Расчёт ёмкости между двумя проводниками
где:  - эффективная диэлектрическая проницаемость изоляционных материалов;  - безразмерная величина, определяющая емкость на единицу длины рассчитываемой системы проводников;  – длина системы проводников, м (см. рис 19).
Рисунок 19. Емкость между проводниками
В печатных платах применяется защита печатного монтажа от воздействия климатических факторов внешней среды путем нанесения на поверхность платы защитных лаков. При этом для одно- и двухсторонних плат при определении необходимо учитывать диэлектрическую проницаемость основания платы e2 = 5.6, для воздуха e1 = 1.
 и  , где  и  .
Модуль эллиптического интеграла 1 рода  , t = 0.25мм
Из проведенных расчетов видно, что межпроводниковая емкость очень мала и не будет мешать работе устройства.
Моделирование тепловых и механических воздействий
Для оценки уровней механической нагрузки на изделие и температур на элементах, необходимо произвести следующие виды моделирования:
- моделирование теплового воздействия при комнатной температуре;
- моделирование гармонического вибрации частой 9Гц, максимальным ускорением 9g;
-моделирование линейного ускорения с максимальным ускорением 9g;
-моделирование многократного удара с максимальным ускорением 10g;
-моделирование одиночного удара с максимальным ускорением 10g.
Для моделирования используем АСОНИКА-ТМ, так как она идеально подходит для выполнения этих задач.
Подсистема предназначена для анализа механических и тепловых характеристик печатных узлов (ПУ) и электрорадиоэлементов (ЭРЭ) при тепловых (стационарных и нестационарных) и механических (гармоническая и случайная вибрации, одиночный и многократный удары, линейные ускорения и акустический шум) воздействиях.
Подсистема позволяет проводить:
анализ стационарных и нестационарных тепловых процессов в ПУ;
анализ механических процессов в ПУ при воздействии гармонической и случайной вибраций, одиночных ударов и ударов многократного действия, линейных ускорений и акустических шумов с учетом нелинейности механических характеристик;
комплексный анализ механических процессов в ПУ с учетом температуры нагрева участков ПУ, температуры окружающей среды и аэродинамического сопротивления воздуха;
анализ усталостной прочности выводов ЭРЭ.
Исследуемые конструкции могут быть закреплены произвольным образом и иметь произвольную ориентацию в пространстве.
Анализ ПУ на тепловое воздействие
Анализ ПУ на тепловое воздействие проведен для температуры окружающей среды 40 С.
Результаты моделирования приведены на рис. 20 и в таблице 10.
![e:\гречко2[1].gif](27563_html_1b48c19c.gif)
Рисунок 20. Результаты моделирования теплового воздействия
Таблица 10. Карта тепловых режимов
Вывод: Анализ таблицы 8 показывает, что наибольшее значения коэффициента тепловой нагрузки на элементах VT1 и VT2. Но коэффициент не превысил критического значения. Это означает, что вносить корректировки в конструкцию устройства не требуется.
Анализ ПУ на воздействие гармонической вибрации
Анализ ПУ на воздействие гармонической вибрации проведен для диапазона частот 1-1000 Гц с амплитудой 1 G.
Параметры воздействия приведены на рис. 21.
Рисунок 21. График зависимости амплитуды от времени при линейном гармонической вибрации
Результаты моделирования при воздействии гармонической вибрации приведены в таблице 11.
Таблица 11. Карта механических режимов при воздействий гармонической вибрации
Вывод: Анализ таблицы 11 показал, что коэффициент механической нагрузки не превысил предельно допустимый уровень, это означает, что устройство не требует доработки.
Анализ ПУ при воздействии линейного ускорения
Анализ ПУ на воздействие линейного ускорения проведен для длительности 1…5 мс с амплитудой 10 G.
Параметры воздействия приведены на рис. 22.
Рисунок 22. График зависимости амплитуды от времени при линейном ускорении
Результаты моделирования при воздействии линейного ускорения приведены в таблице 12.
Таблица 12. Карта механических режимов при воздействии линейного ускорения
Вывод: Анализ таблицы 12 показал, что коэффициент механической нагрузки не превысил предельно допустимый уровень, это означает, что устройство не требует доработки.
Анализ ПУ при воздействии многократного удара
Анализ ПУ на воздействие многократного удара проведен для длительности 1…10 мс с амплитудой 10 G.
Параметры воздействия приведены на рис. 23.
Рисунок 23. График воздействия многократного удара
Результаты моделирования многократного при воздействии многократного удара приведены в таблице 13.
Таблица 13. Карта механических режимов при воздействии многократного удара
Вывод: Анализ таблицы 13 показал, что коэффициент механической нагрузки не превысил предельно допустимый уровень, это означает, что устройство не требует доработки.
