Конструирование приборов и систем

ВВЕДЕНИЕ

Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) представляет собой совокупность
элементов, объединённых в сборочные единицы и устройства,
предназначенные для преобразования и обработки электромагнитных
сигналов в диапазоне от инфра низких до сверхвысоких (СВЧ) частот.
Объективной тенденцией совершенствования конструкций РЭА является
постоянный рост её сложности, что объясняется расширением круга
решаемых задач при одновременном повышении требований к эффективности
работы. Усложнение схемных и конструкторских решений, функциональных
связей вместе со значительным увеличением численности элементов в РЭА
создаёт большие трудности при их производстве, особенно при сборке и
монтаже аппаратуры, а также наладке и регулировки. Специфические условия
обеспечения высокой надёжности РЭА и заданных характеристик в условиях
эксплуатации обусловливают высокие требования к качеству используемых
материалов, оборудования, а также к технологическим процессам (ТП)
изготовления РЭА.

Целью данного курсового проекта является разработка программы
и методики испытаний печатного узла, а также определение уровня
надежности выбранного объекта испытаний – «Переключатель ламп
накаливания».

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Раздел 1 Общая часть

1. Назначение устройства

Переключатели в электротехнике служат для отключения и включения
электрических цепей низкого напряжения поочередно. Например, проходные
переключатели предназначены для удобства управления освещением в
различных комнатах, лестницах, коридорах. Такие переключатели электрические
монтируют между этажами, возле дверей помещений с несколькими входами.
Из дома удобно управлять освещением гаража и других помещений, а также
фонарями на приусадебном участке. Переключатели позволяют управлять
функционированием освещения, находясь при этом в другом месте, что создает
определенные удобства и комфорт, а также экономится электроэнергия.

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Раздел 2 Теоретическая часть

2.1 Описание печатного узла
Плавное включение ламп накаливания увеличивает срок их службы,
исключает броски тока и помехи в сети.
Как известно, вольфрамовая нить накаливания лампы чаще всего перегорает
в момент включения. Причина в том, что сопротивление холодной нити в
несколько раз меньше, чем в разогретом состоянии. Особенно важно продлить срок
службы ламп накаливания особой формы и раскраски — далеко не всегда есть
возможность приобрести такую же. Лампы бывают установлены в
труднодоступных местах, их частая замена сопряжена со значительными
неудобствами. Для защиты ламп накаливания от перегорания в момент включения
предложено немало разных устройств, ограничивающих начальный бросок тока.
Наиболее удобны из них те, что включаются последовательно с лампой, не требуя
прокладки никаких дополнительных проводов, например, описанные ранее.
Исполнительными элементами в них могут быть тиристоры, биполярные и
полевые транзисторы, а также терморезисторы с отрицательным ТКС, резко
снижающие сопротивление при разогреве. Но возникает проблема остаточного
падения напряжения на защитном устройстве после его срабатывания. Оно не
только уменьшает яркость свечения лампы, но и приводит к рассеиванию
значительной мощности на защитном устройстве, заставляя предусматривать отвод
тепла от его исполнительного элемента. Минимальное падение напряжения в
открытом состоянии характерно для полевых транзисторов с сопротивлением
открытого канала сток—исток в доли ома. К тому же транзисторные устройства, в
отличие от тиристорных, не создают коммутационных помех и не требуют
довольно громоздких фильтров для их подавления.

Рассматриваемая схема – служит для переключения ламп накаливания, через
электромагнитное реле РЭС9, защита ламп осуществляется внесением в схему

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ
резисторов МЛТ - 0,125. Для усиления и переключения сигналов низкой частоты
устанавливаются транзисторы германиевые сплавные p-n-p
Схема электрическая принципиальная Переключения ламп накаливания
приведена на (Рис. 1)

Рисунок 1 - Схема электрическая принципиальная ПЛН.

