Эксплуатация аккумуляторов и аккумуляторных батарей

Изделия единичного и мелкосерийного производства, собираемые на месте эксплуатации, устанавливает порядок разработки, согласования и утверждения технического задания, технической документации, а также порядок изготовления, контроля, монтажа, приемки и сдачи и их составных частей, окончательная сборка, наладка, испытания и доводка которых могут быть проведены только на месте эксплуатации в составе конкретного производственного объекта. Введен в действие с 1 января 1987 г. Каждая составная часть изделия должна подвергаться у изготовителя приемосдаточным испытаниям (приемочному контролю), которые проводит служба технического контроля изготовителя, а также представитель государственной приемки на данном предприятии. В стандарт внесены два изменения.

Научно-производственное объединение разрабатывает или участвует в разработке проектов государственных стандартов и проектов отраслевой и республиканской научно-технической документации на продукцию по профилю объединения и представляет эти проекты в установленном порядке наутверждение; обеспечивает внедрение и соблюдение действующих стандартов и технических условий, обеспечивает применение современных средств и методов измерений, испытаний и контроля на всех стадиях проведения работ, связанных с созданием новой техники, и при выпуске первых промышленных партий изделий (материалов) или промышленном выпуске изделий единичного и мелкосерийного производства (промышленном освоении новых и усовершенствованных технологических процессов), а также обеспечивает контроль за состоянием этих средств и соблюдением установленного порядка пользования ими.

Планирование запуска изделий в производство связано с предварительным определением их узлового и подетального состава. Особенно это важно для изделий опытного, единичного и мелкосерийного производства.

Планирование запуска изделий в производство связано с предварительным определением их узлового и подетального состава. Особенно это относится к изделиям опытного, единичного и мелкосерийного производства. В серийном и массовом производстве также могут периодически осваиваться новые изделия. По существу этаработа заключается в составлении ведомостей применяемости узлов и деталей в каждом изделии и в целом по всем изделиям, выпускаемым предприятием, а также ведомостей спецификаций.

Оборудование - изделия, применяемые в функциональных системах предприятий, зданий и сооружений. Например, оборудование технологическое, оборудование энергетическое, оборудование санитарно-техническое и др. Оборудование башeнно-cтреловое - сменное оборудование стрелового самоходного крана, состоящее из башни, стрелы с гуськом или без гуська и необходимых устройств. Оборудование индивидуального изготовления - оборудование, в котором применениеизделийединичного и мелкосерийного производства предусматривает разработку конструкторской документации.

3.2.1 Выбор способа исполнения электропроводящей цепи

Печатная плата, служащая основой для установки на ней радиоэлементов, представляет из себя электроизоляционную плату с отверстиями для установки в них выводов радиоэлементов и систему проводников между ними, соответствующую схеме электрической принципиальной.

Для достиженияоптимизации и минимизации BCААиспользуется односторонняя печатная плата (ОПП). С одной стороны располагаются радиоэлементы, с другой - проводники.

3.2.2 Выбор корпуса

Печатный узел устанавливается в корпусе из пластика. На крышке корпусаустанавливают переменные светодиоды и регуляторы.

Корпус делаем из прочного АBS пластика. Габаритные размеры составляют: по длине 90 мм, по ширине 65мм и по высоте 50 мм.

Напередней панели должны быть просверлены отверстия под светодиоды, разъем питания и разъемы под переменные резисторы. К сети питания 220В устройство подключается с помощью стандартного шнура питания.

3.3 Выбор материалов для изготовления печатногоузла и способ изготовления платы

Для конструирования BCАА принятаодносторонняя печатная плата - ОПП с неметаллизированными отверстиями.

Исходя из требований ТЗ и в соответствии с ГОСТ Р50621-93, ГОСТ 23751-86 и ГОСТ 10317-79, ОСТ 4.010.022-85 принимаем следующие требования к плате:

· класс точности платы - 3;

· группа жесткости - 3;

· шаг координатной сетки - 1,25 мм.

Форма платы 1 - прямоугольная пластина с габаритами 83х60.

Форма платы 2 - прямоугольная пластина (с вырезами) с габаритами 85х58.

Форма платы 3 - прямоугольная пластина с габаритами 53х16

3.3.1 Выбор класса точности

ГОСТ 23-751-86 устанавливает 5 классов точности печатных плат, каждый из которых характеризуется минимальными допустимыми значениями номинальной ширины проводника, расстояния между проводниками, расстояния от края отверстия до контактной площадки. В соответствии с предъявляемыми техническим заданием требованиями и исходя из соображений эффективности, выберем класс точности 4. В таблице 3.1 приведены параметры данного класса точности.

Таблица 3.1

Условные обозначения элементов печатного монтажа	Значения
Наименьшая ширина проводникаt,мм	0,25
Наименьшее расстояние между проводниками S,мм	0,25
Минимально допустимая ширина контактной площадки b,мм	0,10
Предельное отклонение ?t,мм	±0,10
Позиционный допуск расположения проводника относительно соседнего T1,мм	0,05

3.3.2 Выбор метода изготовления

Существует 3 метода изготовления печатных плат. Субтрактивный, аддитивный и комбинированный методы. Выбираем субтрактивный метод (химическое травление), так как это самый простой и экономичный метод, а так же он легко автоматизируется. Субтрактивный метод представляет собой нанесение защитного рисунка на медную фольгу и последующее вытравливание в химическом растворе лишней меди. Аддитивные методы предусматривают наращивание проводников на диэлектрике, что требует не малых затрат и является неприемлемым для нашего случая.

