Процес виготовлення друкованої плати

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. РОЗРОБКА ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ ЕЛЕКТРОННО-КЕРУЄМИХ МОДУЛІВ ГАРМОНІЧНИХ КОЛИВАНЬ

Пристрій виконаний за технологією поверхневого монтажу на друкованій платі із двостороннього скляного текстоліту розміром 200x135мм.

Процес виготовлення друкованої плати можна умовно розділити на п'ять основних етапів:

- попередня підготовка заготівки (очищення поверхні, знежирення),

- нанесення захисного покриття;

- видалення зайвої міді з поверхні плати (травлення);

- очищення заготівки від захисного покриття;

- свердління отворів, покриття плоти флюсом, лудіння.

Етап попередньої підготовки є початковим і полягає в підготовці поверхні майбутньої друкованої плати до нанесення на неї захисного покриття. У цілому за тривалий проміжок часу технологія очищення поверхні не перетерпіло скільки-небудь значних змін. Весь процес зводиться до видалення окислів і забруднень із поверхні плати з використанням різних абразивних засобів і наступному знежиренню.

Для видалення сильних забруднень можна використовувати дрібнозернисту наждачний папір («нульовку»), дрібнодисперсний абразивний порошок або інший засіб, який не залишає на поверхні плати глибоких подряпин. Іноді можна просто вимити поверхню друкованої плати жорсткою гумкою для миття посуду з миючим засобом або порошком (для цих цілей зручно використовувати абразивну мочалку для миття посуду, яка схожа на волок з дрібними вкрапленнями якоїсь речовини; іноді така мочалка буває наклеєна на шматок поролону). Крім того, при достатньо чистій поверхні друкованої плати можна взагалі пропустити етап абразивної обробки й одразу перейти до обезжирювання.

У випадку наявності на друкованій платі тільки товстої оксидної плівки її можна легко видалити шляхом обробки друкованої плати протягом 3-5 секунд розчином хлорного заліза з наступним промиванням у холодній проточній воді. Треба, однак, відзначити, що бажано або робити дану операцію безпосередньо перед нанесенням захисного покриття, або після її проведення зберігати заготівку в темному місці, оскільки на світлі мідь швидко окисляється.

Заключний етап підготовки поверхні полягає в знежиренні. Для цього можна використовувати шматочок м'якої тканини, що не залишає волокон, змочений спиртом, бензином або ацетоном. Тут варто звернути увагу на чистоту поверхні плати після знежирення, оскільки останнім часом стали попадатися ацетон і спирт зі значною кількістю домішок, які залишають на платі після висихання білі плями. Якщо це так, то варто пошукати інший спосіб знежирювання. Після знежирення плату варто промити в проточній холодній воді. Якість очищення можна контролювати, спостерігаючи за ступенем змочування водою поверхні міді. Повністю змочена водою поверхня, без утворення на ній крапель і розривів плівки води, - є нормального рівня.

На обидві поверхні плати наноситися шар фоторезистивного лаку POSITIV 20 фірми Kontakf Chemie. Потім лак висушується при кімнатній температурі протягом півгодини до затвердіння плівки, Далі плату необхідно помістити в термошкаф на 40 хвилин при температурі 80°С. Після закінчення сушіння на одну зі сторін плати накладається фотошаблон, яку кладуть під потужну ультрафіолетову лампу на 3 хвилини. На другу сторону плати накладається фотошаблон зворотної сторони, точно сполучений з першим, і процес повторюється, Потім плату проявляють у семипроцентному розчині каустичної соди.

Після повного прояву малюнка провідників по обидва боки плати, її необхідно промити водою й помістити в розчин хлорного заліза для травлення. Протравлена плата промивається водою, а потім за допомогою ацетону видаляються залишки лаку.

Мідні провідники необхідно пролудити сплавом Розі за допомогою паяльника, У центрах контактних площадок для DIP компонентів просвердлюють ся отвори діаметром 0,7мм. SMD компоненти припаюються першими, тому що DIP компоненти затрудняють їхній монтаж, Пайку можна робити гарячим повітрям або паяльником. По закінченню пайки плату необхідно промити в розчиннику (або воді, у випадку використання водозмивного флюсу). Для захисту від окислювання й впливу вологи на плату наноситься захисне покриття лаком URETHAN 71/200

Для з'єднання провідних доріжок застосовано перемички PUPA.

