3.Нанесение, экспонирование (засвечиваются прозрачные участки поверхности на фотошаблоне) и проявление фоторезиста.

Назначение фоторезиста (фоточувствительного материала) обеспечить избирательное гальваническое осаждение меди.

4.Нанесение меди на поверхность стенок отверстий до толщины 25 мкм. Металлорезист служит защитой проводников и металлизированных отверстий от травления. Фоторезист удаляется, оставляя металлорезист на проводниках и в отверстиях, и обнажает медь в пробельных местах (зазорах).

5.Травления меди (металлорезист защищает медь от травления). Металлорезист удаляется с поверхности меди в специальном растворе, а затем, для защиты поверхности платы наносится паяльная маска - электроизоляционное нагревостойкое покрытие. Открытые маской участки меди (монтажные отверстия, контактные площадки) облуживаются горячим припоем методом погружения.

Далее идут этапы: нанесения надписей (трафаретная печать или фотолитография), обрезки по контуру, тестированию и упаковки.

Основные параметры базовых материалов

Таблица 3.5

Тип покрытия	Tg, град	Коэффициент диэлектрической проницаемости (на частоте1 МГц)
FR4	143	4,5
FR5	185	4,5
ВТ (СВЧ)	180	-
Полиимид (твердый)	260	4,2
Полиимид (гибкий)	220	3,2
Фторпласт	-	3,6-3,9
Тефлон	280	3,4

3.2 Технологии монтажа

При изготовлении опытного образца в единичном количестве целесообразно применение ручного монтажа. Для монтажа данного изделия применялся флюс ФКЭт. Флюс используется для очистки окисленной поверхности, подлежащей пайке, улучшает растекание припоя по металлу. Это раствор канифоли в этиловом спирте.

Для монтажа использовался припой ПОС-61 (ГОСТ 21930-76). Припой ПОС-61 применяется для пайки (а также лужения) электрорадиоаппаратуры, печатных плат точных приборов с высоко-герметичными швами, где нельзя допустить перегрев, а также при паянии деталей, например при соединении очень тонких проводов, так как в этом припое имеется высокая концентрация олова, что снижает его температуру плавления.

Припои ПОС-61, ПОС-61М и ПОС-40, в отличие от других оловянно-свинцовых припоев, обладают повышенной чистотой и предназначены для пайки в особо важных узлах платы.

Шелкография применяется для удобства монтажа, защитная маска используется для защиты проводников от неблагоприятных внешних воздействий.

Для изготовления серии опытных образцов или готовых изделий целесообразно применение автоматического монтажа, технология которого описана ниже.

Типовая последовательность действий при монтаже печатных узлов методом поверхностного монтажа состоит из следующих этапов:

· нанесение паяльной пасты методом трафаретной печати на специальном принтере;

· установка компонентов на плату;

· групповая пайка (в конвекционной, инфракрасной или парофазной печи);

· оптический контроль качества монтажа;

· отмывка печатных узлов (если потребуется).



Рис.3.5 Этапы автоматического монтажа поверхностно-монтируемых элементов.

Для пайки элементов и удержания их на поверхности платы используется паяльная паста, которая представляет собой порошкообразный припой с добавлением флюса и других компонентов. Для нанесения паяльной пасты используются специальные принтеры. Во многих случаях после этого процесса может выполняться контроль нанесения пасты, позволяющий выявить возможные дефекты.

На следующем этапе происходит установка компонентов на плату с помощью специального оборудования, которое позволяет обеспечить монтаж самого широкого спектра компонентов любых размеров и с малым шагом выводов. Основная последовательность действий: захват компонента из питателя, его центрирование с помощью видеосистемы, лазера или механическими захватами и установка на плату.

Для пайки собранных ПП в современных автоматических линиях могут применяться конвейерные печи (для пайки методом конвекции, ИК-нагрева и другие). Наиболее высокое качество пайки и производительность обеспечивают конвекционные печи.

Рис. 3.6 Конвекционные печи

Рабочие параметры печей позволяют применять их для пайки изделий по бессвинцовой технологии, а различные опции - поддержка ПП по центру, подогрев конвейера в пиковых зонах, специальные системы циркуляции воздуха в рабочей зоне обеспечивают высококачественную пайку любых изделий.

Спаянные модули проходят контроль с помощью установок автоматической оптической инспекции. Проверка происходит в автоматическом режиме. Эти системы способны работать с изделиями, собранными по бессвинцовой технологии.

Рис.3.7 Системы автоматической оптической инспекции

Отмывка плат после монтажа происходит в автоматических системах отмывки, состоящих из последовательно расположенных ванн, которые оснащены модулями для подогрева и ультразвуковой очистки и позволяют применять различные промывочные жидкости и технологии очистки плат в зависимости от требований изделия и материалов. Перемещение плат между ваннами происходит в автоматическом режиме. Контроль параметров работы отдельных модулей осуществляется общим контроллером, на котором и задаются параметры программы по отмывке.

3.3 Трассировка печатной платы

Размещение и трассировка связей между элементами проводилась с целью обеспечения минимальной площади, занимаемой схемой, выполняя при этом конструкторско-технологические ограничения на ширину проводников, диаметр отверстий, контактных площадок и зазоров между проводниками.

Трассировка производилась в системе P-CAD.

Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-СAD входят четыре основных модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ.

Система P-CAD 2006 выполняет полный цикл проектирования печатных плат, а именно:

-графический ввод электрических схем;

- смешанное аналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;

- упаковку схемы на печатную плату;

- интерактивное размещение компонентов;

- интерактивную и автоматическую трассировку проводников;

- контроль ошибок в схеме и печатной плате;

- выпуск документации;

- анализ целостности сигналов и перекрестных искажений;

- подготовку файлов Gerber и NC Drill для производства печатных плат;

- подготовку библиотек символов, топологических посадочных мест и моделей компонентов.