3.3.3 Выбор метода нанесения рисунка

Существуют 3 метода нанесения рисунка. Офсетная печать, сеткографический метод и фотопечать. Выберем сеткографичиский метод, он представляет нанесение рисунка через трафарет. Этот метод можно применять для плат 1-3 класса точности. В отличие от фотопечати он гораздо экономичнее, а офсетная печать позволяет наносить рисунки на платы 1 и 2 класса точности.

3.3.4 Выбор материалаоснования

Выбор материала для основания печатногоузла производится по нескольким параметрам. По типу диэлектрическогооснования, количествуметаллизированных сторон, толщине основания, толщине фольги, типу фольги и т.д. Схема нашегоустройстваработает на малой частоте и с малыми токами - электрические параметры не оказывают влияния. В таком случае, на первую роль выходят экономические соображения. Одним из самых распространенных материалов в данное время является фольгированный стеклотекстолит. Выберем для нашегоустройство данный тип материала, выбираем стеклотекстолит фольгированный СФ-1-35Г ГОСТ 10316-78. Этоодносторонний стеклотекстолит, толщины 1.5 мм, толщина фольги 35 мкм. Гетинакс стоит не намного дешевле, ноочень не устойчив к влаге, имеет большую влагопоглощаемость, следовательно, исходя из условий эксплуатации нашей схемы (влажность до 80%) он нам не подходит.

3.4 Межсоединения

Межсоединения осуществляются на плате с помощью печатного проводника. Способ получения электрических соединений междурадиоэлементами и печатными проводниками обеспечивается пайкой.

3.4.1 Технологический процесс пайки

В соответствии с предъявляемыми к устройству жесткими экономическими требованиями, наиболее выгодно использовать индивидуальную пайку паяльником.

Индивидуальная пайка применяется при монтаже блоков в условиях мелкосерийного производства, а также во всех случаях ремонтных работ. Технологический процесс индивидуальной пайки состоит из следующих операций:

ѕ фиксация соединяемых элементов;

ѕ нанесение дозированного количества флюса и припоя;

ѕ нагрев места пайки до заданной температуры и выдержка в течение фиксированного времени;

ѕ охлаждение соединения без перемещения паяемых деталей;

ѕ очистка и контроль качества соединения.

Для обеспечения надежности паяных соединений предусматривают:

ѕ механическое закрепление элементов и монтажных проводников на контактных лепестках и гнездах при объемном монтаже;

ѕ выбор оптимальных зазоров в конструкции паяных соединений между поверхностями монтажных элементов.

При пайке оловянно-свинцовыми припоями такие зазоры определяются по формуле:

,

где d_отв - диаметр отверстия;

d_в- диаметр вывода ЭРЭ.

Основные типы монтажных соединений в производстве РЭА показаны нарис.3.3. Пайка выводов 1 в неметаллизированные отверстия печатных плат 2(рис.3.1,а) отличается тем, что припой 3не полностью заполняет монтажное отверстие. Вследствие этого снижается механическая прочность соединения, повышается вероятность отслоения контактных площадок 4. Соединение с полным пропоем металлизированного отверстия (рис.3.1,б) получается при рациональном выборе зазора и большом времени пайки в условиях хорошей смачиваемости металлизированного отверстия. Соединение, показанное нарис. 3.1,в, формируется при точном совмещении вывода с контактной площадкой (фиксация элемента).

Рисунок 3.1. Типы монтажных соединений.

Температура пайки выбирается из условия наилучшей смачиваемости припоем паяемых деталей и отсутствия значительного теплового воздействия на паяемые элементы. Практически она на 20-50°С выше температуры плавления припоя. Как видно из графической зависимости (рис.3.2), научастке Асмачивание недостаточное, С - максимальное, В - оптимальное (не вызывает перегрева припоя и паяемых материалов).

Требуемый температурный режим при индивидуальной пайке обеспечивается теплофизическими характеристиками применяемого паяльника:

ѕ температурой рабочего конца жала;

ѕ степенью стабильности этой температуры, обусловленной динамикой теплового баланса между теплопоглощением паяемых деталей, теплопроводностью нагревателя и теплосодержанием паяльного жала;

ѕ мощностью нагревателя и термическим КПД паяльника, определяющими интенсивность теплового потока в паяемые детали.

Рисунок 3.2. Зависимость площади смачивания от температуры припоя

В технологии ЭА поддержание на заданном уровне температуры жала паяльника является весьма важной задачей, поскольку при формировании электромонтажных соединений на печатных платах с использованием микросхем, полупроводниковых приборов и функциональных элементов, термочувствительных и критичных к нагреву, возможны выход из строя дорогих и дефицитных элементов, снижение надежности изделия. Особенно критична к температурномурежимуручная пайка паяльником, которая имеет следующие параметры: температура жала паяльника 280 - 320 °С, время пайки не более 3 с. Однако из-за интенсивной теплоотдачи сначала в припой, набираемый на жало, а затем в паяемые элементы температурарабочей части жала паяльника снижается на 30-110 °С и может выйти из оптимального температурного интервала пайки (рис. 3.3).

