電子產(chǎn)品就像一個(gè)暴脾氣的鄰居:既不能經(jīng)受潮濕的環(huán)境,在其工作范圍內(nèi)也不能有污染物(就像不能忍受小孩兒在花園里胡鬧一樣)。國(guó)際電工委員會(huì)(The International Electrotechnical Commission ,簡(jiǎn)稱IEC),制定了一套防護(hù)等級(jí)制度(Ingress Protection,簡(jiǎn)稱IP),用以定義電子器件的防潮和抗污染等級(jí)。本文討論了電子器件為何需要一個(gè)清潔的工作環(huán)境,并討論了污染物是如何進(jìn)入電子系統(tǒng)的。本文還討論了IP標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)事例。
為何電子器件需要無(wú)污染環(huán)境
進(jìn)入電子器件外殼或封裝的污染物會(huì)造成器件的損壞,他們可能導(dǎo)致器件壽命縮短,也可能導(dǎo)致器件的失靈。損壞的方式是多種多樣的,例如,灰塵在插座、接口、電路板的縫隙處過(guò)多的積累,則會(huì)導(dǎo)致接觸不良;灰塵也可能形成絕緣層,導(dǎo)致電路發(fā)熱;如果灰塵和污垢進(jìn)入了接觸面之間,惡化的電導(dǎo)率會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)、繼電器和連接器出現(xiàn)一系列的問(wèn)題;在高壓環(huán)境下,灰塵和污垢還會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與大地之間產(chǎn)生電弧。
潮濕,或者說(shuō)水、濕氣,是電子器件,尤其是精密電子器件的敵人。不論是雷雨還是毛毛細(xì)雨,都會(huì)使產(chǎn)品暴露在不良的環(huán)境中。僅僅用清水清潔電路設(shè)備都會(huì)導(dǎo)致一系列的問(wèn)題,更不用說(shuō)高壓水流對(duì)設(shè)備造成的損壞了,自助洗車(chē)就是一個(gè)典型的例子,比如在洗車(chē)過(guò)程中用高壓水流清理引擎蓋底下的器件,則會(huì)導(dǎo)致器件的損害。更嚴(yán)重的是,潮濕的環(huán)境中凝結(jié)的水也會(huì)造成一系列的問(wèn)題,當(dāng)設(shè)備從低溫環(huán)境移動(dòng)到室溫環(huán)境時(shí),電路上會(huì)形成水氣。如果此時(shí)電路通電,則可能造成短路。
烈性化學(xué)物質(zhì)、表面活性劑或清潔液體(如高壓噴霧清潔設(shè)備中使用的清潔液體)會(huì)對(duì)電子設(shè)備和電路產(chǎn)生腐蝕性破壞,銅、鋁和銀等化合物對(duì)此更為敏感。腐蝕效應(yīng)削弱了材料固有的特性,導(dǎo)致電流承載能力下降。小尺寸的電子元件意味著小的導(dǎo)電面積和更低的抗腐蝕能力,因此小尺寸器件更為脆弱。
IEC IP 評(píng)級(jí)系統(tǒng)概覽
不要與互聯(lián)網(wǎng)中的IP協(xié)議混淆,IEC IP標(biāo)準(zhǔn)衡量的是入侵保護(hù)等級(jí)。隨著消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的便攜化和對(duì)耐用性的要求,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)逐步變得流行。IP名稱(或代碼)由兩位數(shù)字構(gòu)成,如IP67,IP68和IP69K:
? IP代碼的第一位數(shù)字表示設(shè)備對(duì)固體的防護(hù)等級(jí)。
? 第二位數(shù)字表示電子元件和電路中置于液體中保存的良好程度。
? 如表1所示,固體、液體的防護(hù)等級(jí)隨著級(jí)別的提高而增加。
表1:在IEC IP等級(jí)中,固體和液體保護(hù)等級(jí)隨著等級(jí)的提高而增加。
IP評(píng)級(jí)結(jié)合了固體和液體評(píng)級(jí):
IP67 - 防塵,防止水中短暫浸入
IP68 - 防水,防止水中持續(xù)浸泡
IP69K - 在高壓/蒸汽清潔(除潛水)時(shí),防塵,防水
“固體物體”包括從大于50mm的物體到灰塵微小斑點(diǎn)之間的所有物質(zhì)。IP2_等級(jí)表示外殼防止兒童的手指或類(lèi)似物體的伸入;任何小于手指的物體都可能會(huì)穿透外殼并造成傷害。IP等級(jí)IP6_表示設(shè)備防塵。