2.2 Принцип работы электрической схемы

При включении схемы к сети 24 вольта ток поступает на конденсатор
который начинает заряжаться. И одновременно напряжение подается на
электромагнитное реле КМ2 ток протекая по катушке замкнет контакты КМ2.2 В
начальный момент транзистор закрыт. Транзистор начнет плавно открываться
когда напряжение достигнет 6,3В, ток будет возрастать, а напряжение на стоке
уменьшаться. Лампы начнут плавно загораться когда ток дойдет до реле КМ1.
Перед лампами установлены диоды что бы ток протекал в одном направлении. Это
приведет к тому, что лампы начнут плавно зажигаться.

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

2.3 Элементная база это комплект электро-радио элементов
(ЭРЭ),предназначенный для создания:

прибора или устройства и выполняющий ту или иную схемо-
техническую функцию

данном курсовом проекте для построения схемы использовались следующие
элементы:
 Реле электромагнитное;
 Транзисторы;
 Конденсаторы;
 Резисторы;
 Диоды;
 Лампы накаливания, приведенные в перечне элементов.

1) Реле РЭС9
Электромагнитное реле пылевлагозащищенное с двумя переключающимися
контактами, предназначенными для коммутации цепей постоянного и
переменного тока. (Рис.3-Общий вид)

Рис.3-Реле РЭС9

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Технические характеристики РЭС9;
Основные характеристики реле РЭС-9:
Сопротивление изоляции между токоведущими элементами, токоведущими
элементами и корпусом:
        - в нормальных климатических условиях ...... не менее 200 МОм;
        - в условиях повышенной влажности ...... не менее 10 МОм;
        - при максимальной температуре ...... не менее 20 МОм.
2. Электрическая прочность изоляции в нормальных климатических условиях
между токоведущими элементами, токоведущими     элементами и корпусом не
менее 500 В.
Время срабатывания ...... не более 11 мс.
Время отпускания ...... не более 7 мс.
Масса реле ...... 20 г.

2) Транзисторы МП 25А.
Транзисторы МП25А германиевые сплавные p-n-p универсальные
низкочастотные.(Рис 4)

Рисунок 4 - Транзистор МП25А

Предназначены для усиления и переключения сигналов низкой частоты.
Используются для работы в радиотехнических и электронных устройствах
общего и специального назначения.
Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами.

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Маркируются цифро-буквенным кодом на корпусе транзистора.
Тип корпуса: КТЮ-3-6.
Масса транзистора не более 2,0 г.
Климатическое исполнение: «УХЛ».
Категория качества: «ОТК», «ВП»
Структура транзистора: p-n-p
• Рк max - Постоянная рассеиваемая мощность коллектора: 200 мВт;
• fh21б - Предельная частота коэффициента передачи тока транзистора для
схем с общим эмиттером и общей базой: не менее 0,2 МГц;
• Uкбо проб - Пробивное напряжение коллектор-база при заданном
обратном токе коллектора и разомкнутой цепи эмиттера: 40 В;
• Uэбо проб - Пробивное напряжение эмиттер-база при заданном обратном
токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора: 40 В;
• Iк и max - Максимально допустимый импульсный ток коллектора: 400 мА;
• Iкбо - Обратный ток коллектора - ток через коллекторный переход при
заданном обратном напряжении коллектор-база и разомкнутом выводе эмиттера:
не более 75 мкА;
• h21э - Статический коэффициент передачи тока транзистора в режиме
малого сигнала для схем с общим эмиттером и общей базой соответственно:
20...50;
Ск - Емкость коллекторного перехода: не более 20 пФ;
• Rкэ нас - Сопротивление насыщения между коллектором и эмиттером: не
более 2 Ом;
• tк - Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте: не более
1500 пс

3) Конденсаторы К50-6-25В-20мкФ

Оксидно-электролитические конденсаторы (Рис. 5)(электролиты)
постоянной ёмкости в алюминиевом цилиндрическом корпусе (изолированном
или неизолированном) с заливкой торца компаундом, накапливают заряд от
1мкФ до 100000мкФ при напряжении от 6,3В до 450В. Допустимое отклонение
ёмкости составляет ±10%, ±20%. Предназначены для работы в электрических
цепях постоянного, пульсирующего тока или в импульсном режиме заряд-
разряд. В зависимости от серии конденсатора выводы бывают проволочного
типа (аксиальные или однонаправленные радиальные), однонаправленные