Требования к печатным проводникам

В месте, где антенна подключается к радиомодулю, проводник должен быть как можно короче и волновое сопротивление должно быть равно 50 Ом.

Модули GSM и GPS/GLONASS имеют антенный вывод, рассчитанный для работы с антенной с волновым сопротивлением 50 Ом. ВЧ линия, которая соединяет модуль и антенну должна быть согласованной, т. е., как часть ВЧ тракта, тоже должна иметь волновое сопротивление 50 Ом. Если ВЧ линия будет иметь другое волновое сопротивление, то распространяющаяся в ней электромагнитная волна будет частично отражаться на границе сред с разными волновыми сопротивлениями (в местах соединения с модулем и с антенной). Это может привести в лучшем случае к уменьшению чувствительности и выходной мощности устройства.

На рисунке 3.8 показано масштабное представление микрополосковой и полосковой линий передач с волновым сопротивлением 50 Ом, которые выполнены на стеклотекстолите.

Масштабное представление сечений микрополосковой и полосковой линий передачи с волновым сопротивлением 50 Ом; для микрополосковой линии w=2hms, для полосковой линии hs=2w.

Рис. 3.8 Представление микрополосковой и полосковой линии

Для линии передачи с волновым сопротивлением 50 Ом необходимо выдержать для микрополосковой линии ширину проводника в два раза больше толщины диэлектрика, а для полосковой линии -- в два раза меньше толщины диэлектрика.

Видно, также, что, сопротивление в 50.2 Ом соответствует значению толщины меди в 5мкм, при ширине печатного проводника в 120 мкм. Толщина меди в 5 мкм была бы, в принципе, возможным решением для коротких сигнальных цепей (при длинных сигнальных цепях следовало бы принимать во внимание вновь повышающееся омическое сопротивление).

При этом надо иметь в виду, что изготовление печатной платы с шириной проводника в 120 мкм приведет к предложению производителем более высокой цены. Иными словами, решение о реализации определенного волнового сопротивления с шириной сигнальных проводников в 120мкм сделало бы печатную плату более дорогой.

Теоретически идеальная величина в 181.5 мкм (для достижения волнового сопротивления в 50 Ом), в реальности при производстве печатных плат является недостижимой по технологическим причинам.

Волновое сопротивление полосковой и микрополосковой линий передачи зависит от соотношения толщины диэлектрика и ширины сигнального проводника. До тех пор, пока это соотношение будет постоянным, будет постоянным и волновое сопротивление. При пропорциональном изменении этих параметров волновое сопротивление не изменится. радиочастотный приемопередатчик интерфейс антенна

На рис. 3.9 Представлены формулы для расчета волнового сопротивления линий передач на печатных платах.

Рис. 3.9 Формулы для расчета волнового сопротивления линий передач на печатных платах.

Примечание: - толщина печатного проводника, остальные обозначения геометрических параметров ясны из приведенных рисунков. Размерность всех геометрических параметров, входящих в формулы, должна быть одинаковой.

Проводники, соединяющие контроллер и ОЗУ, должны быть как можно короче во избежание потерь, а также с целью уменьшения задержек и увеличения помехо-защищенности.

Проводники интерфейса USB представляют собой дифференциальную пару, их длина должна быть одинаковой.

Проводники, которыми подключаются кварцевые резонаторы, должны иметь минимальную длину с целью увеличения помехозащищенности. Помехи в цепях синхронизации (поскольку там слабые сигналы, а следовательно чувствительные) должны быть сведены к минимуму.

Цепи питания проводятся проводниками большей толщины, исходя из проходящего по нему току. Ширина проводника округляется в большую сторону. Целесообразно выделить внутренние слои печатной платы целиком для цепей питания и общего провода.

К остальным проводникам специальные требования не предъявляются, поэтому они могут быть проведены с минимально возможной шириной (в этом классе точности) с целью увеличения плотности монтажа.

Системы защиты от нежелательных электромагнитных воздействий

1. В цепи питания используется фильтр, который защищает преобразователь от помех и цепь питания от помех преобразователя.

2. В цепи питания K-line используется варистор, который защищает цепь питания от перенапряжения.

3. Используется диодная сборка для защиты интерфейса Sim-карты радиомодуля от статических разрядов при извлечении и установке Sim-карты.

4. В области прохождения проводников радиочастотных цепей присутствует дополнительный экранирующий полигон.

5. Для стабилизатора напряжения используется дополнительный полигон в качестве теплоотвода (площадь выбрана с запасом, заведомо больше, чем требуется).

6. Оптроны A1 и A2 гальванически развязывают цепи K-Line от остальной части схемы.

7. Индуктивность L2 и конденсаторы C21,C22 - фильтр питания для GSM модуля A3.

Выбор размеров отверстий и контактных площадок

Диаметры отверстий берутся исходя из диаметров выводов (или максимальных сечений), берутся приблизительно на 0,1 мм больше; диаметр крепежного отверстия из диаметра крепежного винта. Диаметры контактных площадок для штыревых отверстий выбираются исходя из выбранного класса точности и токов в соответствующих цепях. Поскольку токи в цепях заданной схемы заведомо невелики, то берутся минимальные диаметры контактных площадок в выбранном классе точности с округлением в большую сторону. Размеры планарных контактных площадок выбираются в соответствии со стандартом IPC-SM-782 либо в соответствии с рекомендациями производителя компонента. Полигон цепи земли занимает целиком один внутренний слой, на другом внутреннем слое расположены цепи питания.

Разработка конструкции корпуса

Печатный узел необходимо установить в корпус. Корпус должен иметь прямоугольную форму и размеры 180х156х52 мм. Корпус состоит из двух частей, соединяющихся между собой четырьмя винтами по углам печатного узла. На боковых стенках располагаются отверстия под разъемы. Материалом корпуса служит ABS-пластик. Он представляет собой ударопрочную техническую термопластическую смолу на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом. К достоинствам данного материала можно отнести повышенную ударопрочность и эластичность, нетоксичность, долговечность, широкий диапазон эксплуатационный температур (от -40ОС до +90ОС). Данный вид пластика широко применяется для изготовления корпусов радиоаппаратуры и другой бытовой техники.