В додатку А та додатку Б приведені розведені друковані плати модулів «RC-генератор гармонічних коливань» та «LC-генератор гармонічних коливань» (схеми електричні принципові із електронними перемикачами, на основі яких були розроблені друковані плати, див. також в додатку А та додатку Б відповідно).

2. ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ РОЗРОБКИ ЕЛЕКТРОННО-КЕРУЄМОГО МОДУЛЯ ГАРМОНІЧНИХ КОЛИВАНЬ

1. Аналіз ринку

друкована плата гармонічний коливання

Вивчаючи ринок електронної продукції, важко не помітити, що істотною частиною майже будь-якого сучасного електронного пристрою є генератори гармонічних або яких-небудь інших коливань. Генератори електричних сигналів становлять досить численну групу пристроїв, що входять до складу медичних приладів і апаратів. Насамперед, це генератори стимулюючих сигналів для різних типів електрофізіологічної апаратури, що впливає на біологічні об'єкти коливаннями різної форми й інтенсивності. Крім того, генератори використаються для забезпечення роботи й створення необхідних режимів функціонування різних електронних схем медичної апаратури. Медичні апарати, що випускалися за радянських часів є вже морально застарілими і не можуть складати ринкової конкуренції закордонним фірмам.

Моя розробка являє собою приклад модернізації існуючого лабораторного модуля гармонічних коливань, в якому використовуються механічні перемикачі для вибору однієї із схем генератора цих коливань. В ній розроблено принципово новий метод перемикання з однієї схеми генерування на інший за допомогою сучасних електронно-керуємих перемикачів. Використовуючи такі сучасні перемикачі, можна значно зменшити масогабарити останнього та навантаженність оператора, що працює безпосередньо з цим модулем, так як тут не потрібно використовувати громіздкі механічні перемикачі, порівняно із сучасними електронними.

Прилад створюється на сучасній елементній базі з використанням спеціалізованих інтегральних мікросхем.

2. Постановка задачі створення нового виробу

і обґрунтування функцій системи

Метою створення такого приладу є модернізація технічної бази учбових лабораторій, в яких студенти вивчають основи роботи та функціонування генераторів гармонічних коливань.

Основні параметри:

1. Діапазон зміни частоти 100кГц...500кГц

2. Діапазон зміни напруги 0...10В

Представимо структурну схему генератора гармонічних коливань (рис. 1).

Рисунок 1 - Структурна схема генератора гармонічних коливань

Структурні блоки схеми:

1. Підсилювач - призначений для посилення сигналу до рівня 1...10 В.

2. Контур позитивного зворотного зв'язку - визначає (задає) частоту генерації схеми генератора

Виділення основних функцій:

F1 - генерування гармонічних коливань заданої однієї частоти;

F2 - забезпечити виконання першої та другої умов (тобто умови балансу амплітуд та умови балансу фаз відповідно) виникнення в системі гармонічних коливань,

F3 - забезпечити надійність перемикання електронних ключів на одну із схем генератора.

F4 - забезпечити посилення сигналу у разі зменшення амплітуди генеруємих коливань.

F5 - підтримка стабільної частоти генерації

3. Розробка варіантів реалізації функцій

Для реалізації F1 запропоновані наступні варіанти:

а) RC-генератор з Г-подібним контуром (А);

в) генератор з мостом Віна (Б);

г) генератор з подвійним Т-подібним мостом (В);

Для реалізації F2 запропоновані наступні варіанти:

а) за допомогою конструкції підсилювача (А) ;

б) за допомогою контуру позитивного зворотного зв'язку (Б);

Для реалізації F3 запропоновані наступні варіанти:

а) за допомогою механічних перемикачів (А) ;

б) за допомогою електронних перемикачів (Б);

Для реалізації F4 запропоновані наступні варіанти:

а) за допомогою конструкції підсилювача з ізолюючим входом (А);

б) за допомогою конструкції підсилювача з токовим входом (Б);

Для реалізації F5 запропоновані наступні варіанти:

а) за допомогою використання додаткового кварцового резонатора (А).