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ
лепесткового типа, с резьбовыми выводами или с плюсовым проволочным
осевым выводом и монтажной лепестковой шайбой на минусе. Большинство
представленных серий конденсаторов имеют полярный тип конструкции, что
подразумевает соблюдение полярности при включении конденсатора в схему.
Конденсаторы серии К50-6 неполярные, а конденсаторы серии К50-17 могут
изготавливаться как полярными, так и неполярными. На боковой поверхности
корпуса электролитического накопителя приведены краткие технические
параметры и маркировка конденсатора, выполненные путем штамповки или
нанесением краски. Крепление конденсаторов – за выводы с помощью
групповой пайки при установке на плату, крепежной лепестковой шайбы или
резьбовым креплением выводов. Возможен вариант крепления за корпус. При
изгибе выводов минимальное расстояние от корпуса составляет 2 мм.
Повышенная рабочая температура среды составляет не более +105°С, рабочая
пониженная температура – не ниже -55°С. Предельный тангенс угла потерь tgδ
0,24, максимальный ток утечки – 3мкА. Наработка при этом составляет не менее
2000 ч. К внешним воздействующим факторам, которые выдерживают
электролиты, относят вибрации с частотой 1-80Гц при ускорении до 5g и
механические удары одиночного (ускорение до 75g или 150g) или
многократного (ускорение до 15g) действия. Представленные оксидно-
электролитические малогабаритные конденсаторы нашли применение в
радиоэлектронной аппаратуре бытового и промышленного употребления,
фильтрующих устройствах источников электропитания и другом
электрооборудовании, УГО,(Рис.4.1)

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Рисунок 4 – Конденсатор К50-6-25В-20мкФ

Рисунок 4.1 – Условно-графическое обозначение

4) Резисторы МЛТ-0,125

Резисторы МЛТ-0,125 постоянные металлопленочные лакированные
теплостойкие.(Рис.5)

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Рисунок 5 – Резистор МЛТ-0,125

Металлодиэлектрические с металлоэлектрическим проводящим слоем
неизолированные, для навесного монтажа.
Предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного
и импульсного токов.
Технические условия: ОЖ0.4Б4.034 ТУ.

Основные технические характеристики резисторов МЛТ-0,125:

- Диапазон номинальных сопротивлений ...... 8,2 Ом... 3,0 МОм;
- Номинальная мощность ...... 0,125 Вт;
- Предельное напряжение ...... 200 В;
- Допускаемые отклонения сопротивлений ...... ±2; ±5; ±10 %;
- Относительная влажность окружающего воздуха при 40°С ...... 98 %;
- Атмосферное пониженное давление, мм рт.ст. ...... от 5 до 2280 мм рт.ст.;
- Линейные нагрузки с ускорением,  ...... 200g;
- Масса резистора,  ...... 0,15 г.;
- Диапазон температур ...... -60... +70 °С;
- Минимальная наработка ...... 25000 часов;
- Срок сохраняемости ...... 15 лет.

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Диоды Д2Г - это германиевые точечные диоды. Их основное
предназначение - детектирование и преобразование сигналов с частотой до 155
МГц. Выпускаются диоды Д2 в стеклянном корпусе с гибкими выводами. Со
стороны плюсового вывода они промаркированы цветной точкой или полоской в
виде кольца.

Рисунок 6 – Диод Д2Г

5) Лампы накаливания МН 6,3-0.22

Лампа накаливания для оптических приборов.
МН6.3-0.22 используются в разнообразных оптических приборах и
устройствах.
Лампы работают с автономными источниками питания, а также в
электрических сетях постоянного и переменного тока частоты 50 Гц.(Рис.7)

Структура условного обозначения:
МН 6.3-0.22:
МН - буквенное обозначение лампа накаливания для оптических приборов;
6.3 - номинальное напряжение, В (2,4; 2,5; 4; 4,5; 6; 6,3; 6,8; 7; 8; 11; 12; 13;
26; 33; 127);
0.22 - номинальная мощность, Вт (2; 3; 3,2; 4; 9; 10; 11,5; 15; 25; 33; 40; 50;
100),
      или номинальная сила тока, А (0,1; 0,2; 0,22; 0,3; 0,5; 0,6; 1,1).

