Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя

Режим осуществляется переведением подрулевого переключателя в нефиксированное положение “0”. Далее система стеклоочистки работает описанным образом.

В промежутке времени когда подрулевой переключатель замкнут в положении “0” на стекло подаётся омывающая жидкость. При отпускании подрулевого переключателя, его контакты возвращаются в исходное положение и двигатель стеклоочистителя начинает работать. Накопленная в цепи задержки энергия поддерживает в открытом состоянии электронный ключ ЭК1 втечение времени, достаточного для совершения трёх циклов работы щёток стеклоочистителя (І, ІІ, ІІІ). Причём в конце третьего цикла доведение щёток в парковое положение производится посредством концевого выключателя.

Работа на первой скорости

Режим осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение “1ск”. Питание через контакты подрулевого переключателя подаётся на щётку электродвигателя стеклоочистителя постоянно. При отмене режима, щётки вернутся в парковое положении посредством концевого выключателя.

Работа на второй скорости

В этом режиме работа стеклоочистителя происходит на повышенной скорости. Данный режим используется в случае интенсивного залива ветрового стекла (идёт ливень). В этом случае переключатель устанавливается в положение “2ск”. Питание якоря двигателя происходит через щётку смещённую на некоторый угол от геометрической нейтрали.

2.3 Выбор элементной базы узлов устройства

В качестве датчика загрязнения стекла выбрана оптопара EL817 с открытым оптическим каналом, особенностью которого является возможность управлять извне интенсивностью излучения, попадающего от излучателя к фотоприемнику оптопары.

Оптопара работает с компаратором К1401СА1. Это счетверенный компаратор среднего быстродействия (t_ЗАД≤120 нс) и небольшого тока потребления (I_ПОТ≤45 мА). Компаратор работает в диапазоне питающего напряжения 3…16,5В.

Параметры оптопары EL817:

прямой ток 20 мА

пробивное напряжение коллектор – эмиттера 15 В

напряжение насыщения коллектор – эмиттера 5 В

В качестве времязадающих элементов использованы таймеры КР1006ВИ1[2]. Они имеют следующие достоинства: небольшие размеры (восьмивыводной корпус DIP); минимальное количество и простота расчета времязадающих R,C-элементов обвязки; достаточно мощный выход (I_ВЫХ≈100мА) позволяет работать непосредственно на транзистор средней мощности КТ815А.

Транзистор КТ815А выбран с запасом по току, для того чтобы иметь возможность использования его без теплоотвода (постоянная рассеиваемая мощность без теплоотвода транзистора КТ815А Р_РАС=1ВТ) для снижения массогабаритных параметров [1].

Диоды КД522Б и КД106А выбраны из-за своих миниатюрных размеров, а следовательно, занимаемой площади на печатной плате. Немалую роль играет их доступность и дешевизна. Электрические параметры данных диодов не критичны, поэтому они удовлетворяют поставленным условиям.

Таблица 2.1. Электрические параметры микросхемы КР1006ВИ1

2.4 Принципиальная электрическая схема системы управления стеклоочстителем

Принципиальная электрическая схема разработанной системы управления стеклоочистителем приведена на листе ДП 1.140706.65.11.27.07 00 Э3 .

Система стеклоочистки работоспособна при включённом выключателе зажигания и при наличии сигнала от датчика дождя. При переводе подрулевого переключателя в положении “0” из любых рабочих положений через выводы 53 и 53е накоротко замыкается обмотка якоря через основные щётки, чем обеспечивается динамическое торможение электродвигателя стеклоочистителя.

Рассмотрим работу системы управления стеклоочистителем в каждом режиме.

Работа устройства при прерывистом режиме

Для организации этого режима подрулевой переключатель переводится в положение 1, 2. Сигнал от датчика дождя подаётся на генератор прямоугольных импульсов (ГПИ).

ГПИ построен на базе ИМС DD1 [2] (рисунок 2.2). Он генерирует сигнал с регулировкой длительности подстроечным резистором R4 и регулировкой паузы переменным резистором R3, расположенным в корпусе рычага подрулевого переключателя Длительность импульсов задаётся резисторами R1, R4 и конденсатором С1.Длительность паузы задаётся резисторами R2, R3 и конденсатором С1. Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С1.

Рисунок 2.2 - Схема генератора прямоугольных импульсов и осциллограммы его работы

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С1 заряжается от 0 до 2/3 Uп через резисторы R1, R4 и диод VD1 за время T0. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент T0, когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет величины 2/3Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С1 начинает разряжаться от 2/3 до 1/3Uп через диод VD2, резисторы R3, R2 и вывод 7 микросхемы DD1. Время T0 определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся импульсы. Конденсатор С2 снижает влияние помех на длительность формируемых импульсов.