Складаємо морфологічну карту (рис. 2) і розробляє “позитивно-негативну” матрицю (таблиця 1).



Рисунок 2 - Морфологічна карта

Із розглянутих варіантів реалізацій функцій, вибираємо оптимальний варіант (або сукупність варіантів), котрий характеризується мінімальними затратами на реалізацію функцій і відповідає якісним показникам технічного рівня. З цією метою розроблюємо “позитивно-негативну” матрицю варіантів реалізації схемних рішень електронної системи генератора.

Таблиця 1 - «Позитивно-негативна» матриця

Функція	Варіант реалізації	Переваги	Недоліки
F1	А	Можливість їх застосування в інтегральному виконанні, а також для генерації низькочастотних сигналів;	Контур зворотного зв'язку сильно шунтує каскад підсилювача, через що виникаючі коливання можуть бути нестійкими;
	Б	Дозволяє порівнювати еталонні котушки індуктивності з еталонними ємкостями на невідомій точно робочій частоті.	Невисока стабільність частоти; істотні спотворення форми коливань.
	В	Високий коефіцієнт підсилення , що призводить до виникнення генерації	Умова балансу амплітуд виконуватиметься тільки для однієї частоти.
F2	А	Конструкція може бути виконана в єдиному технологічному циклі та не потребує налаштування.	Компактність схеми.
	Б	Забезпечення зсуву фази на 1800	Складність налаштування, великі втрати при передачі сигналу.
F3	А	Спотворення не залежать від рівня сигналу	Брязкіт і часткова втрата контакту обкладань або механічних перемикачів унаслідок зносу, їх ресурс обмежений
	Б	Забезпечують можливість отримати цілий комутаційний пристрій на одному або декількох кристалах інтегральних мікросхем з управлінням, реалізованим на логічних елементах; ресурс необмежений; можливість реалізації малогабаритних економічних комутаторів із зовнішнім управлінням, здатних справитися із завданням складної «диспетчеризації» сигналів, коли є велика кількість джерел і приймачів сигналу;	Спотворення залежать від рівня сигналу
F4	А	Великий вхідний опір; високий коефіцієнт підсилення	Велика кількість елементів
	Б	Проста схемна реалізація	Малий вхідний опір
F5	А	Вигідні для отримання стабільної частоти.	Висока вартість

Проаналізувавши “позитивно-негативну” матрицю варіантів реалізацій функцій, ми можемо сказати, що як неефективні можна виключити F1Б.

Отже, записуємо варіанти:

1)

2)

3)

4)

4. Визначення системи параметрів

Для характеристики електронної системи, розроблюємо систему параметрів якості об'єкту.

Х1 - умова балансу амплітуд: ;;

Х2 - ємність фазозсувного контуру, Ф

Х3 - вхідна напруга , В;

X4 - робоча частота, Гц;

Х5 - зсув фаз, град.

Таблиця 2 - Основні параметри

Назва параметра	Позначення параметра	Граничне значення	Значення параметра
			Досягнуте значення	Нижня межа
Умова балансу амплітуд	Х1	1	0,95	0,1
Ємність фазозсувного ланцюга, Ф	X2	25пФ	4,2 нФ	10 мкФ
Вхідний опір, Ом	Х3	260 Ом	5,1 кОм	0,289 кОм
Робоча частота, Гц	Х4	10 МГц	3 кГц	22,5 Гц
Зсув фаз, град	Х5	180	60	10

За даними таблиці 2 будуємо графічні характеристики (рис. 3).

Рисунок 3 - Бальна оцінка параметрів

Таблиця 3 - Рангування параметрів

Параметр	Ранг параметра за оцінкою експерта
	1	2	3	4	5	6	7
Х1	4	5	5	5	5	5	5	34	13	169
Х2	4	3	3	2	2	3	3	20	-1	1
Х3	4	3	4	3	5	4	4	27	6	36
Х4	2	2	2	3	2	2	2	15	-6	36
Х5	1	2	1	2	1	1	1	9	-12	144
Сума	15	15	15	15	15	15	15	105	0	386

Вагу кожного параметру визначаємо методом попарного порівняння.