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Рисунок 7 – Лампа накаливания МН6,3-0,22

2.4 Описание конструкции и технологии сборки печатного узла

Самой главной функцией, платы переключения ламп накаливания,
обеспечивающих плавное включение ламп накаливания, что приносит пользу
людям уже несколько десятков лет. С помощью ПЛН срок службы лампочек с
нитью накала увеличивается как минимум на 40%. Что касается приведенной
выше схемы, то ее работоспособность и безотказность проверена на собственном
опыте. Технологическая схема производства платы приведена на (Рис.8)
Свечение обычной лампочки накаливания происходит за счет нагрева
металла. Вольфрамовая нить при пропускании электрического тока мгновенно
раскаляется и начинает светиться. Так как все происходит мгновенно, то нить
накаливания меняет свою температуру на сотни градусов за сотые доли секунды,
а её сопротивление падает в десятки раз. Это приводит к деградации и
перегоранию нити. Если же замедлить процесс нагрева, то можно увеличить
срок службы в несколько раз.
Чтобы достичь замедления обычно используют схему с конденсаторами. В
момент включения устройства в сеть разряженные конденсаторы будут
уменьшать нагрузку на лампочку. Когда конденсатор заряжается полностью,
нагрузка растет и лампочка получает полное напряжение. В момент выключения
питания конденсаторы начинают разряжаться и поддерживать напряжение, за
счет этого нить перестает светиться не мгновенно, а плавно гаснет за несколько
секунд.
Уменьшая напряжения и создавая плавное нарастание тока в цепи,
устройство позволяет уменьшить деградацию нити. Ударный скачок
температуры и тока превращается в плавное повышение температур и
небольшое повышение силы тока на большом промежутке времени.

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Раздел 3 Расчетная часть
Разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем, которые являются
надежными и эффективными Ї одна из главных целей конструирования.
Надежность Ї это свойство объекта сохранять со временем установленные
значения всех параметров, которые характеризуют способность выполнять
необходимые функции в заданных режимах и условиях применения,
технического обслуживания, ремонтов, сохранения и транспортирования, и с
возможностью возобновлять функционирование, утраченное по тем или иным
причинам.
Если ЭВА отвечает всем эксплуатационным требованиям, то она считается
надежной.
Основными показателями и характеристиками надежности являются:
· (t) Ї интенсивность отказов;
· Р(t) = e-t Ї вероятность безотказной работы;
· Q(t) = 1 - P(t) Ї вероятность отказов;
· Tcp = 1 / Ї среднее время наработки до первого отказа.
Целью расчета показателей надежности является определения численных
значений основных показателей надежности по интенсивности отказов
элементов.
Для учета влияния режима работы на интенсивность отказов
электрорадиоэлементов вводится коэффициент нагрузки КН = Нраб / Нном,
равный отношению нагрузки в рабочем режиме к нагрузке в номинальном
режиме.
Коэффициент нагрузки для транзисторов:
КНтр = IНраб / IНном
Коэффициент нагрузки для резисторов:
КНр = Рраб / Рном
Коэффициент нагрузки для конденсаторов:
КНтр = Uраб / Uном
Коэффициент нагрузки для трансформаторов:
КНтр = Jраб / Jном
Коэффициент нагрузки для диодов:
КНтр = IПРраб / IПРном
Коэффициент нагрузки для остальных элементов схемы КН = 1.
бt Ї температурный коэффициент, который показывает в сколько раз
отличается интенсивность отказа элемента при данном КН от интенсивности
отказа при номинальных условиях бt = л(t) / л(t20єC).
бb Ї коэффициент, который учитывает влияние внешней среды на
надежность элемента (для наземной стационарной аппаратуры бb = 10).
Исходная характеристика надежности для элементов конструкции Ї
интенсивность отказов, что является функцией режима работы элемента,
температуры окружающей среды и внешних воздействий.
лрэ = лоэ • KH • бt • бb

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

1. Определим среднее время наработки до первого отказа.
Тср = 1 / бр = 1 / (53,265 • 10-7) = 187 741 часов
2. Затем определим вероятность безотказной работы в течение одного года,
т. е. 8760 часов.