Анализ ПУ на воздействие одиночного удара
Анализ ПУ на воздействие одиночного удара проведен для длительности 1…9 мс с амплитудой 9 G.
Параметры воздействия приведены на рис. 24.
Рисунок 24. График воздействия одиночного удара
Результаты моделирования при воздействии одиночного удара приведены в таблице 14.
Таблица 14. Результаты моделирования при воздействии одиночного удара.
Вывод: Анализ таблицы 14 показал, что коэффициент механической нагрузки не превысил предельно допустимый уровень, это означает, что устройство не требует доработки.[3]
2.5. Разработка мероприятий по защите компонентов и узлов от воздействия статического электричества на этапе сборки и настройки аппаратуры
Есть три основных процесса электризации материалов: заряды добавляются, удаляются, делятся. На предмете заряды могут появляться под действием электрического поля. Так же, если два тела из различных материалов соприкоснутся друг с другом, произойдёт обмен зарядов и создастся двойные электрические слои. После разъединения тел на одном из них будут преобладать положительные заряды, на другом отрицательные.
Необходимо помнить, для того что бы достичь результата необходим комплекс мер по защите изделий от повреждений и помех при прохождении заряда:
1. Необходимо создать все условия, что бы предупредить возникновение электростатического заряда;
2. Не допускать попадания заряда на устройства;
3. Увеличить стойкость аппаратуры и комплектующих.
Метод защиты, которые в основном применяют в промышленности делятся на химические, физико-механические и конструктивно-технологические. Первые два пытаются предотвратить возникновение статических зарядов. Конструктивно-технологический метод защищает приборы от статического электричества. Оказывать влияние на утечку заряда может объёмная и поверхностная проводимость материала, на котором концентрируется заряд. Самое практичное решение - ионизация воздуха, вместе с увеличением поверхностной и объёмной проводимости материалов. Разумеется, необходимо создание путей утечек заряда, чтобы предотвратить попадание статического электричества на оборудование.
Одним из таких путей является заземление. Чтобы цепь заземления эффективно отводила заряд, необходимо чтобы сопротивление цепи было не больше 10 в 6 степени ОМ. Так же необходимо учитывать, что сопротивление эффективно только в том случае, если сопротивление материалов не больше 10 в 10 степени Ом на метр.
Наиболее эффективный метод снятие статического заряда с диэлектриков - это увлажнение воздуха, но это ухудшает условия труда. Влажность воздуха на промышленных предприятиях производящих радиотехническую продукции обычно устанавливают 40%.
Ещё один метод борьбы со статическим электричеством - это покрытие стен и полов помещений токопроводящими материалами.
Требования к транспортировке печатных плат и полупроводников:
- Перевозить в токопроводящей упаковке;
- Упаковку устройств чувствительных к заряду следует производить в токопроводящем пенопласте.
Ещё один не маловажный фактор уменьшения заряда на человеке. Для этого существует специальная антистатическая одежда и обувь ,а также используется заземление. Сборщики оборудования в обязательном порядке должны иметь токопроводящие браслеты, которые соединены с шиной заземления.
Нельзя забывать и об оборудование, которым производится сборка. Паяльники и весь инструмент в обязательном порядке должны быть заземленными.
На сегодняшний день многие компоненты имеют пассивную систему защиты от статического электричества. Это достигается путём установки диодов внутрь микросхем, которые препятствуют прохождению статического электричества и, тем самым, предотвращают частичное или полное разрушение компонента.
Не всегда последствия статического электричества можно сразу заметить. Случается, что испорчен один параметр компонента.
Таким образом, защита микросхем от статического электричества является актуальной и важной задачей, но при должном внимании, вполне осуществимой. Если выполнить все возможные требования, что сформулированы выше, возможно свести риск порчи компонентов и печатных плат к минимуму. [2]
2.6. Выбор и обоснование технологического процесса пайки при сборке печатного узла
Технологический процесс пайки
Поскольку производство флэш-накопителя с информационным дисплеем не серийное, а опытное наиболее выгодно использовать индивидуальную пайку паяльником.
Пайка пояльником применяется при условии мелкосерийного производства, когда экономически не выгодно испольщовать такие способы как пайка волной припоя и др. Основные этапы при пайке пояльником:
фиксация соединяемых элементов;
нанесение дозированного количества флюса и припоя;
нагрев места пайки до заданной температуры и выдержка в течение фиксированного времени;
охлаждение соединения без перемещения паяемых деталей;
очистка и контроль качества соединения.
Основная проблема при пайке паяльником, поддержание постоянной температуры жала, так как современые компоненты при нагревы выходят из строя. Оптимаьные параметры для ручной пайки: тепература жала порядка 320 С , время пайки не больше 3с. Но поскольку происходит теплоотдача в припой и элементы, температура жала снижается. Необходимо выдерживать достаточную паузу, что бы жало успело вернуться к оптимальной температуре.
