Диплом. Диплом Ионов А.В. 1. Теоретическая часть
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
3.Конструкторско-технологическая часть 3.1 Конструкторско технологические требования Тип производства - Единичное производство. Климатические факторы – при комнатной температуре: Стенд предназначен для работы при температурах от +5ОС до +30ОС. Относительная влажность до 80% при температуре +25ОС. В режиме хранения при температуре от -5ОС до +35ОС и влажности до 80%. Номинальный режим работы – непродолжительный; Печатная плата должна соответствовать: ГОСТ Р 50621-93 (МЭК 326-4-80). Платы печатные одно- и двусторонние с не металлизированными отверстиями. Общие технические требования. ГОСТ Р 50622-93 (МЭК 326-5-80). Платы печатные двусторонние с металлизированными отверстиями. Общие технические требования. ГОСТ 23751-86. Платы печатные. Параметры конструкции. ГОСТ 10317-79. Платы печатные. Основные размеры. Так как производство единичное и происходит в лаборатории института то, для изготовления печатного узла был выбран метод пленочного фоторезиста, по сравнению с лазерно-утюжной технологией он является наиболее качественным и простым в реализации. 3.1.1 Выбор класса точности ГОСТ Р 53429-2009 устанавливает пять классов точности печатных плат. Классы точности печатной платы определяется по минимальным предельным отклонениям на размеры и расположение печатных проводников и контактных площадок. В соответствии с предъявляемыми техническими требованиями подходит класс точности 2. В таблице 3.1 приведены параметры данного класса точности: Таблица 3.1
3.1.2 Выбор материала Выбор материала основания для печатного узла зависит от многих критериев, таких как тип диэлектрического основания, толщине основания, толщина фольги, типу фольги, количеству металлизированных сторон и т.д. Для стенда используется односторонняя печатная плата. Устройство работает на малой частоте при невысоких токах. Для этих целей подходит односторонний фольгированный текстолит FR1-1. Данный тип текстолита имеет толщину 1.5 мм. В стенде используется контроллер тока для светодиодов. Для его изготовления используется односторонняя печатная плата. Форма платы – прямоугольная пластина габаритами 25.6 х 32.6 мм с вырезанными контактами 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 – 2; группа жесткости – 2; шаг координатной сетки – 1.25мм. 3.1.3 Изготовление печатного узла Для изготовления печатного узла используется фоторезистивная технология изготовления печатных плат На слой меди наносится фоточувствительный слой. Далее через фотошаблон засвечиваются (обычно ультрафиолетом) определенные участки, после чего в специальном растворе смываются ненужные участки фоточувствительного слоя. Таким образом, формируется необходимый рисунок на медном слое. Далее следует обычное травление. Наносить фоторезист на текстолит можно разным способом. Наиболее популярные способы - это использование аэрозольного фоторезиста POSITIV 20. Этот способ схож с нанесением аэрозольных красок. Требует аккуратности для обеспечения равномерного слоя и сушки. И применение пленочного фоторезиста. Наноситься путем наклеивания специальной пленки подобно тому, как наклеиваются декоративные пленки. Сухой пленочный фоторезист обеспечивает постоянную толщину фоточувствительного слоя, прост в применении. К тому же он индикаторный, т.е. засвеченные участки хорошо видны. Текстолит разрезается на заготовки нужного размера. В домашних условиях это можно сделать ножовкой по металлу. Текстолит толщиной до 1мм можно резать обычными канцелярскими ножницами. Заусенцы убираются напильником либо наждачной бумагой. При этом не царапается поверхность текстолита! Если поверхность медной фольги грязная, или есть другие загрязнения - фоторезист может не пристать, что повлияет на качество. После, для текстолита следует провести химическую очистку. Химическую очистку медного покрытия перед наклейкой фоторезиста проводится с применением бытовой химии или любого имеющегося растворителя. Очищаем поверхность текстолита средством для борьбы с накипью “Cillit”. В его состав входит ортофосфорная кислота, именно она убирает все загрязнения. Через 2 минуты нужно промыть проточной водой. На поверхности не должно быть пятен. В противном случае следует повторить операцию. Остатки воды удаляются бумажной салфеткой. Если