0,9544

3. Тогда вероятность отказов в течении года составит:
Q(t) = 1 - Р(t) = 1 - 0,95 = 0,0456

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

Раздел 4 Технологическая часть
Технологии изготовления печатных плат, (Схема 1)
  Вопрос о том, как можно дешево изготавливать печатные платы в
домашних условиях, волнует радиолюбителей всего мира, наверное, с самого
момента изобретения печатных плат. И если несколько лет назад выбор
технологий был не так уж велик, то сегодня благодаря развитию современной
техники радиолюбители получают возможность быстро и качественно
изготавливать печатные платы без применения какого-либо дорогостоящего
оборудования. Собственно, весь процесс изготовления печатной платы можно
условно разделить на пять основных этапов:
предварительная подготовка заготовки (очистка поверхности,
обезжиривание);
нанесение тем или иным способом защитного покрытия;
удаление лишней меди с поверхности платы (травление);
очистка заготовки от защитного покрытия;
сверловка отверстий, покрытие платы флюсом, лужение.
  Мы рассматриваем только наиболее распространенную «классическую»
технологию, при которой лишние участки меди с поверхности платы удаляются
путем химического травления. Помимо этого, возможно, например, удаление
меди путем фрезерования или с использованием электроискровой установки.
Однако эти способы не получили широкого распространения ни в
радиолюбительской среде, ни в промышленности (хотя изготовление плат
фрезерованием иногда применяется в тех случаях, когда необходимо очень
быстро изготовить несложные печатные платы в единичных количествах).
  Особенно хотелось бы отметить, что при изготовлении печатных плат в
домашних условиях следует стремиться при разработке схемы использовать как
можно больше компонентов для поверхностного монтажа, что в некоторых
случаях позволяет развести практически всю схему на одной стороне платы.
Связано это с тем, что до сих пор не изобретено никакой реально осуществимой
в домашних условиях технологии металлизации переходных отверстий. Поэтому
в случае, если разводку платы не удается выполнить на одной стороне, следует
выполнять разводку на второй стороне с использованием в качестве межслойных
переходов выводов различных компонентов, установленных на плате, которые в
этом случае придется пропаивать с двух сторон платы. Конечно, существуют
различные способы замены металлизации отверстий (использование тонкого
проводника, вставленного в отверстие и припаянного к дорожкам с обеих сторон
платы; использование специальных пистонов), однако все они имеют
существенные недостатки и неудобны в использовании. В идеальном случае
плата должна разводиться только на одной стороне с использованием
минимального количества перемычек. Остановимся теперь подробнее на каждом
из этапов изготовления печатной платы.
Предварительная подготовка заготовки