Коефіцієнт погодженості: ;

Так як для електровимірювальних та радіотехнічних приладів , а у нашому випадку , то можна сказати, що визначені данні заслуговують довіри і придатні для використання.

Вагу кожного параметру визначаємо методом попарного порівняння, виходячи із таблиці 5.3.

Таблиця 4 - Попарне порівняння параметрів

Параметри	Експерти	Підсумкова оцінка	Числове значення
	1	2	3	4	5	6	7
х1 та х2	=	>	>	>	>	>	>	>	1.5
х1 та х3	>	>	>	>	=	>	>	>	1.5
х1 та х4	>	>	>	>	>	>	>	>	1.5
х1 та х5	>	>	>	>	>	>	>	>	1.5
х2 та х3	=	=	<	<	<	<	<	<	0.5
х2 та х4	>	>	>	<	=	>	>	>	1.5
х2 та х5	>	>	>	=	>	>	>	>	1.5
х3 та х4	>	>	>	=	>	>	>	>	1.5
х3 та х5	>	>	>	>	>	>	>	>	1.5
х4 та х5	>	=	>	>	>	>	>	>	1.5

Виходячи з таблиці 4 розраховуємо вагу параметрів, склавши квадратну матрицю (таблиця 5).

Таблиця 5 - Розрахунок ваги параметрів

Параметри	Параметри	Перша ітерація	Друга ітерація	Третя ітерація
	х1	x2	х3	х4	х5
х1	1	1.5	1.5	1.5	1.5	7	0,28	34	0,295652	155,5	0,29619
х2	0.5	1	0.5	1.5	1.5	5	0,2	22	0,191304	100	0,190476
x3	0.5	1.5	1	1.5	1.5	6	0,24	27,5	0,23913	124,75	0,237619
х4	0.5	0.5	0.5	1	1.5	4	0,16	17,5	0,152174	80,25	0,152857
х5	0.5	0.5	0.5	0.5	1	3	0,12	14	0,121739	64,5	0,122857
Разом:	25	1	115	1	525	1

5. Оцінка рівня якості

Таблиця 6

Основна функція	Варіант реалізації	Абсолютне значення параметра	Бальна оцінка параметра	Коефіцієнт вагомості параметра,	Коефіцієнт якості
F1	а	0,95	9	0,29619	2,666
	в	0,8	6	0,29619	1,777
F2	а	4,2	7	0,190476	1.333
	б	4,2	5	0,190476	0,952
F3	б	5,1	7	0,237619	1,663
F4	а	3	6	0,152857	0,917
F5	а	60	5	0,122857	0,614

Отже, тепер визначимо сумарний показник технічного рівня по всіх функціях за даними таблиці 6:

1)

2)

3)

4)

6. Проведення вартісного аналізу варіантів схемних рішень

Витрати на матеріали зведені в таблицю 5.7. Так як друковану плату будуть робити на іншому підприємстві, то варто розрахувати вартість послуг, що надаються іншим підприємством. Вартість виготовлення двосторонньої друкованої плати -- 10 грн. за 1 дм2. В розрахунку на 2 дм2, маємо, що вартість наданих послуг складе 20 грн. З врахуванням транспортно-заготівельних витрат (5%), вартість складе 21 грн.

Таблиця 7

Для всіх варіантів
№ п/п	Найменування матеріалу	Тип, марка ДСТ, ТУ	Одиниця виміру	Норма витрат	Ціна за одиницю, грн..	Сума, грн
1	Склотекстоліт	СФ-4-16	кг	0,07	6	0,42
2	Припій	ПОС-65	кг	0,04	25	1
3	Флюс	КЕ	кг	0,02	4	0,08
4	Лак	ГФ-05	кг	0,01	28,5	0,285
Всього	1,785
Невраховані матеріали (5%)	0,089
Всього	1,824
Транспортно-заготівельні витрати (5%)	0,091
Всього	1,915

В таблицях 8 - 11 приведемо витрати на покупні вироби.

