盐雾试验

防盐雾设计的原则是：①选用耐盐雾腐蚀性材料，金属一般选择合金为最佳；②元器件要有一定的覆盖层防护；③合理的结构设计。依上述设计原则，在结构设计方面主要考虑以下3点：

①优选耐盐雾腐蚀材料。由于工作环境恶劣，对讲机设计需要优选耐蚀性强的材料。相较镁合金，铝合金本身耐蚀性强，一般大气条件下，镁合金需要加保护层，而铝合金只有在严酷的大气条件下才加保护层[4]。如表2所示，铝合金和镁合金在不同的后处理方式下的抗盐雾试验时间对比，其中镀层厚度均为7μm。

表2 镁合金与铝合金盐雾试验时间

②采用表面涂覆层保护。1）由于紧固螺钉的十字槽处易磨损，应使用奥氏体不锈钢，如：0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)并钝化处理，满足强度要求同时也可以通过中性盐雾试验48h无腐蚀；2）外露的充电触点选用黄铜材料，且表面覆盖层采用镀金方式，镀层厚度为3μm；3）铝合金LY12壳体可以采用阳极导电氧化→磷化底漆→喷褐绿色塑粉。

③设计合理的结构。考虑涂装和维修的方便，设计时尽可能采用简单、合理的结构方式。例如，前壳需要暴露在外，设计时采用开放式的百叶窗结构形式，可以避免残余水分积聚和灰尘积存，起到良好防护作用。

2.3 防霉菌设计 在湿热环境中，对讲机极易遭受霉菌侵蚀，因此，防霉设计是湿热环境下对讲机环境防护设计的重要内容。数字对讲机采用铝合金材料，霉菌试验仅作外观检查，试验周期28天。其具体测试内容：在温湿度交变环境下进行，每24h循环一次。植入试验要求菌种，试验结束时，立即检查样品表面霉菌生长情况，按表3评定试验结果。

表3 长霉等级

由于工作环境的特殊性，数字对讲机在结构设计上的防霉菌措施是：①选用抗霉菌性能强材料。优选不易发霉的铝合金材料；②加入防霉剂和合理的表面涂覆。比如橡胶表面需要添加水杨铣苯胺的防霉剂，而金属外壳表面可以喷涂防霉漆，既美观又可以防霉；③防霉包装、密封。金属外壳密封前，零部件用强紫外线进行照射，同时密封的内腔充入高浓度的臭氧，防止和抑杀霉菌，能起到有效防护作用。

3 结论

三防技术是一项复杂且与结构设计紧密联系的系统工程，随着新技术、新材料、新工艺的广泛应用，“三防技术体系”得到逐步完善。结构设计师在设计产品时应考虑整机的三防设计要求，大大提升产品的环境适应能力。如今，随着人们对产品质量的要求越来越高，采用三防设计的数字对讲机逐步走进人们日常生活中。

[1]刘欣，刘继芬.三防技术分析与应用[J].电子工艺技术，2010,31(6):354-357.

[2]王健石，胡克全,吴传志.电子设备结构设计手册[M].北京:电子工业出版社,1993.

[3]盛海华，王李芳.电子产品的防水方式设计[J].应用技术，2013,10:191.

[4]邱成悌，赵惇殳,将全兴.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社,2001.