防水结构设计方法大全

降本设计

2019-11-15 15:50:43

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防水很重要！！！

同导光一样，防水也是产品设计工程师在进行产品设计时经常碰到的一个问题，本篇文章将会总结各行业各类产品的常见防水结构设计方法，希望能给工程师的防水结构设计带来一些启示。

本文仅仅起着抛砖引玉的作用，用于开拓工程师的思路：以前想到防水结构设计，第一个想到的就是密封圈来防水；但是，除了密封圈来防水之外，也许还有其它更合适的防水方法，例如密封胶黏剂、灌胶，现场发泡成型技术等，这些新型的防水方法在某些场合可能使得产品结构更为简单、成本更低，同时防水可靠性更高。

对于每一个防水方法是如何进行具体的设计，本文并没有具体展开。如果工程师需要了解具体设计，可以参考我在公众号“降本设计”发表的资料搜索方法，自行去搜索相关资料。在文末我分享了一些我收集的资料，如有兴趣也可以按要求去下载。

1. 密封圈和密封垫

密封圈（O-ring）和密封垫（Gasket）是最常用的防水方法。

（密封圈）

（密封垫）

（iPhone 7 Plus 静音按钮通过密封圈防水）

（iPhone 7电源按钮通过两个小的密封圈防水）

（密封垫在连接器中的应用）

（iPhone 7 lighting接口通过密封垫防水）

（iPhone 7 Plus SIM卡通过密封垫防水）

2. LSR二次注塑

把液态硅胶LSR等弹性体通过二次注塑的方式与金属或塑胶件等结合成一体。使用二次注塑可以把两个零件合并为一个零件，省去后续的胶粘等二次加工工序，同时在装配工程中不易脱落，可靠性较高。iPhone8中SIM卡的防水就是通过液态硅胶与SIM支架注塑成一体来实现的。

3. 现场发泡成型

现场发泡成型技术（Formed-In-Place Foam Gasket，简称 FIPFG）是通过点胶设备按照规划的密封路径直接在壳体上进行发泡，进而加工生产出软并有弹性的发泡密封条。

4. 灌封

灌封就是将环氧、聚氨脂和硅胶等复合物用机械或手工方式灌人装有电子元件、线路的器件内，在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料，达到密封、防水、防尘和涂覆保护的目的。

（iPhone7主板通过灌封胶防水）

5. 纳米涂层

纳米涂层是指在纳米尺度下，低凸的表面可以吸附周围的气体分子，形成一层稳定的气体薄膜，避免材料与水分子的直接接触。水滴的接触角趋于最大值，涂层表面具备超强的疏水性能，由于其表面张力的作用，落到涂层表面上的水会变成水珠，不会破坏电子设备的内部材料。

纳米涂层的厚度仅2-4微米，肉眼看不到，在电路板表面形成一张极薄的网，有效降低电路板表面能量，形成荷叶效应，散热性能好，不影响连接器正常导电，防水可以达到IPx5,基本满足生活防水标准，也可以防腐蚀，抗酸碱盐。

（水滴无法停留在电路板上）

目前中高端运动耳机防汗就用这种涂层技术，还有电子烟防烟油对电路板的腐蚀也是这种村料，因为电子烟烟油一旦漏到主板上，将对主板上的元器件造成腐蚀。纳米涂层在操作方面非常简单，直接把线路板在纳米防水液里浸泡几秒取出来自然晾置10分钟就可以了，无需等待24小时，无须烘板，维修方便。

（观察左右两板PCB表面的液滴现象，其中右侧线路板有纳米防水涂层）

6. 三防漆

三防漆，英文：Conformal coating，是“防潮、防盐雾、防霉”的统称。它是一种特殊配方的绝缘涂料，通过施工涂覆形成一层很薄的对电子线路和元器件保护膜，该保护膜具有绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化、耐电晕、耐候性等特点。可极大增强电子线路和元器件的防潮防污能力和防止焊点、导体免受侵蚀，也可以起到屏蔽和消除电磁干扰和防止线路短路的作用，提高线路板的绝缘性能。此外，涂层保护膜也有利于线路和元器件的耐磨擦和耐溶剂性能，并能释放温度周期性变化所造成的压力。从而提高产品的可靠性，增加其安全系数，提高并延长产品的使用寿命.

灌封胶对电路板的防护作用超过三防漆。如果只要起到一个最基本的防护作用，可以选用三防漆防护。

7. 防水透气膜

防水透气膜是一种新型的高分子防水材料。其工作原理是：在水气的状态下，水颗粒非常细小，根据毛细运动的原理，可以顺利渗透到毛细管到另一侧，从而发生透汽现象。当水汽冷凝变成水珠后，颗粒变大，由于水珠表面张力的作用（水分子之间互相“拉扯抗衡”），水分子就不能顺利脱离水珠渗透到另一侧，也就是防止了水的渗透发生，使透气膜有了防水的功能。