Таблиця 8 - Покупні вироби (варіант 1)

Виріб	Стандарт або марка	Кількість, шт	Ціна за одиницю, грн.	Сума, грн.
Операційний підсилювач	LM324	2	1,25	2,50
Резистор	МЛТ-0,25	9	0,50	4,50
Конденсатор	К50-3	5	5,00	25,00
Потенціометр	SH083	4	1,00	4,00
Мікросхема	К590КН5	5	6,07	30,35
Мікросхема	CD4011	1	4,00	4,00
Мікросхема	LM386	1	3,00	3,00
Всього	65,07
Невраховані покупні вироби (5%)	3.3035
Всього	68,3735
Транспортно-заготівельні вироби (5%)	3.4187
Всього	71.7922

Таблиця 9 - Покупні вироби (варіант 2)

Виріб	Стандарт або марка	Кількість, шт	Ціна за одиницю, грн.	Сума, грн.
Операційний підсилювач	LM324	1	1,25	1,25
Резистор	МЛТ-0,25	9	0,50	4,50
Конденсатор	К50-3	5	5,00	25,00
Потенціометр	SH083	4	1,00	4,00
Мікросхема	К590КН5	5	6,07	30,35
Мікросхема	CD4011	1	4,00	4,00
Мікросхема	LM386	1	3,00	3,00
Всього	63.82
Невраховані покупні вироби (5%)	3.191
Всього	67.011
Транспортно-заготівельні вироби (5%)	3.3506
Всього	70.3616

Таблиця 10 - Покупні вироби (варіант 3)

Виріб	Стандарт або марка	Кількість, шт	Ціна за одиницю, грн.	Сума, грн.
Операційний підсилювач	LM324	2	1,25	2,50
Резистор	МЛТ-0,25	7	0,50	3,50
Потенціометр	SH083	4	1,00	1,00
Мікросхема	К590КН5	5	6,07	30,35
Мікросхема	CD4011	1	4,00	4,00
Мікросхема	LM386	1	3,00	3,00
Всього	39,07
Невраховані покупні вироби (5%)	1,9535
Всього	41,0235
Транспортно-заготівельні вироби (5%)	2,0512
Всього	43.0747

Таблиця 11 - Покупні вироби (варіант 4)

Виріб	Стандарт або марка	Кількість, шт	Ціна за одиницю, грн.	Сума, грн.
Операційний підсилювач	LM324	1	1,25	1,25
Резистор	МЛТ-0,25	7	0,50	3,50
Потенціометр	SH083	4	1,00	4,00
Мікросхема	К590КН5	5	6,07	30,35
Мікросхема	CD4011	1	4,00	4,00
Мікросхема	LM386	1	3,00	3,00
Всього	37,82
Невраховані покупні вироби (5%)	1,891
Всього	39,711
Транспортно-заготівельні вироби (5%)	1,9856
Всього	41,6966

Роботу виконують монтажник VI розряду та наладчик V розряду. Таким чином, визначаємо для них середньогодинну тарифну ставку відповідно:

-- монтажник ІІI розряду -- тарифний коефіцієнт КтарІІI = 1,23;

-- наладчик V розряду -- тарифний коефіцієнт КтарV = 1,54.

Визначаємо трудомісткість виробництва:

-- заготівельні роботи -- 0,3 нормо-години;

-- монтажні роботи -- 1,5 нормо-години;

-- складальні роботи -- 0,3 нормо-години;

-- невраховані роботи -- 0,25(0,3 + 1,5 + 0,3) = 0,525 нормо-годин.

Визначаємо загальну трудомісткість виробництва електронної системи генератора.

нормо-годин;

;

годин.

Розраховуємо основну заробітну плату.

Норма часу на підготовку та монтаж елементів схеми складається із норми часу на підготовку і монтаж мікросхем, норми часу на підготовку та монтаж радіоелементів. Для повної установки одного елементу на платі (приготувати та припаяти необхідну деталь) приймаємо в середньому за норму часу 1 хв. Середньо тарифну ставку приймаємо 5,68 грн/год.