В момент появления импульса на выходе ГПИ (момент времени t₁) открываются транзисторы VT1 и VT3, и питание +12 В от замкнутого выключателя зажигания (точка Н), через вывод 15 блока управления, точку M, к–э переход транзистора VT3, точку F, вывод S блока управления , выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точку В, вывод 1 привода стеклоочистителя подаётся на щётку электродвигателя стеклоочистителя – щётки выходят из паркового положения. В момент времени t₂ щётки стеклоочистителя отклоняются на угол достаточный для переключения контактов концевого выключателя из нормальнозамкнутого положения 1–2 в положение 1–3. Во время отсутствия импульса напряжение на выходе ГПИ уменьшается практически до нуля, и транзисторы VT1, VT3 закрываются, а питание на электродвигатель стеклоочистителя подаётся посредством контактов 1–3 концевого выключателя. Замкнутые контакты 1–3 концевого переключателя обеспечивают открытие транзисторов VT2, VT4 тем самым подаётся питание электродвигателя стеклоочистителя по следующей цепи: +12 В от выключателя зажигания, точка Н, вывод 15 блока управления, точка M, к–э переход транзистора VT4, точка F, вывод S блока управления, выводы 53е, 53 подрулевого переключателя, точка В, вывод 1 привода стеклоочистителя, щётка электродвигателя стеклоочистителя (момент времени t₂ – t₃ ). Электродвигатель останавливается (щётки не движутся) после возвращения щеток в парковое положение (момент времени t₃–t₄).

Таким образом, с приходом последующего импульса с ГПИ (момент времени t₄) цикл повторится.

Рисунок 2.3 - Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем

Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя

Совместная работа стеклоочистителя и стеклоомывателя обеспечивается блоком управления. Для организации этого режима подрулевой переключатель из исходного положении “0” переводится в нефиксированное положение 5. Вследствие чего питание через выводы 53аh и W подрулевого переключателя подаётся на электродвигатель омывателя и схему задержки блока управления (вывод 86. блока управления стеклоочистителем).

Схема задержки состоит из следующих узлов:

- Времязадающая цепь (С3, R6, VD3);

- Резистивный делитель (R7, R8);

- Компаратор DA1.

При подачи питания на времязадающую цепь, потенциал в точке К мгновенно примет значение U_К-U_VD3= 11,6 В, что превышает значение потенциала в точке L (U_L=3 В), с выхода компаратора будет сниматься высокий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 откроются (момент времени t₀–t₁). При отключении питания времязадающей цепи в момент t₁, контакты подрулевого переключателя вернутся в положение “0” и цепь питания электродвигателя стеклоочистителя замкнётся, щётки стеклоочистителя начнут двигаться. В это же время конденсатор C3 начинает разряжаться через резистор R7. Диод VD3 препятствует разряду конденсатора С3 через электродвигатель омывателя. Как только потенциал в точке К станет меньше потенциала в точке L с выхода компаратора будет сниматься низкий уровень напряжения и следовательно транзисторы VT1, VT3 закроются. За время разряда конденсатора С3 (t₁–t₂) щётки стеклоочистителя успевают сделать 3 цикла работы. В конце третьего цикла доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение (при необходимости) осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанном режиме (момент времени t₂–t₃).

Рисунок 2.4 – Осциллограммы в контрольных точках принципиальной схемы системы управления стеклоочистителем (Режим совместной работы стеклоочистителя и стеклоомывателя).

Работа на первой скорости

Режим работы на первой скорости осуществляется переведением подрулевого переключателя в положение 3. Питание через вывод 53а и 53 подрулевого переключателя, вывод 1 привода стеклоочистителя, подается на щётку электродвигателя стеклоочистителя постоянно. При этом доведение щёток стеклоочистителя в парковое положение осуществляется посредством контактов концевого выключателя аналогично, как было рассмотрено в выше описанных режимах

Работа на второй скорости

В этом случае подрулевой переключатель устанавливается в положение 4. Питание через вывод 53а и 53b подрулевого переключателя, вывод 2 привода стеклоочистителя, подается постоянно на щётку электродвигателя стеклоочистителя, смещённую на некоторый угол от геометрической нейтрали.

При выборе элементной базы принципиальной схемы, в качестве элементов DA1, выбираем микросхемы типа LM111N [19]. В качестве интегрального таймера DD1 по справочнику выбираем микросхему КР1006ВИ1 [16]. На рисунке 2.5 показана функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555).

Схема состоит из следующих узлов:

- Резистивный делитель (R1–R3);

- Два компаратора – верхний (ВК) и нижний (НК);

- Триггер памяти (Тр);

- разрядный транзистор (VT3);

- выходные транзисторные каскады (VT1, VT2).