Припой
Припой предназначен для соединения компонентов и печатного узла. Представляет из себя специально разработанный сплав металлов обладающий хорошей текучестью в расплавленном состоянии, иметь нужные характеристики в твёрдом состоянии, обладить низким коэффициентом теплового сопротивления, стойкость к воздействию внешней среды и механической прочностью.
Поскольку стало проблематично покупать свинцовые компоненты, приходится переходить на бессвинцовые припои. Это дороже, но паять бессвинцовые компоненты, свинцовым пропоем очень рискованно, так как соединение может оказаться не качественным. Припой будем использовать бессвинцовый оловянно-медный Sn99,3/Cu0,7. Данный припой является не дорогим и имеет температуры плавления 270С.
Флюс
Для того чтобы очистить поверхность металла от загрязнений и окислов, используют флюс. Можно применять для защиты от факторов окружающей среды. Так как у нас нет особых требований к плате, выберем флюс ЛТИ 120. Это раствор канифоли в этиловом спирте с добавлением активаторов. Флюс абсолютно нейтрален и легко смывается водой или спиртом. Можно использовать раствор канифоли в этиловом спирте с пропорцией 60 на 30 процентов.
Влагозащитные покрытия
Согласно требованию ТЗ печатная плата после монтажа радиоэлементов требует нанесения защитного покрытия от воздействия климатических факторов.
Выберем эпоксидно-уретановый лак УР-231 ВТУ ГИПИ-4 № 366-62. Покрытие данным лаком обладает хорошим электроизоляционными и механическими свойствами, выдерживает интервал температур от -60ºC до +80ºC, что полностью удовлетворяет требованиям ТЗ, для транспортировки, эксплуатации и хранения устройства. Так же он является недорогим и имеет больший срок годности по сравнению с другими лаками.
Плату покрываем в два этапа:
когда завершено травление платы, на этом этапе контактные площадки от покрытия лаком предохранить;
когда завершена сборка ПУ. На этом этапе предотвратить покрытие штыревой вилки и светодиодов. Остальную поверхность платы покрыть лаком.
Исходя из экономических соображений, для маркировки выберем эмаль ЭП-72 (черная). Так же можно использовать и другие эмали, например ЭП-5155, АС-5307 и т.д.
3. ОХРАНА ТРУДА
3.1 Защита оператора ПК от электромагнитных воздействий
Излучение мониторов
Электромагнитное поле компьютера включает в себя рентгеновский, ультрафиолетовый, инфракрасный спектр, в том числе диапазон электромагнитных волн других частот. Экран поглощает рентгеновское излучение, так что этим видом излучения можно пренебречь
Раньше считалось, что воздействие неионизирующего излучения не могла навредить человеку. Но исследования подтвердили, что излучение с частотой 50Гц могут быть причиной биологических изменений.
В итоге при длительном воздействии электромагнитного излучения, людей долго время проводящих за экранами ПК могут привести к нарушениям вплоть до изменения молекулярной структуры.
Современные мониторы выпускаются со специальным прозрачным слоем металла, который заземлён. Это сделано с целью уменьшения излучения. Так же бывают внешние фильтры. Для работы фильтра обязательно необходимо заземление.
Фильтр не всегда приносит пользу и никогда полностью не защищает от электромагнитного излучения, а только ослабляет его. Есть случаи, что фильтр усиливал излучения по бокам экрана на расстоянии 1-1,5м
Всегда необходима полная, комплексная оценка обстановки на рабочем месте. Учитываются расположения всех излучающих устройств.
Так как излучающий строчный трансформатор находится в районе задней стенки монитора, где защитные фильтры отсутствуют как таковые. Категорически не рекомендуются сидеть ближе чем на 1,5м от задней и боковой стенки монитора.
Уровень ЭМИ напрямую зависит от качества заземлений, поскольку, как правило, в сетях гражданского применения заземление либо отсутствует либо некачественное, что в разы увеличивает электромагнитное излучение. Излучение заземлённого и незаземленного монитора отличается в пять раз.
Излучение портативного ПК
Принято считать, что портативные ПК не наносят вред здоровью человека, так как обладают ЖК дисплеями и имеют экранирующий фильтр. Надо учитывать, что, как правило, ноутбук находится ближе к оператору, чем портативный ПК.
Излучение беспроводных сетей
Не следует пренебрегать расположением Wi-Fi роутера и других устройств работающих на большой частоте. Проводился эксперимент в котором исследовали влияние излучения Wi-Fi роутеров на ростки пшена. В данном эксперименте ростки пшеницы расположили в комнате с роутером и в помещение без роутера. В результате эксперимента, те ростки что находились ближе к роутеру погибли и не взошли, причём чем к нему ближе, тем ситуация была хуже. В комнате без роутера все ростки взошли.
|