Рисунок 3.3. Термический цикл пайки паяльником

Соотношение времени пайки и продолжительности пауз между пайками должно обеспечить восстановление рабочей температуры паяльного жала. Длительность восстановления зависит от теплопроводности жала, его длины, эффективной мощности нагревателя и степени охлаждения при пайке. Рекомендуемые мощности паяльников:

ѕ для пайки ИМС и термочувствительных ЭРЭ 4, 6, 12, 18 Вт;

ѕ для печатного монтажа 25, 30, 35, 40, 50, 60 Вт;

ѕ для объемного монтажа 50, 60, 75, 90, 100, 120 Вт.

3.4.2 Припой

Припой - это сплав металлов, предназначенный для соединения деталей и узлов методом пайки. Припой должен обладать хорошей текучестью в расплавленном состоянии, хорошо смачивать поверхности соединяемых материалов и иметь требуемые характеристики в твердом состоянии (механическая прочность, стойкость к воздействию внешней среды, усадочные напряжения, коэффициент теплового расширения и т.п.).

По ГОСТ 21931-76 выбираем ПОС-61. Т.к. он по своим характеристикам хорошо подходит для пайки радиоаппаратуры. Припой ПОС-61 применяется для пайки элементов, которые чувствительны к температуре. ПОС-61 имеет темп. плавления 190°С, которой недостаточно (если не передержать) чтобы перегреть элемент.

Так же можно применять припой ПОСК 50-18 (состав, %: Sn 49-51;Рb 29,8-33,8; Sb 0,2; Cd 17 - 19: температура плавления - 220 єC), однако он крайне мало распространен по сравнению с припоем ПОС-61.

Так же существуют медно-фосфорные припои (типа CР-6 или припоя hаrris), но эти припои стоят на порядок больше оловянно-свинцовых и для пайки требуется применение флюса содержащего Бор.

3.4.3 Флюс

Флюс предназначен для очистки поверхности металла от окислов, улучшает растекание припоя по металлу. Можно применять для защиты от факторов окружающей среды. Т.к. 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.

3.4.4 Влагозащитные покрытия

Согласно требованию ТЗ печатная плата после монтажарадиоэлементов 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 -60єC до +80єC, что полностью удовлетворяет требованиям ТЗ, для транспортировки, эксплуатации и хранения устройства. Так же он является не дорогим и имеет больший срок годности по сравнению с другими лаками.

Покрывают плату в 2 этапа:

ѕ когда завершено травление платы, на этом этапе контактные площадки от покрытия лаком предохранить;

ѕ 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.

3.5 Установка элементов на плату

Радиоэлементы устанавливаются на печатной плате согласно сборочному чертежу. Перед установкой радиоэлементы проходят операцию формовки, заключающуюся в том, что выводы загибаются по размерам, соответствующим вариантам установки элементов в соответствии ОСТ 45.010.030-92. Так как основной являются экономические соображения нужно добиваться того, чтоб элементы были расположены друг к другу как можно ближе.

3.6 Расчет параметров печатных проводников

ѕ U_mаx = 12 В.

ѕ Размер платы 1 - 60х83 мм, платы 2 - 58х85 мм, платы 3 - 16х53 мм.

ѕ Класс точности 3.

ѕ Плата односторонняя.

ѕ Метод изготовления - химическое травление.

ѕ Метод нанесения рисунка - сеткографический метод.

ѕ Норма изготовления - Класс А (ГОСТ 23751-86).

3.6.1 Расчет диаметра монтажных отверстий и КП

1) Номинальный диаметр отверстия производится по формуле:

Где:

ѕ - нижнее отклонение. (Для 3-го класса точности и не металлизированных отверстий 0.05);

ѕ - разность между минимальным значением Ш отверстия и максимальным значением вывода (для ручной установки в пределах 0.1…0.4);

ѕ Ш вывода ЭРИ.

Отсюда получаем:

2) Номинальный диаметр контактной площадки выбирается в соответствии с классом точности печатной платы и рассчитывается по формуле:

Где:

ѕ верхнее предельное отклонение Ш отверстия (для 3-го класса точности 0.05 и отверстия < 1мм);

ѕ гарантийный поясок (для 3-го класса точности 0.1);

ѕ величина подтравливания диэлектрика в отверстии (для ООП = 0);

ѕ и верхнее и нижнее предельное отклонения ширины проводника (для 3 кл. т . 0.05);

ѕ позиционный допуск расположения осей монтажного отверстия(для 3 кл.т. 0.15);

ѕ позиционный допуск расположения центра КП (для 3-го класса точности 0.25).

После подсчета констант получим: .

3.6.2 Расчет ширины проводников

Ширина проводника зависит от электрических, конструктивных и технологических требований.

Минимальная ширина проводников, определяемая: допустимой плотностью тока г, допустимым падением напряжения ?U:

Где:

ѕ - минимальная допустимая ширина проводника;

ѕ - максимальная плотность тока для печатных проводников.

Принимаем = 20 А/мм.

- суммарная толщина проводника.

- 0.25А аккумулирование зарядный компьютер

Для выбранного материала платы СФ-1-35-1.50 = 0.035мм.

Определяем минимальную ширину печатного проводника из допустимого падения напряжения:

- удельное объемное сопротивление проводника

= 0.017510Ом ? мм

U - допустимое падение напряжения.

U = 0.6В

Таким образом, минимальная ширина проводников по расчетам много меньше допустимой по классу точности, примем толщину проводника0.25 мм (минимальная ширина по ГОСТ 23751-86)

3.6.3 Расчет расстояния между двумя проводниками

Где:

ѕ минимально допустимое расстояние между элементами проводящего рисунка (при U ? 25 В S_midD= 0.1);

ѕ позиционный допуск расположения печатных проводников (0.05).