3.4 Требования к прокладке и расположению кабеля

При прокладке кабелей от ГЛОНАСС/GPS-антенны, GSM-антенны, а также кабелей, соединяющих устройство с БИП и оборудованием транспортного средства, следует придерживаться следующих требований:

1. Радиус изгиба кабеля не должен быть меньше 5 см.

2. Не допускается прокладывать кабель вблизи движущихся частей, источников электромагнитных помех (стартера, генератора, катушки зажигания, высоковольтных проводов).

3. При выборе мест для прокладки необходимо избегать прилегания кабеля (жгута) к острым краям элементов автомобиля.

4. После монтажа следует убедиться, что все соединения надежны и хорошо заизолированы.

5. При необходимости наращивать длину проводов следует использовать кабель сечением не менее 0,5 ммІ. Соединение проводов осуществляется методом скрутки или с использованием клеммников.

Располагать кабель следует таким образом, чтобы никто не смог наступить на него или споткнуться об него. Не допускается ставить какие-либо предметы на кабель.

3.5 Требования к установке антенн

Установка и подключение ГЛОНАСС/GPS антенны

Монтаж ГЛОНАСС/GPS антенны и прокладку кабеля до места установки устройства следует производить в соответствии со следующими требованиями:

1. ГЛОНАСС/GPS - антенна должна располагаться в горизонтальной плоскости.

2. Необходимо обеспечить максимальную открытость небосводу активной поверхности антенны для получения прямых сигналов со спутников (кол-во металлических элементов между антенной и небосводом должно быть минимальным).

3. Расположение антенны вне салона транспортных средств (на крыше кабины и пр.) допускается в местах, обеспечивающих защиту от механического повреждения или обрыва антенны (при соприкосновении с нависающими ветвями деревьев и пр.).

4. Для исключения повреждения разъема при подключении подтягивание крепежной гайки следует проводить вручную.

После установки антенны в салоне следует выполнить подключение разъема шнура антенны к соответствующему разъему устройства.

Установка и подключение GSM антенны

При выборе места установки GSM антенны необходимо по возможности минимизировать количество металлических элементов, усложняющих прохождение GSM сигнала от базовых станций сети. Также следует руководствоваться следующими требованиями:

1. Осуществить монтаж GSM антенны и прокладку кабеля до места установки терминала.

2. Выполнить подключение кабеля антенны к соответствующего разъему устройства.

3. Для исключения повреждения разъема при подключении подтягивание крепежной гайки следует проводить вручную.

Указание мер безопасности:

1. К работам по монтажу устройства необходимо приступать только после ознакомления с требованиями, изложенными в документации к устройству.

2. До подключения изделия к другому устройству нужно ознакомиться с руководством по эксплуатации на это устройство. Нельзя допускать подключение несовместимых изделий.

Комплект монтажных частей БНК МС комплектуется в соответствии со следующими пунктами:

1. Комплект для крепления;

2. Комплект проводов для интерфейсов CAN, K-Line.

Требования к месту установки:

1. БНК МС устанавливается на ровную поверхность в труднодоступном месте, защищенном от влаги.

2. БНК МС должна размещаться в салоне автомобиля, с наличием интерфейсов CAN или K-Line, под водительским сиденьем.

3. БНК МС должна крепиться к основанию переднего сиденья.

4. Демонтаж БНК МС из-под кресла водителя, на случай устранений неполадок, должен быть простым.

Порядок подготовки терминала к работе:

Установка устройства производится с помощью комплекта монтажных частей (КМЧ). Индикатор на устройстве, показывает статус работоспособности изделия.

Детали, входящие в КМЧ, имеют следующее назначение:

- GSM антенна выносная - устанавливается, для обеспечения приема/передачи GSM-сигнала;

- антенна GPS - дополнительно устанавливается, если необходимо передавать информацию о местоположении охраняемого устройства;

- разъемы на корпусе устройства служат для подключения внешних датчиков и исполнительных элементов к устройству.

Работы по установке должны быть произведены в соответствии с прилагаемыми схемами подключения. Перед размещением устройства в месте эксплуатации необходимо установить в него разблокированную SIM-карту, для этого снимается крышка устройства, предварительно откручиваются крепежные винты.

Необходимые условия системы:

- SIM карта, установленная в устройстве, должна быть подключена к услуге GPRS и данная услуга должна быть доступна в данной точке сети GSM;

- ПК должен быть подключен к сети Интернет и на нем должен иметься открытый порт для установления TCP-соединения.

3.6 Разработка методики испытаний БНК МС

Проверка работоспособности изделия

1. Подключить кабель интерфейса CAN или K-Line к диагностическому

разъему OBDII БНК МС;

2. Подключить антенны стандарта GSM и GPS к соответствующим разъемам на БНК МС;

3. Запустить двигатель автомобиля;

4. Подключить отладочное устройство (ноутбук), через порт RS-232 (COM-порт) на БНК МС;

5. Убедиться, что с помощью командной строки выводится вся необходимая информация о состоянии автомобиля.

Примечание: Отладочное устройство (ноутбук), а также антенны стандарта GSM и GPS в комплект не входят (приобретаются отдельно).

Порядок проведения испытаний

1. На плату МС подключить питание 12В от источника питания постоянного тока

2. Плату МС подключить ПК1 через COM порт, после чего произвести загрузку драйверов и необходимого софта на микроконтроллеры.

3. Подключить внешнее питание 12В от источника питания постоянного тока к ЭБУ Микас10.3

4. Подсоединить ЭБУ через клеммник, установленный на плате МС соответствующими контактами: K-Line, GND, 12В.

5. Подключить антенны GSM и GPS к плате МС через SMA разъёмы.