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ
  Данный этап является начальным и заключается в подготовке поверхности
будущей печатной платы к нанесению на нее защитного покрытия. В целом за
продолжительный промежуток времени технология очистки поверхности не
претерпела сколько-нибудь значительных изменений. Весь процесс сводится к
удалению окислов и загрязнений с поверхности платы с использованием
различных абразивных средств и последующему обезжириванию.
  Для удаления сильных загрязнений можно использовать мелкозернистую
наждачную бумагу («нулевку»), мелкодисперсный абразивный порошок или
любое другое средство, не оставляющее на поверхности платы глубоких
царапин. Иногда можно просто вымыть поверхность печатной платы жесткой
мочалкой для мытья посуды с моющим средством или порошком (для этих целей
удобно использовать абразивную мочалку для мытья посуды, которая похожа на
войлок с мелкими вкраплениями какого-то вещества; часто такая мочалка бывает
наклеена на кусок поролона). Кроме того, при достаточно чистой поверхности
печатной платы можно вообще пропустить этап абразивной обработки и сразу
перейти к обезжириванию.
  В случае наличия на печатной плате только толстой оксидной пленки ее
можно легко удалить путем обработки печатной платы в течение 3–5 секунд
раствором хлорного железа с последующим промыванием в холодной проточной
воде. Следует, однако, отметить, что желательно либо производить данную
операцию непосредственно перед нанесением защитного покрытия, либо после
ее проведения хранить заготовку в темном месте, поскольку на свету медь
быстро окисляется.
  Заключительный этап подготовки поверхности заключается в
обезжиривании. Для этого можно использовать кусочек мягкой ткани, не
оставляющей волокон, смоченный спиртом, бензином или ацетоном. Здесь
следует обратить внимание на чистоту поверхности платы после обезжиривания,
поскольку в последнее время стали попадаться ацетон и спирт со значительным
количеством примесей, которые оставляют на плате после высыхания беловатые
разводы. Если это так, то стоит поискать другой обезжиривающий состав. После
обезжиривания плату следует промыть в проточной холодной воде. Качество
очистки можно контролировать, наблюдая за степенью смачивания водой
поверхности меди. Полностью смоченная водой поверхность, без образования на
ней капель и разрывов пленки воды, является показателем нормального уровня
очистки. Нарушения в этой пленке воды указывают, что поверхность очищена
недостаточно.
Нанесение защитного покрытия
  Нанесение защитного покрытия является самым важным этапом в
процессе изготовления печатных плат, и именно им на 90 % определяется
качество изготовленной платы. В настоящее время в радиолюбительской среде
наиболее популярными являются три способа нанесения защитного покрытия.
Мы их рассмотрим в порядке возрастания качества получаемых при их

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ

использовании плат.
  Ручное нанесение защитного покрытия. При этом способе чертеж печатной
платы переносится на стеклотекстолит вручную при помощи какого-либо
пишущего приспособления. В последнее время в продаже появилось множество
маркеров, краситель которых не смывается водой и дает достаточно прочный
защитный слой. Кроме того, для ручного рисования можно использовать
рейсфедер или какое-либо другое приспособление, заправленное красителем.
Так, например, удобно использовать для рисования шприц с тонкой иглой
(лучше всего для этих целей подходят инсулиновые шприцы с диаметром иглы
0,3-0,6 мм), обрезанной до длины 5–8 мм. При этом шток в шприц вставлять не
следует — краситель должен поступать свободно под действием капиллярного
эффекта. Также вместо шприца можно использовать тонкую стеклянную или
пластмассовую трубку, вытянутую над огнем для достижения нужного диаметра.
Особое внимание следует обратить на качество обработки края трубки или иглы:
при рисовании они не должны царапать плату, в противном случае можно
повредить уже закрашенные участки. В качестве красителя при работе с такими
приспособлениями можно использовать разбавленный растворителем битумный
или какой-либо другой лак, цапонлак или даже раствор канифоли в спирте. При
этом необходимо подобрать консистенцию красителя таким образом, чтобы он
свободно поступал при рисовании, но в то же время не вытекал и не образовывал
капель на конце иглы или трубки. Стоит отметить, что ручной процесс
нанесения защитного покрытия достаточно трудоемок и годится только в тех
случаях, когда необходимо очень быстро изготовить небольшую плату.
Минимальная ширина дорожки, которой можно добиться при рисовании
вручную, составляет порядка 0,5 мм.
  Использование «технологии лазерного принтера и утюга». Данная
технология появилась сравнительно недавно, однако сразу получила
широчайшее распространение в силу своей простоты и высокого качества
получаемых плат. Основу технологии составляет перенос тонера (порошка,
используемого при печати в лазерных принтерах) с какой-либо подложки на
печатную плату. При этом возможны два варианта: либо используемая подложка
отделяется от платы перед травлением, либо, если в качестве подложки
используется алюминиевая фольга, она стравливается вместе с медью. Первый
этап использования данной технологии заключается в печати зеркального
изображения рисунка печатной платы на подложке. Параметры печати принтера
при этом должны быть установлены на максимальное качество печати
(поскольку в этом случае происходит нанесение слоя тонера наибольшей
толщины). В качестве подложки можно использовать тонкую мелованную
бумагу (обложки от различных журналов), бумагу для факсов, алюминиевую
фольгу, пленку для лазерных принтеров, основу от самоклеящейся пленки Oracal
или какие-нибудь другие материалы. При использовании слишком тонкой
бумаги или фольги может потребоваться приклеить их по периметру на лист
плотной бумаги. В идеальном случае принтер должен иметь тракт для
прохождения бумаги без перегибов, что предотвращает смятие подобного
бутерброда внутри принтера. Большое значение это имеет и при печати на