S ? 0.2 мм

3.7 Расчет электрических параметров

3.7.1 Емкость в печатном монтаже

Где :

ѕ - эффективная диэлектрическая проницаемость изоляционных материалов;

ѕ - безразмерная величина, определяющая емкость на единицу длины рассчитываемой системы проводников;

ѕ - длина системы проводников, м.

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 ₂ = 6, для воздуха₁ = 1.

и , где и .

Модуль эллиптического интеграла 1 рода, t = 0.25мм

К и К' - это полные эллиптические интегралы, определяемые по справочным таблицам (Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике, М., "Наука", 1974, стр.80.).

Полученная при расчетах емкость очень мала и не способна повлиять наработу схемы.

3.7.2 Расчет индуктивности печатных проводников

1) Уединенный проводник

2) Двухпроводная печатная линия

3.7.3 Взаимная индуктивность печатных проводников

Провода без экранирующей плоскости

Взаимная индуктивность печатных проводников:

В связи с тем, что максимальные значения паразитных индуктивностей печатных проводников и взаимных индуктивностей проводников очень малы, они не окажут влияния на выходные параметры платы, значит их значениями можно пренебречь в процессе создания платы.

3.8 Моделирование

3.8.1 Тепловое моделирование блокаустройства

Задача моделирования.

В данном пункте будет проведено тепловое моделирование блокаустройства, результаты которого позволяют определить средние температуры составляющих (стенок) корпуса, воздушногообъёма внутри корпусаРЭА, а также средняя температура печатногоузла, наоснове которых принимается решение о внесении изменений в конструкцию РЭА с целью достижения приемлемых тепловых режимов.

Исходные данные для расчета.

В качестве исходных данных для расчетаиспользуются следующие данные:

1. Размеры корпуса90х65х50 мм.

2. Материал корпуса - АБС-пластик (теплопроводность - 0.25 Вт/м*К, степень черноты поверхности - 0, коэффициент облученности - 0.8, Максимальная рабочая температура при эксплуатации, °С- 125)

3. Толщина стенок корпуса1мм

4. Мощность тепловыделения печатногоузла6.5Вт

5. Максимальная рабочая температура при эксплуатации печатногоузла, °С - 85 (минимальная максимальная температура эксплуатации элемента)

6. Температураокружающей среды - 35°С.

Построение тепловой модели процесса.

Построим модель теплового процесса герметичного блокаРЭА.

Размеры блока: длина - 90 мм, ширина - 65 мм, высота - 50 мм. Толщина стенок блока - 1 мм. Коэффициент теплопроводности материала корпуса блока - 0.25 Вт/м*К, коэффициент черноты - 0. Коэффициент облученности - 0,8.

В герметичном корпусе из пластика закреплена печатная плата, с верхней стороны которой расположены радиоэлементы. Радиоэлементами равномерно по площади печатной платы рассеивается тепловая мощность 6.5 Вт. Расстояние от нижней грани кожуха корпуса до печатной платы составляет 2 мм. Размеры печатной платы таковы, что воздушные объемы внутри корпуса слева и справаот печатногоузла не сообщаются. Коэффициент черноты для печатногоузла - 0,76. Толщина печатногоузла - 1.5 мм. Корпус находится в окружающей среде с температурой 35⁰С.

Идеализируем модель блока для упрощения расчетов. Так как расстояние от нижней грани кожуха корпуса до печатной платы составляет 2 мм, то при таких зазорах в замкнутых вертикальных прослойках конвекция воздуха не развивается. Следовательно, этот воздушный объем можноотнести к тонкой воздушной прослойке.

Идеализируем процессы теплопередачи в блоке:

· примем изотермичными каждую грань корпуса;

· примем изотермичным объем воздуха внутри корпуса сверхуот печатногоузла;

· так как печатный узел имеет равномерное по площади рассеяние тепловой энергии и для него не требуется определять подробное температурное поле, то для упрощения построения МТП представим печатный узел в виде нагретой зоны;

· не учитываем теплопередачуот печатногоузла к корпусу блока через элементы крепления печатногоузла.

Моделирование теплового процесса в подсистеме АСОНИКА-Т

В подсистеме АСОНИКА-Т существует 4 варианта типовых конструкций РЭА: пластина, корпус, модульная конструкция, кассетная конструкция. Использование этих конструкций существенноупрощает процесс моделирования и расчета, т.к. для данных конструкций уже заданы все процессы теплопередачи междуузлами исследуемогообъекта.

В нашей работе мы используем типовую конструкцию корпус, т.к. она соответствует построенной нами МТП. Для ввода типовой конструкции «Корпус» необходимо нажать на кнопку на панели инструментов. После этогоустановить курсор в любомместе на поле главного меню и нажать левую кнопку мыши, в появившемся окне задаем параметры нашего корпуса. Корпус находится в окружающей среде, режим работы =>расчета стационарный.

После ввода соответствующих параметров в рабочем окне подсистемы АСОНИКА-Т появится изображение физической модели корпуса и топологической модели (рис.3.4.).

Рисунок 3.4. Изображение модели корпуса

Рисунок 3.5. Топологическое отображение модели корпуса с подписанными узлами

Далее нам необходимо создать и добавить к общей модели узел, который будет отвечать за печатный узел, задать параметры его мощности тепловыделения, а также задать параметры окружающей среды.

Задаем тип воздействия - постоянная температура35°С. Получаем готовую к расчету модель. Выполняем расчет. (Меню расчет -> Выполнить расчет).