на поверхности меди останутся даже мельчайшие ниточки, пленка фоторезиста в этом месте ляжет с пузырьком. Сушка текстолита происходит утюгом через бумагу. Наклейка фоторезистивной пленки - самая ответственная операция при производстве плат этим способом. Все операции с фоторезистом выполняются при слабом электрическом освещении. После просушки текстолит должен остыть. Фоторезист берется с небольшим запасом, таким образом, чтобы он полностью покрывал нашу заготовку + 5 мм с каждой стороны. Защитная пленка отделяется не вся, а небольшой участок: 10-20 мм с одного края. Приклеивается на текстолит, приглаживается мягкой тканью. Далее, аккуратно отделяется защитная пленка и приглаживается фоторезист к текстолиту. Затем обрезается выступающий за края заготовки фоторезист ножницами. Подготовленный таким образом текстолит лучше всего хранится в темном месте. Фотошаблон распечатывается на пленке для лазерного принтера или на пленке для струйного принтера. Лучшим вариантом является струйный принтер, именно этот метод и был использован. Фотошаблон должен быть негативным, распечатывается в зеркальном отображении. Заготовка накрывается оргстеклом, обычное стекло намного хуже пропускает УФ-лучи, и помещается под УФ-лампу. Расстояние от лампы до заготовки можно подобрать экспериментально. В данном случае — примерно 7-10 см. Время засветки для фоторезиста - 60…90 секунд. Очень важная операция — это погрев заготовки после экспонирования. Утюг ставится на «2» и прогревается через лист бумаги 5-10 сек. После чего рисунок становиться контрастнее. После прогрева нужно время для заготовки что бы остыть до 30 градусов, после чего можно приступать к проявлению фоторезиста. Существуют специальные проявители для фоторезиста, которые можно купить в специализированных магазинах электроники. Самым доступным из всех является пищевая сода, она не так токсична по сравнению с остальными. Для приготовления раствора требуется добавить соду в теплую воду и перемешать. Пищевая сода не так быстро растворяет пленку фоторезиста, поэтому сложно передержать фоторезист в растворе. Вымывание не засвеченных участков фоторезиста проходит более деликатно и не так стремительно. Удаление пленки фоторезиста с готовой платы выполняется в том же растворе. Следующий шаг травление. Раствор для травления печатных плат - хлорное железо FeCl3, процесс занимает около полутора часа. Отмывать фоторезист лучше после сверления. Пленка фоторезиста будет защищать медь от случайных повреждений при механической обработке. Погружаем плату в раствор той же пищевой соды, но для ускорения процесса подогреваем. Фоторезист отстает минут через 10-20. Если применять едкий натрий( NaOH) все произойдет за несколько минут даже в холодном растворе. После чего плату тщательно промываем проточной водой, и протираем спиртом. Способов лужения много. Использовался самый простой. Покрытие платы флюсом и лужение обычным припоем с помощью паяльника и медной оплетки. После плата покрывается лаком. 3.1.4 Установка элементов Элементы устанавливаются на печатную плату согласно сборочному метр чертежу ПУ и удовлетворяющую требованиям ГОСТ 29137-91 Экспериментальная часть Измерительные приборы 4.1.1 Люксметр Яркомер - люксметр ЯРМ-3 «Рис. 23» предназначен для измерения яркости постоянных источников света со сплошным спектром излучения; освещенности, создаваемой данными источниками и яркости освещаемых объектов с неселективным отражением. Технические характеристики отображены в таблице 5.  Рисунок23. Люксомер «ЯРМ-3» Таблица 5. Технические характеристики прибора "ЯРМ-3"
Принцип действия яркомера основан на преобразовании потока, поступающего от объекта измерения, в электрический сигнал с помощью фотоприемника. Сигнал с фотоприемника после усиления передается на вход аналого-цифрового преобразователя и далее в микропроцессорную систему(в дальнейшем МПС). МПС по команде оператора считывает напряжение, пропорциональное световому потоку от измеряемого объекта, производит обработку результатов измерения и выдает результат на цифровое табло в единицах измерения величины. Термистор Температура элементов измеряется при помощи встроенного в схему NTC термистора TTF3A103J34D3AY. Сопротивление, считываемого с терморезистора пересчитывается в градусы Цельсия, по соответствующему графику соотношений «Рис .». Терморезистор- это полупроводниковый прибор (его изготавливают из полупроводниковых материалов с большим отрицательным температурным коэффициентом), в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводников от температуры. Изменение сопротивления Rt полупроводника при изменении температуры характеризуется зависимостью:  Где: А - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника, размеров и формы терморезистора; В - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника; Т - температура терморезистора, °С. Зависимость сопротивления от температуры показана на «Рис. 24».  