В схемі присутні 25 елементів для варіанту 1; 24 елементи для варіанту 2; 18 елементів -- для варіанту 3 і 17 елементів -- для варіанту 4, тобто на підготовку та монтаж всіх радіоелементів в схемі піде відповідно 25 хв., 24 хв., 18 хв. і 17 хв..

Таким чином, основна заробітна плата визначиться як добуток середньої тарифної ставки на час, необхідний для монтажу радіоелементів:

Варіант 1: грн.

Варіант 2: грн.

Варіант 3: грн

Варіант 4: грн.

Додаткову заробітну плату визначаємо у розмірі 30% від основної заробітної плати:

Варіант 1 : грн.

Варіант 2 : грн.

Варіант 3 : грн.

Варіант 4: грн.

Відрахування на соціальне страхування (37,5% від основної та додаткової заробітної плати):

Варіант 1 : грн.

Варіант 2 : грн.

Варіант 3 : грн.

Варіант 4 : грн.

Уся зарплата основних робочих з нарахуваннями (сума основної, додаткової та на соціальні витрати):

Варіант 1: грн.

Варіант 2: грн.

Варіант 3: грн.

Варіант 4: грн.

При монтажі та наладці використовують осцилограф, блок живлення, паяльний набір. Робочий тиждень -- 5 днів. Робота виконується в одну зміну.

Загальна кількість робочих днів . Тривалість зміни =8 годин. Тоді годин.

-- осцилограф: вартість -- 2568 грн.; річна норма відрахувань - 25% від вартості -- 642 грн.; відрахування за годину роботи -- 642/2080 = 0,309 грн. Так як наладчик працює 0,3 години, то маємо -- 0,3090,3 = 0,093 грн.

-- блок живлення: вартість -- 460 грн.; річна норма відрахувань -25% від вартості -- 115 грн.; відрахування за годину роботи -- 115/2080 = 0,055 грн. Так як наладчик працює 0,3 години, то маємо -- 0,0550,3 = 0,0165 грн.

-- паяльний набір: вартість -- 50 грн.; річна норма відрахувань -25% від вартості -- 12,5 грн.; відрахування за годину роботи -- 12,5/2080 = 0,006 грн. Так як наладчик працює 0,3 години, то маємо -- 0,0060,3 = 0,0018 грн.

Інші невраховані витрати на обслуговування та експлуатацію устаткування складають 30% від основної заробітної плати: 567,890,3 = 170,367 грн.

Загальні витрати на експлуатацію устаткування:

грн.

Функціонально-необхідні витрат зведемо в таблицю 12.

Таблиця12

№ п/п	Статті витрат	Варіанти
		Сума, грн	Сума, грн	Сума, грн	Сума, грн
1	Сировина та матеріали.	17,86	17,86	17,86	17,86
2	Покупні комплектуючі вироби, напівфабрикати, роботи і послуги виробничого характеру сторонніх підприємств та організацій.	71.7922	70.3616	43.0747	41,6966
3	Основна заробітна плата	142	136,42	102,24	95,56
4	Додаткова заробітна плата	42,6	40,926	30,672	28,668
5	Відрахування на соціальне страхування	69,225	66,5048	49,842	46,5855
6	Загальновиробничі витрати	229,68	217,96	215,68	207,96
7	Загальні витрати на експлуатацію устаткування	170,5315	170,5315	170,5315	170,5315
8	Адміністративні витрати	56,12	55,21	50,86	48,34
10 9	Витрати на збут	45,28	43,47	42,78	40,55
9	Повна собівартість	412,4915	407,8515	389,5815	376,2015

Визначаємо ефективність створення нового приладу, тобто визначаємо коефіцієнт техніко-економічного рівня:

Варіант 1:

Варіант 2:

Варіант 3:

Варіант 4:

Як видно з розрахунків, максимальний, коефіцієнт техніко-економічного рівня має перший варіант реалізації функцій, а отже, - він має і найбільш високий показник рівня якості. Вибраний перший варіант реалізації дозволяє реалізувати даний апарат з найменшими затратами на матеріали та сировину для його створення, що, в свою чергу, гарантує меншу собівартість даного продукту.

Размещено на Allbest.ru