Результат моделирования

Рисунок 3.6. Температуры в узлах модели

В результа моделирования мы получаем температуры в узлах нашей тепловой модели, которые соответствуют температурам стенок моделируемого корпуса, печатногоузла, а также воздуха внутри корпуса. (рис. 3.6, табл.3.2).

Таблица 3.2

Результарасчета

№ узла	Имя узла	Температура, °C
1	Левая стенка	44,7
2	Верхняя стенка	40,3
3	Передняя стенка	57,5
4	Нижняя стенка	42,7
5	Задняя стенка	41,4
6	Правая стенка	42
7	Окружающая среда	32
8	Воздух внутри	47,6
9	Печатный узел 1	59,5
10	Печатный узел 2	67,5
11	Печатный узел 3	45,8

Согласно данным результатам, температура печатногоузла является средней (67,5°C). Температура не критична, но вероятность выхода из строя платы есть.

3.9 Комплекс мер по защите компонентов и узлов от воздействия статического электричества

Существует три основных процесса электризации материалов: добавление зарядов, удаление зарядов и разделение зарядов. Заряды на предмете могут появиться под действием электрического поля, но не только. Так, если привести в соприкосновение два тела из различных материалов, между ними произойдет обмен зарядами, приводящий к образованию двойных электрических слоев. Каждый из последних состоит из двух слоев зарядов противоположной полярности, расположенных на поверхности или вблизи от нее и удаленных друг от друга на несколько межатомных расстояний. После разъединения двух тел разделение зарядов может частичноостаться: наодном теле будут преобладать положительные, а на другом -отрицательные заряды. Разделение зарядов наблюдается и между двумя одинаковыми поверхностями, если какой-либоучасток одной из поверхностей трется о значительно большую часть другой.

Когда в контакте находятся материалы, обладающие высоким сопротивлением, только носители зарядов в непосредственной близости к области соприкосновения принимают участие в электризации, и они останутся в той же точке, в которой изначально сформировались, даже если материал будет заземлен. Статические же заряды на незаземленных проводниках распространяются практически мгновенно по всей поверхности контактирующих тел (с заземленного проводника заряд стечет на землю). Общее условие электризации какого-либо тела- электрический заряд при разделении (или другом способе получения) должен возрастать быстрее, чем компенсироваться из окружающей среды (компенсации заряда способствует, например, влажная атмосфера).

При производстве полупроводниковых изделий электростатический заряд чаще всего возникает из-за трения поверхностей различных материалов, что называется трибоэлектрическим эффектом. Если осуществить контакт двух материалов трибоэлектрической серии, то более высокий в серии материал заряжается положительно, другой получит такой же отрицательный заряд. Величина заряда зависит от силы сжатия при контакте и от способа и качества контакта между материалами. Нарис.3.7 в качестве примера приведены некоторые трибоэлектрические материалы, способствующие образованию статических зарядов. Разность потенциалов при трении материалов трибоэлектрическогоряда будет тем большей, чем дальше расположены материалы друг от друга в списке. Например, человек, идущий по сухому ковру, может заряжаться до 5 кВ.; автомобиль, движущийся по сухой дороге, - до 10 кВ., аремень, движущийся по шкиву, - до 25 кВ.. Наоператорах, работающих с полупроводниками и одетых в одежду из синтетических материалов, могут возникать потенциалы, превышающие 6 кВ.

Рисунок 3.7. Трибоэлектрические материалы

Накопление заряда человеком - не единственный источник опасного для приборов и схем электростатическогоразряда. Значительные по величине заряды могут возникать непосредственно на поверхности прибора. Такие заряды бывают подвижными, если они накапливаются на проводящих элементах конструкции, или неподвижными, когдаони образуются на изолированных деталях. Собственно, наличие и накопление заряда на любом изделии, как правило, не ведет к его повреждению или изменению характеристик до тех пор, пока через это изделие не произойдет электростатический разряд, возникающий при соединении тел с различными электростатическими потенциалами. В момент, когда тот или иной вывод прибора касается проводящего тела, происходит импульсный разряд, который может полностью или частично повредить прибор. Характер воздействия разряда на полупроводниковые изделия в производственных условиях зависит от ряда случайных факторов: емкости, величины накопленного заряда, сопротивления человека, величины переходных сопротивлений в цепи разряда и др. В табл.3.3 сопоставляются параметры разряда с участием человека и полупроводниковых изделий, а нарис.3.8 показаны примеры воздействия разряда на ИС и формы импульсов токов разряда, протекающих через ИС при этом. Время нарастания тока зависит от сопротивления и емкости и обычно бывает меньше 10 нс, время спада-от 50 до 300 нс.

Таблица 3.3

Таблица 3.4

При технологических процедурах, сопровождающихся трением или нарушением контакта междуразличными материалами (например, на сборочных автоматах), возникают разности потенциалов, вызванные появлением электростатических зарядов. В табл.3.4 приведены приблизительные данные об уровнях разностей потенциалов при различных операциях. В сухом воздухе разности потенциалов могут достигать очень высоких значений. При обычной или повышенной влажности разности потенциалов значительно понижаются, но все же остаются достаточными, чтобы вызвать повреждение чувствительных полупроводниковых изделий.

