電子產(chǎn)品的防水方式及其發(fā)展趨勢

吳廣峰　宋偉玲

【摘 要】本文主要闡述電子產(chǎn)品防水設(shè)計的必要性，全面解析防水等級最新國際標(biāo)準(zhǔn)要求。分析電子產(chǎn)品常用防水結(jié)構(gòu)類型、特點(diǎn)及應(yīng)用。最后展望電子產(chǎn)品防水結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】電子產(chǎn)品；防水結(jié)構(gòu)；防水等級

Waterproof Type and Development Trend of Electronic Products

WU Guang-feng1 SONG Wei-ling2

（1.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510641，China；

2.Modern manufacturing industry，Guangzhou light industrial senior technical school，Guangzhou Guangdong 510550，China）

【Abstract】This article mainly elaborates the necessity of waterproof design of electronic products，and comprehensively analyzes the latest international standard requirements of waterproof grade.Analysis commonly used waterproof structure type，characteristics and application of electronic products.Finally，forecast the development trend of waterproof structure of electronic products.

【Key words】Electronic products；Waterproof structure；Waterproof grade

0 前言

隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品融入到人們的生活當(dāng)中，為人們的生產(chǎn)、生活提供了極大的便利。比如人人必備的手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、各種家用電器，還有用于公共安全監(jiān)管戶外攝像機(jī)、車載攝像機(jī)等等。但是電子產(chǎn)品的自身特殊性，決定了其核心部分集成電路板不能夠接觸到水，否則就會對產(chǎn)品造成不可逆的損害[1]。因此，電子產(chǎn)品的防水設(shè)計就成了重中之重，是必須考慮的問題。

根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境不同， 電子產(chǎn)品的防水要求也不同。目前國際認(rèn)可的外殼防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)有“日本JIS標(biāo)準(zhǔn)（JIS C0920）”和“國際標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)等級IP標(biāo)準(zhǔn)（IEC60529）”。我國的相關(guān)國標(biāo)為GB4208-2008外殼防護(hù)等級，我國國標(biāo)主要內(nèi)容與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外殼防護(hù)等級IP相同。外殼防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)中，主要對產(chǎn)品的防塵和防水兩個方面做出了明確的規(guī)定。就人們?nèi)粘τ诜浪亩x來講，防水性好的產(chǎn)品，防塵性能也是非常好的。因此在電子產(chǎn)品設(shè)計時，考慮更多的是產(chǎn)品防水性。

1 IP國際標(biāo)準(zhǔn)對于防水等級定義

外殼防護(hù)等級國際標(biāo)準(zhǔn)的最新版本為IEC60529-2013。防護(hù)等級IP的主要由IP后面的兩位數(shù)字以及相應(yīng)的后綴字母來定義，第一位數(shù)字表示防塵等級，第二位數(shù)字表示防水等級。比如某個產(chǎn)品的防護(hù)等級達(dá)到了IP67，就是說該產(chǎn)品可以在6級防塵測試條件和7級防水測試條件下使用，而不會損壞。對于防水等級，最新的國際標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品做出了10個（0-9）級別的定義，其中對應(yīng)的防水種類及意義如表1所示[2]。

2 電子產(chǎn)品常用防水方式

電子產(chǎn)品一般由外殼、PCB板、緊固件、輔助零件和線材五個基本部分組成。外殼由于裸露在外部，所以一般來說承擔(dān)防水性能的都是外殼以及相關(guān)的輔助零件。目前電子產(chǎn)品主流的防水方式有以下五種：1）彈性元件；2）密封膠；3）防水雙面膠；4）超聲波焊接；5）二次注塑。

2.1 彈性元件

此類防水結(jié)構(gòu)在電子產(chǎn)品中最為常用，常見O型圈，硅膠、橡膠墊圈均屬此類。其原理是采用硅膠、橡膠等彈性好的材料做成不同的截面形狀，彈性元件裝配后受壓變形，對結(jié)合面兩側(cè)持續(xù)產(chǎn)生一定的壓力，進(jìn)而起到防水作用。常見的彈性元件截面形狀如圖1所示。

彈性元件防水的優(yōu)點(diǎn)是裝配方便、成本低、可反復(fù)拆裝、防水效果好，正常情況下，防水等級可以達(dá)到IPX7以上。因此，彈性元件防水結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、相機(jī)、監(jiān)控攝像機(jī)、豆?jié){料理機(jī)等電子產(chǎn)品中。比如監(jiān)控攝像機(jī)的玻璃視窗口、防水電池蓋。

此種結(jié)構(gòu)的防水性能好壞與彈性元件的壓縮量和配合面形位公差有關(guān)，以常見的硅橡膠密封圈來說，壓縮量經(jīng)驗值為[4]20%-30%，能達(dá)到較好的防水效果，且能保證密封圈的使用壽命。另外配合面光潔度、平行度好，裝配后防水效果越好。

2.2 密封膠

密封膠是指隨密封面形狀而變形，不易流淌，有一定粘結(jié)性的密封材料。是用來填充構(gòu)形間隙、以起到密封作用的膠粘劑。具有防泄漏、防水、防振動及隔音、隔熱等作用。電子產(chǎn)品上常用的密封膠是硅酮密封膠，它是以硅橡膠主要原料，輔以交聯(lián)劑、填料、增塑劑、偶聯(lián)劑、催化劑在真空狀態(tài)下混合而成的膏狀物，在室溫下通過與空氣中的水發(fā)生應(yīng)固化形成彈性硅橡膠。