6. Произвести настройку IP-адреса на ПК2 куда должны передаваться данные.

7. Проверить собранную экспериментальную схему на наличие коротких замыканий, и питания на контрольных точках платы МС.

8. В результате считывания данных с ЭБУ через К-линию, 8 измеряемых параметров должны отобразиться на ПК1 в специально написанной программе и также отобразиться местоположение полученное с помощью GPS модуля.

9. Восемь измеряемых параметров и координаты местоположения должны отобразиться на ПК2, переданные туда с помощью GSM модема на указанный IP-адрес.

Список контролируемых параметров работы двигателя:

- бортовое напряжение ,В

- расход топлива, л

- обороты двигателя, об/мин

- скорость автомобиля, км/ч

- положение дроссельной заслонки, %

- температура двигателя, град. С

- статус датчика давления масла (норма/не норма)

- статус лампы неисправности двигателя (норма/не норма)

3.7 Разработка требований к транспортированию и хранению устройства

Транспортирование упакованного изделия должно производится закрытым видом транспорта в соответствии с ГОСТ 23216-78 и правилами перевозки грузов, действующих на данном транспорте.

Изделие должно транспортироваться автомобильным транспортом в крытых фургонах по дорогам 1 - 3 категории.

Консервация и упаковка изделия должна обеспечивать их сохранность при транспортировании и хранении в условиях, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 9.014 и ГОСТ 10354.

Транспортирование без упаковки запрещается.

3.8 Разработка мероприятий по защите от воздействия статического электричества

Несмотря на то, что электростатический заряд является переносчиком весьма небольшого количества энергии, высокая разность потенциалов и скорость их изменения влекут образование токов, достаточных как для мгновенного вывода из строя чувствительных компонентов, так и для нанесения кристаллу изначально незаметных повреждений, следствием которых является деградация параметров и постепенный отказ. Итог - финансовые потери, порой сопровождающиеся потерей репутации. Для профилактики проблем, связанных с выходом из строя готовых изделий, или компонентов, имеет смысл оснастить рабочее место средствами антистатической защиты.

Защита высокочувствительных электронных компонентов и модулей от воздействия статического электричества - проблема комплексная. На этапах транспортировки и хранения продукции используются антистатические упаковочные пакеты, выдвижные ячейки, навесные лотки, транспортировочная тара из проводящего пластика или проводящего картона с уплотнителем.

На этапе разработки и монтажа устройства, существует несколько основных способов защиты аппаратуры от статического электричества. Рабочий персонал должен носить антистатическую одежду и обувь. Обязательным условием защиты от статического электричества является также наличие антистатического браслета на запястье, который заземлен на землю через резистор номиналом около 1 МОм.

Для защиты чувствительных компонентов от зарядов статического электричества, которые накапливаются на человеческом теле, используются антистатические браслеты. Вне зависимости от других мер, предпринятых для защиты от электростатических разрядов, каждый работник производства должен быть соединен с заземлением через браслет, одетый на запястье. Следует также учитывать, что например при отрыве от пола ног в антистатической обуви нарушается контакт с землей.

Также любое оборудование, предназначенное для изготовления электронных компонентов и устройств, должно быть оснащено элементами защиты от статического электричества, ручки из ударопрочного проводящего пластика, прочное ESD-покрытие рукояток и оголенных рабочих частей: антибликовые, антимагнитные, кислотоустойчивые, нержавеющие покрытия.

3.9 Обеспечение электромагнитной совместимости

Общие сведения

В широком смысле решение проблемы ЭМС отдельного технического средства заключается в создании условий, при которых оно идеально совместимо с окружающей его средой или, другими словами, невосприимчиво к внешним помехам и не создает помехи для других средств.

Пространственная помеха образуется практически при работе любого технического средства, при этом создаваемые ими в окружающем пространстве электромагнитные поля принято подразделять на:

– функциональные - излучаемые с целью передачи полезной информации предназначенными для этого радиоэлектронными средствами через антенно-фидерное устройство; их уровень стремятся усилить в направлении на корреспондента в достаточно необходимой полосе частот и при этом по возможности занимать ее как можно меньший интервал времени;

– сопутствующие (паразитные) - сопровождающие работу технического средства и являющиеся эффектом его технического несовершенства, оказывающие мешающее воздействие работе соседних ТС; их уровень стремятся устранить или снизить до допустимых пределов применением конструкторских и схемных решений, как правило, на этапе проектирования и последующего производства данного средства.

Электромагнитное поле вокруг работающего технического средства монопольно занимает некое пространство в определенной полосе частот на период своей работы и является помехой. Отсюда проблема обеспечения ЭМС ТС как раз и заключается в согласованном применении электронных средств. При необходимости организации совместной работы нескольких технических средств необходимо:

– разместить их в пространстве, таким образом, чтобы «зоны их мешания» не пересекались;

– если это невозможно выполнить, то при фиксированной дистанции рассчитывается возможность разнести излучение источника ЭМП по частоте с полосой восприимчивости рецептора с тем учетом, чтобы защитный интервал между ними допускал функционирование технического средства, без снижения качества его работы;

– если и второе направление нереализуемо (например, отсутствует управление частотой излучаемого поля), то при фиксированной дистанции и полосе частот генерируемой помехи рассматривается возможность разнесения периодов работы технических средств во времени.

Среди путей решения проблемы ЭМС ТС техническими мерами можно выделить:

§ экранирование - окружение либо источника мешающего ЭМП, либо, что чаще встречается на практике, рецептора, кожухом из сплава металла, состав которого зависит от того, что определено защищать и от какого вида поля строится защита;

§ фильтрация - создание на пути распространения паразитных токов, вызывающих сопутствующие (нежелательные для РЭС) излучения, фильтров, устраняющих (снижающих до допустимого уровня) появление мешающих помех;

§ заземление - мероприятие, имеющее целью обеспечить стекание образующихся на экранах, корпусе и других общесхемных соединениях технического средства паразитных токов в землю, тем самым, исключая накопление потенциала до опасных (в том числе и для человека) пределов.