Так, в процессе работы конвейера вращающиеся фторопластовые ролики заряжаются до потенциалов порядка 3000 В, фторопластовая и пенопластовая тара может заряжаться до 8000 В, а пластмассовая - до2500 В. Нужно помнить, что электронно-лучевые трубки телевизоров, осциллографов, дисплеев служат источниками большого электростатического поля. Поэтомуоператор, случайно коснувшись экрана трубки, может зарядиться до десятков киловольт. Даже не касаясь экрана, оператор, находящийся перед включенным телевизором на некотором расстоянии, задев шину земли, может приобрести значительный заряд, противоположный по знаку заряду экрана. На полупроводниковые изделия, находящиеся вблизи экрана трубки, также будет воздействовать ее электрическое поле.

Миниатюризация в микроэлектронике заставляет делать металлизированные дорожки все более узкими, аоксидные слои - все более тонкими. Сегодня в основном применяются дорожки шириной 1 мкм, ноуже сообщается об изготовлении ИС с шириной дорожки 0.5-0.2 мкм. Если для обычноиспользуемой толщины затворногооксида 1000 А его пробой происходит при приложении к затвору напряжения 80-100 В, то при толщине оксида 400 А напряжение пробоя снижается до 28-45 В. Это еще более осложняет проблемуотказов изделий из-за воздействия разрядов, с которой все чаще сталкиваются разработчики.

Непосредственно перед разрядом и в течение первых десятков наносекунд разрядаустройство попадает под наведенное высокое напряжение, т.е. на изделие действует и потенциал электрического заряда, и ток разряда. В итоге у полупроводниковых приборов и ИС могут иметь место два типа повреждений:

ѕ катастрофические, которые обнаруживаются наиболее легко, потому что поврежденные изделия не выполняют своих функций;

ѕ скрытые, которые затрагивают толькоодин из параметров -усиление, утечку и т.д. - или вызывают некоторые изменения начальных характеристик, иногда не выходящие зарамки допустимых отклонений. Эти повреждения обнаружить труднее, так как зачастую они проявляются лишь в результа повторяющихся разрядов или уже в процессе эксплуатации.

Рисунок3.8. Примеры воздействия электростатического разряда на ИС и формы импульсов тока разряда, протекающих через устройство.

Обозначения на эквивалентных схемах: 1 - заземленная поверхность; 2 - емкость тела человека; 3 - сопротивление тела человека; 4 - сопротивление контакта; 5 - емкость ИС. В одном случае разряд происходит через тело человека (а), в другом - через заземленную поверхность (б; здесь используется модель “заряженного прибора”, поэтому учитываются все его элементы, в том числе индуктивность проводников).

Имеются три способа защиты полупроводниковых изделий от повреждения и помех при воздействии разрядов: вообще предупредить возникновение электростатического заряда, не допустить попадания заряда н аустройства и увеличить стойкость аппаратуры и ее комплектующих к воздействию разряда.

Первые два способа относятся к коллективным мерам защиты от воздействия разряда.

Методы защиты от статического электричества, применяемые в радиоэлектронной промышленности, подразделяются на химические, физико-механические и конструктивно-технологические. Первые и вторые стараются предотвратить возникновение статических зарядов и ускорить их стекание, третьи - только защищают приборы от опасных воздействий заряда, но не оказывают влияния на утечку зарядов. Способствовать утечке могут коронный разряд, объемная и поверхностная проводимость материала, на котором скапливается заряд. Следовательно, наиболее общее решение проблемы - ионизация воздуха плюс увеличение поверхностной и объемной проводимости материалов. Практические методы обычно состоят в создании организованных путей утечки зарядов, чтобы не допустить попадания опасных потенциалов на приборы.

Прежде всего, это метод заземления. Цепь утечек на землю работает удовлетворительно, если ее сопротивление не превышает 10⁶ Ом. Заземление эффективно только для материалов, имеющих удельное сопротивление не более 10¹⁰ Ом·м. Изолятор с удельным сопротивлением свыше 10¹⁴ Ом·м способен хранить высокий заряд, что может привести к разряду при его связи с землей. Такой изолятор следует защищать другими способами. Необходимо очень тщательно продумывать эффективность электростатической защиты всех деталей оснащения рабочего места оператора. Нарис.3.9 приведен пример схемы защищенного рабочего места.

Следующий метод заключается в подавлении статического электричества, так как заземление не позволяет эффективно снимать заряды с поверхности диэлектриков, которые широко применяются в так называемых чистых комнатах. Электризация подобных материалов резко снижается при увеличении влажности воздуха, однако при этом ухудшаются условия работы. Поэтому влажность устанавливается равной 40%. Для разрядки диэлектрических поверхностей применяют ионизаторы воздуха, способные генерировать ионы обеих полярностей. Такие ионизаторы используются для локальной нейтрализации зарядов непосредственно нарабочих местах или же ими дополняют вентиляционные системы чистых комнат, чтобы поток отфильтрованного воздуха ионизировался и происходила нейтрализация зарядов на стенах, потолках, поверхностях оборудования и др.

Рисунок 3.9. Схема защищенного рабочего места:

1 - клемма заземления; 2 - поверхность стола; 3 - источник ионизированного воздуха; 4 - проводящий коврик; 5 - заземляющий провод; 6 - клемма заземления; 7 - заземление; 8 - проводящая обувь; 9 - проводящая обивка стула; 10 - соединительный провод.