Рисунок 2.5 – Функциональная схема ИМС КР1006ВИ1 (NE555)

Резистивный делитель содержит три одинаковых резистора и подает на нижний по схеме компаратор напряжение U_н = Un/3, а на верхний – напряжение U_в = 2Un/3. Таким образом, если на выводе 2 таймера напряжение станет меньше, чем Uн, то на триггер пойдет сигнал установки в единицу, транзистор VT1 откроется и с выхода 3 таймера будет сниматься высокий уровень напряжения; если же напряжение на выводе 6 станет больше, чем U_B, то с верхнего компаратора на триггер придет сигнал установки в нуль, транзистор VT1 закроется, а транзисторы VT2 и VT3 откроются тем самым, образуя цепь: вывод 7 таймера – переход коллектор-эмиттер транзистора VT3– вывод 1 таймера.

2.5 Расчеты элементов принципиальной схемы, подтверждающие её работоспособность

Расчет элементов оптопары

Для начала расчета следует выбрать модель используемого светодиода. Выбирается модель АЛ 307, так как он полностью соответствует следующим критериям: низкая цена, необходимая сила света. Его характеристики:

Постоянное прямое напряжение, B, 4.

Максимальный постоянный прямой ток, мА 20.

Для расчета резистора к светодиоду необходимо знать напряжение в линии, что соответственно составляет 12 В.

Так как резистор и светодиод соединены последовательно, то через них будет протекать одинаковый ток I_vd. Этот ток должен быть равен номинальному току светодиода. Согласно второму закону Кирхгофа, напряжение источника питания U_пит разделится на напряжение на светодиоде U_vd и на напряжение на искомом сопротивлении U_r. Напряжение на светодиоде принимаем равным его номинальному напряжению. Тогда напряжение на сопротивлении будет равно тому что осталось от напряжения питания:

U_r = U_пит – U_vd

Теперь, зная необходимые значения напряжения на резисторе и тока протекающего через него, можно найти его сопротивление.

Закон Ома для участка цепи гласит, что величина тока, протекающего через участок цепи прямо пропорциональна приложенному к этому участку цепи напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Либо так:

I= U/R

Подставим в формулу закона Ома необходимые значения тока и напряжения и выразим значение сопротивления:

R = Ur/Ivd = (U_пит – U_vd)/I_vd

R= (12-4) В / 20 мА = 400 Ом

Результат 400 Ом. Из стандартного ряда значений номиналов резисторов следует выбрать больший, так как при выборе меньшего из значений ток в цепи будет большим, чем номинальный, что сократит срок службы светодиода. Следовательно подходящее значение из этих соображений 480 Ом.

При выборе резистора необходимо обратить внимание на его мощность рассеивания. Если взять резистор, мощность которого меньше рассчитанной, то он будет греться, а в конечном итоге может выйти из строя. Это в лучшем случае, а в худшем – нагрев резистора может вывести из строя соседние элементы. Мощность резистора можно рассчитать по формуле:

P = U∙I = U_r∙I_vd

Р= (12-4) В · 0,02 А = 0,16 Вт

Необходимо использовать резистор мощностью 0,25 Вт.

По сопротивлению и мощности и цене следует выбрать резистор С2-33Н-0,25Вт-480 Ом.

2.5.2 Расчёт элементов генератора прямоугольных импульсов

Генератор на основе интегрального таймера КР1006ВИ1 (NE555) формирует на выходе прямоугольные импульсы, параметры которых зависят от номиналов элементов времязадающих цепей. Весь расчёт ГПИ сводится к выбору конденсаторов С1,С2 и резисторов R1, R2, R3, R4.

При заряде конденсатора С1 напряжение на выводе 6 (2) возрастает экспоненциально от 1/3Uп до 2/3Uп и определяется уравнением:

;

где

t_з - время заряда конденсатора С1.

Время заряда tз можно найти отсюда заменив Uc=2/3Uп. Тогда

Отсюда

При разряде конденсатора С1 напряжение на выводе 6 (2) уменьшается экспоненциально от 2/3Uп до 1/3Uп и определяется уравнением:

,

где

время разряда конденсатора С1

Подставив вместо Uc=1/3Uп получим:

Таким образом получим выражение для времени разряда:

Согласно [3] частота вращения вала моторедуктора стеклоочистителя в прерывистом режиме (первая скорость) составляет 45–65 об/мин. Один цикл работы щёток при этом составляет T_ц=1–1,3 с. Время заряда конденсатора С1 соответствует длительности импульса на выходе ГПИ. Этого времени должно быть достаточно для срабатывания концевого выключателя моторедуктора стеклоочистителя.