Рекомендации по улучшению ЭМС для антенн GSM и GPS

Антенны GSM и GPS должны быть установлены по возможности скрытно в таком месте, чтобы обеспечивался уверенный прием сигнала сотовой связи и сигнала от спутников.

Для улучшения электромагнитной совместимости (ЭМС) рекомендуется:

- располагать GSM и GPS антенны не ближе 50см друг от друга и от блока изделия;

- устанавливать антенну GSM вертикально, на расстоянии не менее 5см от металлических элементов кузова автомобиля (Диаграмма направленности антенны - «восьмерка» в плоскости антенны);

- располагать блок изделия и GSM антенну вдали от элементов аудиосистемы автомобиля, а так же вдали от антенных и линейных кабелей других устройств, так как использование в комплексе GSM связи может создавать помехи аудиоустройствам.

На некоторых моделях автомобилей установлены лобовые стекла со специальным напылением для защиты от солнечного излучения, которые являются экраном для радиосигналов GPS. Это проявляется при проверке приема сигналов GPS, когда при установке антенны GPS в салоне автомобиля сигналы не ловятся, а появляются только при перемещении антенны наружу кузова автомобиля. В этом случае GPS-антенну следует устанавливать вне салона автомобиля под наружными пластмассовыми элементами, например в пластиковый бампер.

Электромагнитная совместимость интерфейса SIM-карты

При проектировании интерфейса SIM-карты одним их основных требований является соблюдение правил электромагнитной совместимости (ЭМС).

Для предотвращения проблем ЭМС (уменьшения уровня электромагнитных помех) соединительные цепи следует выполнять минимальной длины, а держатель SIM-карты должен располагаться как можно дальше от антенны. Кроме того, для фильтрации высокочастотных помех в цепях питания SIM-интерфейса должны быть установлены конденсаторы, которые необходимо размещать в непосредственной близости от держателя. В случае, если расположение держателя SIM-карты вблизи GSM-модуля не представляется возможным, то для защиты от электромагнитных помех в цепи питания необходимо установить RC-фильтр.

При подключении SIM-держателя, в котором отсутствуют контакты для детектирования наличия SIM-карты, необходимо заземлить соответствующий вывод модуля. В сигнальные цепи SIM-интерфейса должны быть включены защитные стабилитроны для предотвращения повреждения SIM-карты и GSM-модуля статическими разрядами при установке и извлечении SIM-карты.

4. Охрана труда

4.1 Безопасность труда при работе с ПЭВМ

В настоящее время компьютерная техника широко применяется во всех областях деятельности человека. При работе с компьютером человек подвергается воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов: электромагнитных полей (диапазон радиочастот: ВЧ, УВЧ и СВЧ), инфракрасного и ионизирующего излучений, шума и вибрации, статического электричества и др.

Например, сильный шум вызывает трудности с распознанием цветовых сигналов, снижает быстроту восприятия цвета, остроту зрения, зрительную адаптацию, нарушает восприятие визуальной информации, уменьшает на 5 - 12 % производительность труда. Длительное воздействие шума с уровнем звукового давления 90 дБ снижает производительность труда на 30 - 60 %.

Работа с компьютером характеризуется значительным умственным напряжением и нервно-эмоциональной нагрузкой операторов, высокой напряженностью зрительной работы и достаточно большой нагрузкой на мышцы рук при работе с клавиатурой ЭВМ. Появление и развитие утомления связано с изменениями, возникающими во время работы в центральной нервной системе, с тормозными процессами в коре головного мозга.

Большое значение имеет рациональная конструкция и расположение элементов рабочего места, что важно для поддержания оптимальной рабочей позы человека-оператора [8].

4.2 Мероприятия по улучшению условий труда оператора ПЭВМ

Специалисты различных направлений и специализаций после тщательных исследований пришли к выводу, что причиной отклонений здоровья пользователей являются не столько сами компьютеры, сколько недостаточно строгое соблюдение принципов эргономики. Ученые озабочены тем, чтобы появление и активное применение компьютерных технологий не стало дополнительным фактором ухудшения здоровья. Для этого необходимо, чтобы рабочее место отвечало бы гигиеническим требованиям безопасности.

На рисунке 4.1 представлена система взаимодействия человека, машины и окружающей пользователя среды.

Рисунок 4.1 Система взаимодействия человека, машины и окружающей среды.

Исходя из этой системы взаимодействия, формируются основные мероприятия по улучшению условий труда оператора ПЭВМ, требования к организации рабочих мест и рабочего процесса, которые помогут уменьшить воздействие вредных факторов от ПК.

В помещениях, где используются компьютеры, формируются специфические условия окружающей среды - микроклимата. При низких значениях влажности в воздухе накапливаются микрочастицы с высоким электростатическим зарядом, способные адсорбировать частицы пыли и поэтому обладающие аллергизирующими свойствами. Для поддержания нормальной температуры и относительной влажности в помещении необходимо регулярное проветривание, а так же наличие систем ионизирования и кондиционирования воздуха. Для улучшения микроклимата так же важна грамотная организация освещения. Специалисты рекомендуют применять преимущественно люминесцентные лампы. Их располагают в виде сплошных или прерывистых линий, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии мониторов. При периметральном расположении компьютеров светильники располагают локализовано над рабочим местом ближе к переднему краю, обращенному к пользователю. Существуют специальные люминесцентные лампы, которые излучают свет различного качества, имитируя, таким образом, полный спектр естественного солнечного света. Другая, не менее серьезная проблема - обеспечение электромагнитной безопасности работающих сотрудников за компьютером с дополнительными периферийными устройствами. При одновременном их включении вокруг пользователя создается поле с широким частотным спектром. В этом случае немаловажную роль играет оборудование рабочего места в помещении. Однако на практике обеспечить нормальную электромагнитную обстановку удается далеко не всегда. Специалисты предлагают принять во внимание следующее:

· помещение, где эксплуатируются компьютеры и периферия к ним, должно быть удалено от посторонних источников электромагнитных излучений (электрощиты, трансформаторы и т.д.);

· если на окнах помещения имеются металлические решетки, то они должны быть заземлены, т.к. несоблюдение этого правила может привести к резкому локальному повышению уровня полей в какой-либо точке помещения и сбоям в работе компьютера;

· групповые рабочие места желательно размещать на нижних этажах здания, так как вследствие минимального значения сопротивления заземления именно на нижних этажах здания существенно снижается общий электромагнитный фон.