第二個(gè)數(shù)字表示外殼對(duì)液體的防護(hù)等級(jí),范圍為0到9K。評(píng)級(jí)為3表示設(shè)備可防雨,8級(jí)表明設(shè)備可長(zhǎng)期浸水。IP名稱為_(kāi)9K表示設(shè)備具有最高的等級(jí),表示可承受高壓/蒸汽清潔。值得注意的是,_9K評(píng)級(jí)并不一定意味著機(jī)柜可以長(zhǎng)期浸水(IP_8)。
IEC IP 評(píng)級(jí)的系統(tǒng)應(yīng)用
對(duì)于開(kāi)過(guò)蓋的電子產(chǎn)品,不論是電腦或者汽車(chē)保險(xiǎn)盒,灰塵都會(huì)進(jìn)入。低IP等級(jí)的設(shè)備主要防止諸如手指等突出物體的進(jìn)入,5-6等級(jí)的設(shè)備主要防止灰塵入侵。評(píng)級(jí)為5的設(shè)備表明灰塵不會(huì)干擾設(shè)備的運(yùn)行,評(píng)級(jí)為6的設(shè)備可以創(chuàng)造無(wú)塵環(huán)境。臺(tái)式計(jì)算機(jī)為了平衡成本、散熱和電路保護(hù)要求,需要達(dá)到5級(jí)。靈敏傳感器和電路經(jīng)常需要進(jìn)行封裝或者使用“pot”型器件,以防止任何固體入侵,同時(shí)能達(dá)到IP6_標(biāo)準(zhǔn)。
液體可以以多種方式入侵外殼。重力提供垂直沖擊所需的動(dòng)力,通常指雨淋和水滴。室外使用的設(shè)備的防水標(biāo)準(zhǔn)通??梢苑乐勾祟?lèi)入侵。帶防護(hù)的插座、安保攝像機(jī)、室外燈都是典型的例子。雨水和水滴由于水濺或噴灑可具有動(dòng)力。比如自然界中的風(fēng),或者人類(lèi)活動(dòng)中機(jī)床噴灑的冷卻劑都具有這種動(dòng)力。當(dāng)液體被推入噴射嘴時(shí),會(huì)產(chǎn)生噴射流。在日常生活或者工業(yè)環(huán)境中,常常會(huì)用到噴射嘴。
液體IP評(píng)級(jí)可以使用汽車(chē)的外殼作為例子加以說(shuō)明。外殼可以保護(hù)汽車(chē)在暴風(fēng)雨中不進(jìn)水(IP_3)。如果起風(fēng)了,或者汽車(chē)駛?cè)胍粋€(gè)水坑濺起了水(駕駛員最好別開(kāi)著車(chē)窗),這時(shí)需要達(dá)到IP_4防護(hù)。當(dāng)車(chē)主在車(chē)道上用水管洗車(chē)時(shí),需要達(dá)到IP_5防護(hù)。去一個(gè)洗車(chē)店則需要達(dá)到IP_6防護(hù)等級(jí),才能使車(chē)內(nèi)保持干燥,并且保護(hù)汽車(chē)的電氣系統(tǒng)不受損壞。
浸入式是入侵防護(hù)產(chǎn)品評(píng)級(jí)和資質(zhì)的焦點(diǎn)。個(gè)人電子產(chǎn)品中,首先提供此類(lèi)防護(hù)的是腕表,然后是相機(jī),最近能夠達(dá)標(biāo)的設(shè)備是手機(jī)。在這個(gè)領(lǐng)馭中,“防水”通常有諸多解釋方式,但I(xiàn)P67和IP68則能提供更為精準(zhǔn)的定義。浸入防護(hù)則通常應(yīng)用于諸如水流中的傳感器,部分時(shí)間或全部時(shí)間工作于水下的通訊、感知、導(dǎo)航系統(tǒng)中的電子器件。由于它們的工作環(huán)境中有水壓的因素,它們通常需要更為精良的設(shè)計(jì),比如加強(qiáng)的密封系統(tǒng),以最大限度地保證設(shè)備的使用壽命。
工業(yè)環(huán)境中經(jīng)常使用高溫、高壓沖洗。通常,此類(lèi)操作的目的是消除食品設(shè)備或制藥設(shè)備上的細(xì)菌和污染物。在設(shè)備運(yùn)輸或者日常維護(hù)時(shí),通常會(huì)涉及到深度清潔。不要忘記前面提到過(guò)的使用高溫高壓去清洗引擎零件的暴力鄰居(希望他別再變得更暴力了)。在工業(yè)環(huán)境中(比如食品加工、藥品加工、石油化工、垃圾回收、灌裝、運(yùn)輸),您常常會(huì)見(jiàn)到達(dá)到IP69K等級(jí)的設(shè)備。
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