Еще один путь уменьшить электростатическую опасность - применять в помещении токопроводящие материалы, содержащие металлические или углеродные частицы. Стены, потолок и пол чистых комнат предложено облицовывать электропроводящими покрытиями, имеющими по отношению к земле электросопротивление порядка 10⁷ Ом, при котором заряды на них уменьшаются до безопасных значений в течение 0.02 с. В помещениях, где расположена аппаратура с чувствительными к заряду компонентами, полы должны быть покрыты проводящими коврами, предназначенными прежде всего для рассеивания зарядов с входящих туда лиц. Ковры также создают “заземленный” фон во всем помещении. Они изготавливаются из пластмасс, насыщенных углем, или из проводящего винилового материала и подсоединяются к заземлению. Столы, рабочие места также должны иметь проводящее покрытие из пропитанногоуглем пластика, проводящего дивинила или антистатического материала. Эти покрытия обычно заземляются с помощью шин, прокладываемых на столах под покрытием. Аналогичные покрытия должны иметь и стулья.

Транспортировку полупроводниковых приборов и печатных плат следует проводить в электропроводящей таре. При этом контейнеры для транспортировки защищают изделия от трех видов электрических воздействий: от трибоэлектричества; от наводок, вызываемых искровыми разрядами; от электрических полей; при этом сам материал контейнеров не должен накапливать заряды. Для упаковки печатных плат и чувствительных к заряду устройств следует применять проводящий пенопласт. Такой же пенопласт с малой плотностью используется в качестве амортизатора при транспортировке.

Наконец, нужно стремиться уменьшить заряд тела человека. Для этого используются заземление и антистатическая одежда. Одно из наиболее эффективных средств рассеяния накапливающегося заряда- проводящие браслеты. Они создают электропроводный путь, по которому заряд может стекать на землю. Браслет состоит из проводящей полосы, укрепляемой на запястье, и пряжки, которой браслет соединяется с заземленным проводом. Для создания безопасных условий работы провод должен иметь последовательно соединенное сопротивление величиной от 1 до 100 МОм, чтобы протекающий через человеческий организм ток не превышал 1 мА. На человека токи статического электричества воздействуют так: токи силой 0-1 мА создают незначительные ощущения; 1-10 мА причиняют боль; 10 мА вызывают шок; 100 мА могут привести к летальному исходу.

Большое значение при заземлении имеет скорость стекания зарядов на землю. Так, время снятия электростатического потенциала с оператора до безопасного уровня не должно превышать 1 с. Чтобы выполнить это условие, покрытия пола должны иметь малое сопротивление по отношению к земле (это могут быть заземленные металлические листы). Как показывает практика, сопротивление покрытия по отношению к земле 1000 МОм гарантирует разряд статического электричества потенциалом 5000 В доуровня 100 В в течение 1 с. Замедляют стекание зарядов с оператора диэлектрические поверхности пола, резиновые коврики, подошвы обуви. Некоторые типы подошв, например из толстого каучука, могут значительно замедлить процесс снятия статического электричества.

Нельзя пренебрегать и таким методом защиты полупроводниковых приборов и электронных блоков, как шунтирование выводов изделий, выводных клемм печатных плат на тех операциях, где это принципиально возможно. Монтаж следует производить заземленным инструментом, пайку- паяльниками с заземленными паяльными головками.

Таким образом, защита от воздействия статистического электричества является важным мероприятием при осуществлении сборки аппаратуры. Следование основным правилам позволит избежать проблем.[4]



4. Эргономика работы за персональным компьютером

4.1 Факторы, оказывающие влияние на здоровье пользователя ПК и иной офисной техники

При работе копира и лазерного принтера возникает ряд факторов, способных оказывать влияние на здоровье пользователя. Это как общие, характерные для всех технических устройств, так и специфические факторы.

К общим факторам можно отнести шум, статическое электричество, электробезопасность, наличие заземления оборудования. Значительное влияние оказывает также нагрев аппарата, тепло которого вентилятором выводится в помещение. При этом с теплым воздухом поступают и вредные вещества, выделяемые при нагревании из пластмасс. При отказе термовыключателя и, соответственно при перегреве, возможно его возгорание с выделением высокотоксичных газов.

К специфическим факторам можно отнести выделение газа озона, формируемом в процессе ионизации воздуха при заряде фото барабана и переносе изображения на бумагу. Кроме того, выделяется и оксид азота. Озон является сильным окислителем, высокотоксичным, в ряде случаев приводящим к преждевременной смерти. Наиболее опасен для лиц с заболеваниями органов дыхания и, согласно ГОСТ12.1.007-76, относится к первому, наиболее высокому классу опасности вредных веществ. В небольшом помещении при отсутствии эффективной вентиляции концентрация озона и оксида азота в воздухе может оказаться выше предельно допустимой концентрации. Хотя в ряде копиров присутствует сменный т.н. «озоновый фильтр», но полностью полагаться на него нельзя. В современных копирах некоторых производителей используется контактный метод заряда, когда ионизации воздуха и выделение озона нет. Кроме того, в процессе фиксации тонера на бумаге происходит выделение некоторого объемаугарного газа. Тонер, посредством которого и осуществляется копирование и лазерная печать, состоит из углерода с добавлением полимеров, неорганических веществ и оксида железа. При фиксации изображения на бумаге создается температура до 200^оC. Тепло отводится вентилятором вместе с озоном и иными газами, образуемыми при нагревании бумаги (бензол и стирол). При использовании некачественного (старого) картриджа может выделяться и тонер. Наиболее опасен черный тонер, при нагревании которого выделяются кадмий, свинец и т.д. В цветных тонерах тяжелые металлы отсутствуют вовсе, так как они делаются на основе органических полимеров. При попадании тонера на кожу и слизистые могут возникать аллергические реакции, носящие индивидуальный характер. По составу это порошок, опасен при вдыхании. Максимальное загрязнение воздуха происходит в период «притирки» нового или перезаправленного картриджа, при печати графики (высокий расход тонера). Кроме того, степень загрязнения зависит также от «возраста» принтера и картриджа.