Целью внедрения мероприятий по охране труда операторов ПЭВМ является анализ эргономической безопасности компьютера и методы ее обеспечения.

Обеспечение визуальных эргономических параметров ЭВМ.

Визуальные эргономические параметры ЭВМ обеспечиваются путем приобретения высококачественных ЭВМ и их длительным предварительным тестированием, с целью выявить возможные дефекты. Предельные значения параметров приведены.

Наименование параметра	Предельное значение параметра
	Минимальное значение параметра	Максимальное значение параметра
Яркость знака (кд/м2)	35	120
Внешнее освещение (лк)	100	250
Угловой размер знака (угл/мин)	16	60

Обеспечение эргономических параметров рабочего места.

В соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.032-78 должны использоваться рабочие столы с высотой рабочей поверхности 725 мм, а также рабочие кресла с подъемно-поворотным устройством. Конструкция кресел обеспечивает регулировку высоты опорной поверхности сиденья в пределах 400-500 мм и углов наклона вперед до 15 градусов и назад до 5 градусов. Каждое кресло оборудуется подлокотниками, что сводит к минимуму неблагоприятное воздействие на кистевые суставы рук [8].

4.3 Обеспечение электробезопасности

В помещении находятся применяемые в работе компьютеры, принтеры, сканеры, бесперебойные источники питания, а также другие устройства, которые могут быть причиной поражения людей электрическим током. Во всех этих приборах должны применяться современные меры защиты.

Также должен проводиться постоянный контроль со стороны электроотдела в отношении состояния электропроводки, выключателей, штепсельных розеток и шнуров, с помощью которых включаются в сеть электроприборы.

4.4 Обеспечение пожаробезопасности

Пожарная безопасность обеспечивается системой предотвращения пожара и системой пожарной защиты. В служебных помещениях должны быть вывешены «Планы эвакуации людей при пожаре», регламентирующие действия персонала в случае возникновения очага возгорания и указывающий места расположения пожарной техники. В необходимых местах должны быть размещены ручные огнетушители, например углекислотные ОУ-8 в количестве не менее 2-х штук.

Средствами обнаружения и оповещения о пожаре являются автоматические датчики-сигнализаторы о пожаре типа ДТП, реагирующие на повышение температуры. Средством оповещения сотрудников о пожаре служит внутрифирменное радио.

4.5 Внедрение мероприятий по охране труда

Для профилактики заболеваний, возникающих при переутомлении в результате работы на ПЭВМ, можно предложить ряд эрг-упражнений.

Специальная программа эрг-упражнений:

Комплексы данной части оказывают благотворное влияние и способствуют восстановлению нормальной работоспособности глаз и мышц тела, и также помогут снять симптомы синдрома компьютерного стресса. Программа профилактики травм, значительно снизит вероятность получить хронические заболевания, о которых говорилось выше. Эрг-аэробика, включает наиболее новаторские принципы эргономики, профилактические и реабилитационные упражнения.

Эрг-упражнения способствуют повышению выносливости и продуктивности работы пользователя компьютера. Выполнение возможно в любом месте. Данные упражнения просты, не привлекают внимания а также расходуют мало времени. Способствуют поддержанию прекрасной физической формы человека и постепенно превращаются в естественный способ выполнения работы, который при этом является здоровым и безболезненным.

Упражнение 1 - «глядя в небо»

Цель заключается в устранении вредных эффектов от неподвижного сидения в течение длительного периода времени и профилактика грыжи межпозвоночных дисков поясничного отдела. Поза: стоя, руки лежат на бедрах. Медленно отклониться назад, глядя в небо. Вернутся в исходное положение.

Упражнение 2 - «Египтянин»

Цель заключается в укреплении мышц задней стороны шеи для улучшения осанки и предотвращения болей в области шеи. Упражнение способствует предотвращению:

- синдрома запястного канала

- вытягиванию шеи вперед

- дисфункции височно-нижнечелюстного сустава

- грыжи межпозвоночных дисков шейного отдела

- синдрома верхней апертуры грудной клетки

Поза: сидя или стоя, взгляд направлен прямо, а не вверх и не вниз.

Надавив указательным пальцем на подбородок, сделать движение шеей назад. В этом положении следует оставаться в течение 5 секунд.

Исследуя проблему влияния компьютера на здоровье человека, становится очевидным, что средства современных информационных технологий, безусловно влияют на организм пользователя и «общение» с компьютером требует жесткой регламентации рабочего времени и разработки санитарно-гигиенических мероприятий по уменьшению и профилактике такого рода воздействий. Наряду с необходимостью защиты от излучений важны требования эргономики к расположению клавиатуры компьютера, к рабочему креслу, к соотношению продолжительности времени работы и пауз для отдыха рук, зрения, внимания.

Переутомление рук, обусловленное травмой от повторяющихся нагрузок, ведет к тривиальным болезням нервов, мышц и сухожилий рук, запястья и плечевого пояса (специфические травматические заболевания рук, синдром канала запястья). К индивидуальным средствам защиты и облегчения труда оператора относятся специальные приспособления: опора, удерживающая кисть в естественном положении (вертикальное, как при рукопожатии). Во время набора текста на клавиатуре или работы с мышью, используется мебель с регулировкой положения всех узлов рабочего места. Примером таких узлов могут быть: подлокотники, для отдыха рук во время пауз между набором текста на клавиатуре, высоты поверхности рабочего стола и кресла. Также возможны специальные команды оператору о необходимости сделать перерыв в работе, встроенные в программное обеспечение и т.п.