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ
фольге или основе от пленки Oracal, поскольку тонер на них держится очень
слабо, и в случае перегиба бумаги внутри принтера существует большая
вероятность, что придется потратить несколько неприятных минут на очистку
печки принтера от налипших остатков тонера. Лучше всего, если принтер может
пропускать бумагу через себя горизонтально, печатая при этом на верхней
стороне (как, например, HP LJ2100 — один из лучших принтеров для
применения при изготовлении печатных плат). Хочется сразу предупредить
владельцев принтеров типа HP LJ 5L, 6L, 1100, чтобы они не пытались печатать
на фольге или основе от Oracal — обычно подобные эксперименты
заканчиваются плачевно. Также помимо принтера можно использовать и
копировальный аппарат, применение которого иногда дает даже лучшие по
сравнению с принтерами результаты за счет нанесения толстого слоя тонера.
Основное требование, которое предъявляется к подложке, — легкость ее
отделения от тонера. Кроме того, в случае использования бумаги она не должна
оставлять в тонере ворсинок. При этом возможны два варианта: либо подложка
после перенесения тонера на плату просто снимается (в случае пленки для
лазерных принтеров или основы от Oracal), либо предварительно размачивается
в воде и потом постепенно отделяется (мелованная бумага). Перенос тонера на
плату заключается в прикладывании подложки с тонером к предварительно
очищенной плате с последующим нагревом до температуры, немного
превышающей температуру плавления тонера. Возможно огромное количество
вариантов как это сделать, однако наиболее простым является прижим подложки
к плате горячим утюгом. При этом для равномерного распределения давления
утюга на подложку рекомендуется проложить между ними несколько слоев
плотной бумаги. Очень важным вопросом является температура утюга и время
выдержки. Эти параметры варьируются в каждом конкретном случае, поэтому,
возможно, придется поставить не один эксперимент, прежде чем вы получите
качественные результаты. Критерий тут один: тонер должен успеть достаточно
расплавиться, чтобы прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен
не успеть дойти до полужидкого состояния, чтобы края дорожек не
расплющились. После «приварки» тонера к плате необходимо отделить
подложку (кроме случая использования в качестве подложки алюминиевой
фольги: ее отделять не следует, поскольку она растворяется практически во всех
травильных растворах). Пленка для лазерных принтеров и основа от Oracal
просто аккуратно снимаются, в то время как обычная бумага требует
предварительного размачивания в горячей воде. Стоит отметить, что в силу
особенностей печати лазерных принтеров слой тонера в середине больших
сплошных полигонов достаточно мал, поэтому следует по мере возможности
избегать использования таких областей на плате, либо после снятия подложки
придется подретушировать плату вручную. В целом использование данной
технологии после некоторой тренировки позволяет добиться ширины дорожек и
зазоров между ними вплоть до 0,3 мм.
  Применение фоторезистов. Фоторезистом называется чувствительное к
свету вещество, которое под воздействием освещения изменяет свои свойства. В
последнее время на российском рынке появилось несколько видов импортных