硅酮密封膠優(yōu)點(diǎn)：1）優(yōu)異的電氣性能，2）對于基板沒有腐蝕，3）耐候性能和抗老化性能好，適用溫度范圍-60～280℃。

密封膠防水主要缺點(diǎn)是不可反復(fù)拆裝。一旦裝配后密封膠固化，再次拆開后固化后膠體被破壞，即失去防水性能，另外如果使用覆蓋式填充的灌封膠，會阻礙產(chǎn)品散熱。

電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時，防水配合面上通常要留有打膠的凹槽。密封膠防水通常適用于不拆或極少拆裝的部位，比如監(jiān)控攝像機(jī)的出線孔位置。

2.3 防水雙面膠

雙面膠是我們常見的辦公用品，具體到電子產(chǎn)品上，特別是有面板的電子產(chǎn)品，使用最多的是防水雙面膠。3M雙面膠是最常用的品牌。廣泛應(yīng)用于電腦、手機(jī)、通訊、家用電器、視聽設(shè)備、汽車等產(chǎn)品中，選用時我們可以根據(jù)粘接面的材質(zhì)和粘接要求，選用合適的雙面膠牌號。

3M雙面膠產(chǎn)品已經(jīng)系列化，不同基材、不同厚度的雙面膠，適用范圍也不同。比如泡棉基材雙面膠具有柔軟、貼服性好、初粘性和持粘性好、抗溶劑性和抗紫外線好等優(yōu)點(diǎn)，一般厚度為0.4-1.0mm，短期耐溫130-150℃，長期耐溫80-93℃，適用于空調(diào)器、各類面板、通訊產(chǎn)品的粘接，可代替螺絲固定設(shè)計，使產(chǎn)品更美觀。

2.4 超聲波焊接

超聲波焊接是通過超聲波發(fā)生器將50/60赫茲電流轉(zhuǎn)換成15-40kHz高頻電能。高頻電能通過換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動，機(jī)械運(yùn)動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動能量被通過摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能，將塑料熔化，使結(jié)合面牢固的連接在一起。

超聲波焊接的優(yōu)點(diǎn)是熱量只集中在焊接部位，焊縫牢固而美觀，幾乎所有的塑料都可以采用超聲波焊接。不需要添加任何粘結(jié)劑、填料或溶劑，具有操作簡便、焊接速度快、接頭強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。超聲波焊接防水性能可以達(dá)到IPX7以上。

超聲波焊接的主要缺點(diǎn)：1）受設(shè)備功率的限制，焊件厚度不能太厚。2）對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計要求很高，配合件要有足夠的強(qiáng)度、精準(zhǔn)的定位、合理的焊接線形狀和位置等等。任可一個因素都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品批量不合格。也正因如此，超聲波焊接在電子產(chǎn)品防水上應(yīng)用并不算多，常見有手機(jī)殼、電池殼、充電器外殼、U盤等不可拆組件。

2.5 二次注塑

二次注塑成型是一種特殊的塑料成型工藝，也稱套啤或者包膠。是一種將某種塑膠原材料在一次的塑膠模具內(nèi)成型后，將成型后的零件取出，放入二次成型的模具內(nèi)再次注入同種或者另外一種塑膠材料成型的工藝。

二次注塑成型可以使產(chǎn)品的表面充滿柔感，還可以增加產(chǎn)品功能性與附加值。例如減噪、減震、防水、防撞等等。目前在手機(jī)保護(hù)套、線材接頭中應(yīng)用比較廣泛。就防水功能而言，二次注塑的兩種材料如果融合性好的話，產(chǎn)品防水性能可以達(dá)到IPX7以上。

3 電子產(chǎn)品防水的發(fā)展趨勢

網(wǎng)絡(luò)購物和第三方支付平臺的崛起，大大方便了人們的生活。手持式電子產(chǎn)品如手機(jī)、平板電腦漸漸成為我們的必需品。這一類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是更加輕薄便攜，但傳統(tǒng)的防水結(jié)構(gòu)顯然不能滿足輕薄化的要求，消費(fèi)類電子產(chǎn)品急需一種更先進(jìn)的防水方式。

PCBA防水納米涂層技術(shù)較好的解決了這一問題，工藝原理是將PCB上的元器件全部貼片完成后在生產(chǎn)線加入一道工序，就是將線路板直接在納米防水液中浸泡，浸泡時間只需3-5秒，取出后自然常溫晾置10分鐘左右即可裝殼，非常方便，無須購置鍍膜機(jī)之類的設(shè)備，結(jié)膜也很完整。手機(jī)PCBA防水，特別是涂層式防水技術(shù)將有可能隨著iphone7采用PCB涂層防水而成為趨勢。

PCBA防水納米涂層為消費(fèi)類電子產(chǎn)品進(jìn)水贏得了急救的時間，讓生活當(dāng)中手機(jī)意外落水后有補(bǔ)救的機(jī)會，但這種防水方式并不支持長時間水下工作，僅通過PCB納米涂層這樣的超薄涂層很難獲得IPX6以上的防水性能，須輔助以外觀結(jié)構(gòu)防水設(shè)計和其它輔助防水手段才可以使手機(jī)整機(jī)達(dá)到IPX8級別[5]。

【參考文獻(xiàn)】

[1]盧璟，陶晉，李亦芒.電子產(chǎn)品的防水設(shè)計[J].機(jī)械，2008，35（7）：52-54.

[2]盛海華，王李芳.電子產(chǎn)品的防水方式設(shè)計[J].電子制作，2013（10）：191-191.

[3]IEC 60529-2013.Degrees of protection provided by enclosures（IP Code）[S].

[4]吳廣峰，朱文堅.車載攝像頭的防水結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013（12）：96-98.

[5]http：//www.tisxc.com/html/jjfa/28.html[DB/OL].

[責(zé)任編輯：田吉捷]