К гигиеническим нормам труда предъявляются следующие требования: не допускается работать на клавиатуре более получаса; периодически менять род работы; в момент смены и в микропаузах на отдых сменить позу, подняться с места, устроить разминку и выполнить специальные упражнения для пальцев перед продолжительной работой на клавиатуре; при продолжительной работе, обращать внимание на чувство дискомфорта, усталость или боли, советоваться с врачом, а также индивидуально подстраивать рабочее место [8].

5. Экологическая часть

5.1 Методы утилизации отходов продуктов электронного производства

В состав утилизированных отходов входят только те платы, которые содержат драгоценные металлы. В современном понимании утилизация отходов представляет собой восстановление ценных материалов путем плавления металлического содержимого, при этом большинство плат подвергаются очистке. Платы, поступающие на переплавку, все без исключения подвергаются обогащению посредством измельчения, а также магнитной и другой дополнительной классификации [9].

Стеклополимер	70%
Медь	16%
Припой	4%
Железо, феррит (от сердечников трансформаторов)	3%
Никель	2%
Серебро	0,05%
Золото	0,03%
Палладий	0,01%
Прочие (висмут, сурьма, тантал и т. д.)	<0,01%

Обычно при утилизации используют следующие технологические маршруты:

· повторное использование компонентов путем их демонтажа;

· восстановление материалов посредством их механической переработки, пирометаллургии, гидрометаллургии или сочетания этих технологий.



Рис. 5.1 Последовательность переработки отходов печатных плат

Первичными источниками отходов являются производители комплексного оборудования (OEM), производители печатных плат, конечные пользователи (корпоративные или индивидуальные) и фирмы, ведущие демонтаж оборудования. Из этих источников продукция поступает непосредственно к тем, кто занимается утилизацией, для проведения операций по специальному восстановлению, или опосредованно к тем, кто занимается повторным использованием через подрядчиков по сбору (удалению) отходов.

Демонтаж компонентов происходит, как правило, вручную и осуществляется как OEM с целью их перепродажи или повторного использования компонентов в сети поставок, так и фирмами, занимающимися повторным использованием. Такой фактор, как стоимость, делает ручной демонтаж уместным только при наличии элементов относительно высокой ценности.

Бракованные печатные платы обычно сортируют по трем категориям, которые отражают количество содержащихся в них драгоценных металлов. Это следующие категории:

H -- отходы с высоким содержанием драгоценных металлов,

M -- отходы со средним содержанием,

L -- отходы с низким содержанием драгметаллов.

· К категории с низким содержанием драгоценных металлов относятся телевизионные платы и блоки питания, тяжелые трансформаторы с ферритовыми сердечниками и большие алюминиевые теплоотводы; обрезки ламината тоже считаются материалом с низким содержанием драгметаллов.

· К отходам средней категории относится высоконадежное оборудование с содержанием драгметаллов в разъемах с небольшим количеством установленных компонентов, таких как алюминиевые конденсаторы и т. п.

· К материалам высокой категории отходов относятся дискретные компоненты; интегральные схемы, содержащие золото; устройства оптоэлектроники; платы с содержанием драгоценных металлов; платы с золочеными и палладированными контактами и др.

Эта классификация по существу отражает присущее отходам содержание драгоценных металлов, но даже отходы низкой категории имеют небольшое содержание драгоценных металлов. Существует возможность перевода таких материалов из низкой категории в среднюю путем выборочного ручного демонтажа компонентов, совсем не содержащих никаких драгметаллов.

Методы разделения и выделения продуктов

Все существующие и потенциальные подходы к обработке твердых отходов подразумевают механические и механико-гидрометаллургические методы. Вследствие самой природы отходов гидрометаллургической обработке предшествует механическое измельчение и сепарация. Основным преимуществом систем механической очистки является сухой режим работы без использования каких-либо химических веществ, в то время как применение мокрых процессов с использованием химикатов создает опасность для окружающей среды.

Необходимо отметить, что гидрометаллургический подход представляет собой хорошую альтернативу переплавке отходов, а также дает возможность получить более высокий выход восстановленных металлов [9].

Демонтаж

Демонтаж считается неотъемлемой операцией утилизации бракованных плат с компонентами. Технологии механического, автоматизированного и роботизированного демонтажа рассматривались как с точки зрения сокращения трудозатрат, так и для обеспечения комфортных условий труда (рис. 5.2). Эта методика используется в первую очередь для демонтажа дорогих компонентов. Однако существует вероятность развития этой технологии для выполнения демонтажа всех компонентов.

Рис. 5.2 Схема утилизации плат с компонентами

Операция по демонтажу компонентов включает следующие этапы:

· поиск -- прочтение идентифицирующих данных всех компонентов;

· прочтение базы данных хранимых на складе компонентов для определения их стоимости и потребности;

· процесс определения, как припаяны или смонтированы идентифицированные компоненты;

· демонтаж выбранных компонентов -- осуществляется роботом в течение 3-5 с;

· снятие припоя с помощью лазера или инфракрасного излучения методом, определенным для конкретного типа корпуса компонента.

Также существует оборудование для снятия компонентов по конвейерному принципу, путем нагрева инфракрасным излучением и стряхивания компонентов с платы с помощью ударяющих валиков [9].

Учитывая растущие объемы отходов продуктов электронного производства, а также увеличение нагрузки на мусорные свалки и полигоны, актуальна их переработка с использованием современных технологий разделения веществ, для их дальнейшей утилизации. Из этого можно сделать следующие выводы:

· Разработанные методы по утилизации отходов должны обеспечивать переработку не только ради содержания драгоценных металлов, но и для решения экологических проблем.