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ
фоторезистов в аэрозольной упаковке, которые особенно удобны для
использования в домашних условиях. Сущность применения фоторезиста
заключается в следующем: на плату с нанесенным на нее слоем фоторезиста
накладывается фотошаблон и производится ее засветка, после чего засвеченные
(или незасвеченные) участки фоторезиста смываются специальным
растворителем, в качестве которого обычно выступает едкий натр (NaOH). Все
фоторезисты делятся на две категории: позитивные и негативные. Для
позитивных фоторезистов дорожке на плате соответствует черный участок на
фотошаблоне, а для негативных, соответственно, прозрачный. Наибольшее
распространение получили позитивные фоторезисты как наиболее удобные в
применении. Остановимся более подробно на использовании позитивных
фоторезистов в аэрозольной упаковке.
  Первым этапом является подготовка фотошаблона. В домашних условиях
его можно получить, напечатав рисунок платы на лазерном принтере на пленке.
При этом необходимо особое внимание уделить плотности черного цвета на
фотошаблоне, для чего необходимо отключить в настройках принтера все
режимы экономии тонера и улучшения качества печати. Кроме того, некоторые
фирмы предлагают вывод фотошаблона на фотоплоттере — при этом вам
гарантирован качественный результат.
  На втором этапе на предварительно подготовленную и очищенную
поверхность платы наносится тонкая пленка фоторезиста. Делается это путем
распыления его с расстояния порядка 20 см. При этом следует стремиться к
максимальной равномерности получаемого покрытия. Кроме того, очень важно
обеспечить отсутствие пыли в процессе распыления — каждая попавшая в
фоторезист пылинка неминуемо оставит свой след на плате.
  После нанесения слоя фоторезиста необходимо высушить получившуюся
пленку. Делать это рекомендуется при температуре 70 oC–80 oC, причем сначала
нужно подсушить поверхность при небольшой температуре и лишь затем
постепенно довести температуру до нужного значения. Время сушки при
указанной температуре составляет порядка 20–30 мин. В крайнем случае
допускается сушка платы при комнатной температуре в течение 24 часов. Платы
с нанесенным фоторезистом должны храниться в темном прохладном месте.
  Следующим после нанесения фоторезиста этапом является
экспонирование. При этом на плату накладывается фотошаблон (желательно
стороной печати к плате: это способствует увеличению четкости при
экспонировании), который прижимается тонким стеклом или куском
плексигласа. При достаточно небольших размерах плат для прижима можно
использовать крышку от коробки компакт-диска либо отмытую от эмульсии
фотопластинку. Поскольку область максимума спектральной чувствительности
большинства современных фоторезистов приходится на ультрафиолетовый
диапазон, для засветки желательно использовать лампу с большой долей УФ-
излучения в спектре (ДРШ, ДРТ и др.). В крайнем случае, можно использовать
мощную ксеноновую лампу. Время экспонирования зависит от многих причин
(тип и мощность лампы, расстояние от лампы до платы, толщина слоя
фоторезиста, материал прижимного покрытия и др.) и подбирается

Из
м.
Ли
с
т
№ докум. Подп
ись
Да
т
а

Ли
с
т 5 УП.ПЛН.ххх.хх ПЗ
экспериментально. Однако в целом время экспонирования составляет обычно не
более 10 минут даже при экспонировании под прямыми солнечными лучами.
  Проявление большинства фоторезистов осуществляется раствором едкого
натра (NaOH) — 7 граммов на литр воды. Лучше всего использовать
свежеприготовленный раствор, имеющий температуру 20°C–25°C. Время
проявления зависит от толщины пленки фоторезиста и находится в пределах от
30 секунд до 2 минут. После проявления плату можно подвергать травлению в
обычных растворах, поскольку фоторезист устойчив к воздействию кислот. При
использовании качественных фотошаблонов применение фоторезиста позволяет
получить дорожки шириной вплоть до 0,15–0,2мм.

Травление
  Известно много составов для химического стравливания меди. Все они
отличаются скоростью протекания реакции, составом выделяющихся в
результате реакции веществ, а также доступностью необходимых для
приготовления раствора химических реактивов. Ниже приведена информация о
наиболее популярных растворах для травления.
  Хлорное железо (FeCl3) — пожалуй, самый известный и популярный
реактив. Сухое хлорное железо растворяется в воде до тех пор, пока не будет
получен насыщенный раствор золотисто-желтого цвета (для этого потребуется
порядка двух столовых ложек на стакан воды). Процесс травления в этом
растворе может занять от 10 до 60 минут. Время зависит от концентрации
раствора, температуры и перемешивания. Перемешивание значительно ускоряет
протекание реакции. В этих целях удобно использовать компрессор для
аквариумов, который обесп