Рисунок 24. Зависимость сопротивления типичного термистора от температуры Температурный коэффициент α полупроводникового терморезистора отрицательный. Он достигает значений от 2,5 до 4% °С, что в 6-10 раз больше температурного коэффициента металлов, и зависит от температуры:  Действие термометров сопротивления основано на свойстве проводников менять электрическое сопротивление при изменении температуры. В качестве материала для изготовления термометров сопротивления используют только чистые металлы: платину в виде тонкой проволоки диаметром 0,05- 0,07 мм для измерения температур до 630°С и медь, никель или железо в виде проволоки диаметром 0,1 мм для измерения температур 100-150 °С. Существуют различные способы намотки материала термометров сопротивления: на стеклянную пластинку в целях сохранности элемента, имеющего остроугольные вырезы по бокам, расстояние между зубцами которых равно 0,5-1 мм; на стеклянную трубку в целях сохранности элемента его заключают в тонкостенную пружинящую металлическую трубку с асбестовыми подушками; на слюдяную или фарфоровую крестовину. Термометры сопротивления используют в приборах контроля и автоматического регулирования температуры. В них, кроме чувствительного элемента, есть источник тока и измерительный мост. Схема уравновешенного моста постоянного тока показана на «Рис. 25».  Рисунок 25. Схема поста постоянного тока Перемещая движок реостата Rз, приводят мост в уравновешенное состояние, при котором гальванометр G фиксирует отсутствие тока в диагонали моста (Iт=0). Rз=const. Таким образом, на равнозначных режимах величина Rз пропорциональна измеряемому сопротивлению Rt, зависящему от температуры. Уравновешивания моста может быть осуществлено автоматически. Для этого сопротивление резистора меняется под воздействием стрелки нуль гальванометра G. Наряду с уравновешенными измерительными мостами применяются и неуравновешенные, характеризующиеся большей надежностью, но меньшей точностью из-за влияний колебаний напряжения источника. Термисторные преобразователи с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления известны больше как NTC-термисторы. Необходимо заметить, что существуют и термисторы с положительным коэффициентом сопротивления, которые обозначаются как РТС-термисторы. Последние чаще применяют не для измерения температуры, а, , для предупреждения перегрева. Другой и более удобной формулой для описания характеристики термистора в случае, когда известно его сопротивление Rt при некоторой температуре T1, является выражение:  которое получается путем подстановки в ранее приведенную формулу следующего очевидного соотношения:  Термисторы существенно меньше по габаритам, чем металлические резистивные преобразователи, и поэтому они быстрее реагируют на изменение температуры. С другой стороны, небольшие размеры термисторов приводят к тому, что для их само нагрева требуется небольшой ток. Следовательно, можно считать, что ток влияет на точность измерений. Благодаря небольшим размерам и практичности в использовании будет использоваться для измерений температуры термистор TTF3A103J34D3AY. «рис 26» Характеристики NTC термистора TTF3A103J34D3AY Основные технические характеристики термистора отображены в таблице 6 . Схема изображена на рисунке 26.График зависимости температуры от сопротивления на рисунке 27. Таблица 6. Технические характеристики
 Рисунок 26. Термистор TTF3A103J34D3AY  Рисунок 27. Зависимость температуры от сопротивления Эксперимент В эксперименте проводится замер тепловых и световых характеристик мощного светодиода фирмы CREE модели СXREWHT-L1-0000-00C03 мощностью 1Вт и потребляемым током 350-700мА 4.3.1 Измерение световых характеристик диода | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||