· Следует более серьезно подойти к вопросу полной утилизации отходов, особенно 70% массы отходов ПП. Представляется возможным получить особую продукцию из переработанных отходов ПП.

· Трудности, связанные с некоторой потерей материалов при полной механической переработке отходов, не должны умалять важность этого подхода при переработке пустых плат, плат с меньшим количеством компонентов или отходов с низким содержанием драгоценных металлов, так как утилизация отходов ПП в любом случае прибыльна, особенно если они используются для изготовления вторичных изделий.

· Для гидрометаллургических методов предложен способ максимального улучшения восстановления присущих металлам ценных свойств, что способствует их коммерциализации.

· Нельзя применять один подход к переработке всех отходов ПП по причине разнообразия их фракций и различной присущей им ценности.

· Необходима комплексная иерархия методов, охватывающая методики демонтажа, механической и гидромеханической переработки, чтобы получить материалы и компоненты для повторного использования или нетоксичное сырье для пиролитической утилизации [9].

5.2 Бессвинцовая пайка

Если говорить о принципиальных моментах, то бессвинцовая пайка практически ничем, кроме температуры, не отличается от традиционной Sn/Pb-технологии. Однако могут потребоваться некоторые изменения на определенных операциях техпроцесса. Так, например, новые типы припоев и флюсов могут повлиять на характеристики припойной пасты. Могут измениться такие свойства паст, как срок службы и хранения, текучесть, что потребует изменения конструкции ракеля и режимов оплавления.

При воздействии повышенной температуры пайки может произойти вспучивание корпусов ИС, растрескивание кристаллов, нарушение функционирования схем. Схожие эффекты возникают и в печатных платах. Под действием температуры происходит расслоение основания, ухудшается плоскостность, что отрицательно сказывается на точности установки ИС, особенно в корпусах больших размеров.

Другие проблемы касаются охлаждения устройства и поддержки платы. Особенно чувствительны к скорости охлаждения многокомпонентные сплавы, содержащие более двух металлов. В таких припоях могут образовываться различные интерметаллические соединения в зависимости от скорости охлаждения.

Исследования стандартной технологии монтажа на поверхность и пайки волной припоя показали, что выбор сплава оказывают влияние как экономические, так и технологические факторы [10].

Основными причинами перехода к новому типу припоев (помимо экологической безопасности) являются более высокие эксплуатационные характеристики таких припоев. Однако существует ряд причин, по которым промышленное применение такого типа припоев до сих пор ограничено. Дело в том, что бессвинцовый тип припоев имеет более высокую температуру пайки, что сказывается на сложности паяльного оборудования: приходится выдерживать более узкую границу термопрофиля (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 Температуры пайки бессвинцового и свинцового припоев

Оборудование должно иметь термодатчики расположенные по всей площади нагрева печатной платы и контролировать термопрофиль в режиме реального времени.

Причины перехода к бессвинцовым технологиям

Существуют две основные причины перехода к бессвинцовым технологиям:

Первая причина заключается в том, что свинец оказывает вредное воздействие на здоровье человека. При попадании в организм через дыхательные пути или пищевод свинец накапливается в пищеварительном тракте, что оказывает вредное воздействие на кровеносную и центральную нервную системы человека. Кроме того, свинец влияет на репродуктивную функцию человека.

Основные потребители свинца - автомобильная и военная отрасли промышленности. В электронной промышленности удельный вес применения свинца относительно мал - 0,5…7%, по данным различных источников. Но вследствие стремительного роста отходов электронных систем, особенно бытовых, проблема избавления от свинца становится все острее.

При выборе альтернативы свинцовой пайке следует руководствоваться степенью опасности материалов.

· Кадмий высокотоксичен - применяться не должен. Компания FordMotors, например, запрещает использование материалов с содержанием кадмия;

· Сурьма высокотоксична и не рассматривается как основной металл в сплавах (средний риск, европейские ученые считают этот материал канцерогенным);

· Серебро и медь используются в бессвинцовых сплавах в малых количествах - в Европе уровень опасности этих материалов считается низким;

· Олово и цинк - основные элементы, которые могут использоваться для покрытий пищевой тары, но становятся токсичными при повышенных дозах в пище;

· Висмут - безвредный металл, применяемый в медицине.

Вторая причина - большие термические нагрузки на компоненты, что влечет за собой ужесточение требований к работоспособности узлов пайки. В автомобильной промышленности для уменьшения числа проводов, а следовательно, и снижения стоимости электронной системы все больше микросхем размещается в моторном отделении, температура которого может превышать 150°С. Прочностные характеристики припоев Sn6xPb3x при циклических термических нагрузках ухудшаются уже при температуре 125°С, а более высокая температура приводит к пластическим деформациям, диффузии, рекристаллизации и росту зерна внутри узла пайки. Обычные припои Sn62/Pb36/Ag2 (температура плавления 179°С) и Sn63/Pb37 (183°С) характеризуются достаточно хорошей стабильностью свойств и микроструктуры, а значит, и надежностью паяных соединений при рабочей температуре до 150°С. Однако механическая стабильность паяных соединений ухудшается при приближении рабочей температуры к точке плавления и при термоциклировании в условиях повышенных температур, поэтому вероятность повреждения сплавов Sn/Pb достаточно высока, а прочностные характеристики Sn6xPb3x могут ухудшаться уже при 125°С.

Более высокая температура приводит к пластическим деформациям, диффузии, рекристаллизации и росту зерна внутри узла пайки. Один из перспективных альтернативных сплавов - Sn/Ag/Cu( является основным припоем для электронной промышленности). Анализ систем сплавов Sn/Ag/X показал, что наиболее устойчив к появлению трещин при термических нагрузках и самая вероятная альтернатива системе Sn/Pb - это припой Sn/4Ag/0,5Cu. Существуют и другие сплавы, используемые в промышленности как альтернатива сплавам Sn/Pb [10].

...