Правила безопасности при работе с копировальной технике (в том числе и принтерами) основаны на соблюдении правил применения конкретной техники и общих правил безопасности при использовании компьютерной техники и ее периферических устройств. Будем исходить из того, что само устройство должно быть сертифицировано, технически исправленное и находится в помещении, отвечающем элементарным нормам безопасности. Сертификация устройства говорит о том, что при соблюдении правил эксплуатации возможные негативные последствия практически исключены. Режим и условия работы должны соответствовать рекомендациям в инструкции к техническому устройству и гигиеническим рекомендациям.[1]

4.2 Общие требования к организации рабочих мест ПК

Условно негативное влияние ПК и компонентов периферии можно разделить на несколько относительно обособленных групп:

· Негативное влияние, обусловленное непосредственно ПК и периферийными устройствами.

· Нарушение правил пользования компьютера (санитарно-гигиенические, эргономические, физиологические, организационные).

Ниже эти группы рассматриваются в сочетании с возможными мерами профилактики их негативного воздействия.

Будем исходить из того, что тот ПК, что испольЗУется Вами, был сертифицирован и соответствует действующим техническим нормам, исправен и установлен в соответствии с действующими норами (заземление и т.д.). Поэтому в данном пособие будем акцентировать внимание на нарушениях правил применения ПК и возникающих при этом ситуациях, потенциально приводящих к тем или иным заболеваниям.

Трудовой процесс осуществляется в определенных условиях производственной среды, которые характеризуются совокупностью её элементов и факторов, которые влияют на трудоспособность и состояние здоровья человека в процессе работы. Производственная среда и факторы трудового процесса составляют в совокупности условия работы.

Площадь на одно рабочее место с ПК (монитор с электронно-лучевой трубкой) должна составлять не менее 6 м², с монитором на базе плоских экранов (жидкокристаллические, плазменные) - 4,5м², а объем - не менее 20,0м³. Не следует размещать рабочие места с ПК вблизи силовых кабелей и вводов, высоковольтных трансформаторов, технологического оборудования, создающего помехи в работе ПК. Полимерные материалы, используемые для внутренней отделки интерьера помещений, где имеются ПК, не должны изменять своих химических свойств в течение всего срока эксплуатации, не позволять накапливаться статическому электричеству. Запрещено использование полимерных материалов (древесностружечные плиты, слоистый бумажный пластик, синтетические ковровые покрытия и др.), выделяющих в воздух вредные химические вещества. В помещениях ежедневно должна проводиться влажная уборка.

Помещения для эксплуатации ПК должны иметь естественное (боковое или верхнее освещение помещений естественным светом) и искусственное (совмещенное - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным, за счет дополнительных световых приборов) освещение. [1]

4.3 Общая эргономика рабочего места

Основные причины ухудшения самочувствия пользователя при работе с компьютером носят неспецифический характер и обусловлены рядом факторов: гиподинамией (малоподвижность), обуславливающей нарушение кровообращения в сдавленных участках тела человека; нефизиологичным положением тела (с нарушение правильной осанки); повторяющиеся однообразные движения; нахождение в замкнутом помещении по действием специфических повреждающих факторов - электромагнитного излучения, статического электричества, неблагоприятного микроклимата и т.д.

Наиболее серьезные заболевания у людей, часто и подолгу сидящих заПК, связаны с костно-мышечной системой, зрением, обострениями сопутствующих заболеваний. Возможно появление шейного компьютерного радикулита, заболевания суставов кистей рук, синдрома компьютерного зрения и многого другого. Кроме того, работа за компьютером осуществляется в условиях высокой нервно-психической и статической напряженности с одновременным пребыванием пользователя в течение длительного времени в вынужденном положении, что сказывается на здоровье пользователя.

Наиболее подвижной частью позвоночника является его шейный отдел (повороты и наклоны головы). При анатомо-физиологических изменениях в этом отделе чаще всего происходит нарушение кровоснабжения головного мозга, что проявляется головными болями, головокружением, «мушками» перед глазами, шаткостью походки, в ряде случаев возможны нарушения речи. Позвонки соединены между собой посредством хрящей, суставов и связок.

В современных условиях, когда эргономикарабочего места зачастую не соответствует минимальным физиологическим нормам для опорно-двигательного аппарата, оптимальная рабочая поза и биомеханическая эффективность значат не меньше, чем другие вредные факторы рабочей среды.

Основным отличием «биомеханического» фактора от иных вредных факторов производственной среды является то, что его действие в значительной степени может быть изменено (уменьшено или увеличено) самим работающим. В отношении вынужденной рабочей позы и биомеханически разрушающих движений (и степени поражения от них) все иначе: работающий может радикально уменьшить это воздействие за счет использования биомеханически и психофизиологически правильного движения.

При выборе компьютерной мебели следует исходить из следующих положений:

* Столешница стола должна обеспечить достаточное место для размещения клавиатуры, мыши, необходимых документов, книги, дисков и т.д.;

* Высота стола должна составлять не менее 74 см (среднее расстояние для человека в позе сидя) для обеспечения комфортных условий в течение рабочего дня.

* Обеспечение возможности размещения компонентов ПК и иной оргтехники наразных уровнях.