Принимаем минимальную длительность импульса T1min=t3min= 0,3 с.

ремя разряда tp конденсатора С1 соответствует времени, в течение которого стеклоочиститель сначала работает посредством концевого выключателя -T_КВ, и времени паузы -T_П .

T_П = Т2 – (Т_Ц – Т1_min )

Исходя из этого, принимаем минимальное время разряда конденсатора

С1 t_{P min} =4 c. При этом R3 следует считать равным нулю.

Принимаем С1=100 мкФ С2=0,1 мкФ.

Рассчитаем резисторы R1 и R4.

кОм

Выбираем из ряда Е24 R1=1,1 кОм, R=3,3 кОм.

Рассчитаем резисторы R2 и R3.

кОм

t_{р мin} соответствует минимальному значению сопротивления переменного резистора R3. Поэтому выбираем из ряда Е24 для резисторов кОм, кОм (R3_min≈0).

Проведем проверку временных параметров, используя полученные номиналы резисторов R1, R4 .

с

с

Согласно рекомендациям, указанным в [2] В качестве диодов VD1, VD2 выбираем диоды КД 522А.

Таким образом, в положении движка подстроечного резистора R4=3,3 кОм длительность импульса на выходе ГПИ составляет T1min= t3min= 0,304 с. В положении движка переменного резистора R3 соответствующему R3=43 кОм время отсутствия импульса (“лог 0”) на выходе ГПИ составляет T2min= tрmin= 4,296 с. Рассчитаем длительность паузы работы стеклоочистителя.

с.

Результаты расчёта паузы работы стеклоочистителя при различных фиксированных положениях движка переменного резистора R3 сведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Расчёт паузы в работе стеклоочистителя

2.5.3 Расчёт элементов схемы задержки

Расчёт делителя напряжения

Зададимся потенциалом в точке L U_L=3 В

Составим уравнение делителя:

,

отсюда .

Берём R7 + R8 = 100кОм, подставив в уравнение значения величин, получим:

кОм.

R7 = 100кОм – R8 = 100кОм - 25кОм = 75 кОм

Выбираем из ряда Е24 для резистора R7 = 75 кОм.

Выбираем из ряда Е24 для резистора R8= 24 кОм.

Рассчитаем потенциал в точке L, подставив значения R7, R8.

В

Расчёт времязадающей цепи

Общее выражение напряжения на конденсаторе С3 экспоненциально убывающее от питающего напряжения Uп до нулевого потенциала имеет вид:

Время разряда конденсатора С3 от Uп=12 В до UL= 2,9 В соответствует времени, в течение которого с выхода компаратора DA1 снимается высокий уровень напряжения(UE= Uп= 12 В), а значит и времени открытого состояния транзистора VT1, которое определяется из уравнения:

,

где время разряда конденсатора C3

Решив это уравнение для , получим:

Как уже было отмечено выше, один цикл работы щёток составляет TЦ=1 – 1,3 с. Исходя из этого, для обеспечения трёх циклов работы щёток стеклоочистителя после отпускания подрулевого переключателя зададимся временем t_Р:

t_Р = 3∙T_Ц – 0,6∙T_Ц= 2,9 c,

где 0,6∙Tц – время работы стеклоочистителя посредством концевого выключателя в конце последнего цикла.

Рассчитаем R6, подставив t_Р = 2,9 c.

Зададимся конденсатором С3= 20 мкФ.

кОм

Выбираем из ряда Е24 резистор R6 = 100 кОм.

Расчёт элементов электронных ключей

Сопротивление обмотки якоря Rя электродвигателя стеклоочистителя составляет 0,25 – 0,3 Ом.

Импульс тока при включении электродвигателя стеклоочистителя:

I_M = U/ R_я,

где Rя=0,25 Ом – сопротивление обмотки якоря электродвигателя стеклоочистителя

I_M = 12/ 0,25 = 48 А

В качестве VT3, VT4 выбираем транзисторы КТ819А. В качестве VT1,VT2 выбираем транзисторы КТ315А.

Коэффициент усиления транзисторов VT1,VT3 ( VT2,VT4):

β_∑=β₁₍₂₎×β₃₍₄₎ + β₁₍₂₎ +β₃₍₄₎= 15 × 90 + 15 + 90 = 1455

Ток базы транзистора VT1

I_{Б VT1} = I_К×I_Нmax/ β = 1,1×I_Н / β = 1,1 × 48 / 1455 = 38 мА

Сопротивление резисторов R5,R9:

U_R5(R9)= Uвых – Uб-э

R5 =U_R/ I_{Б VT1} U_R5(R9)= Uвых – Uб-э / I_{Б VT1;}

R5 =11,6/ 38 10^{-3 =}0,305 10³ Ом.

Выбираем резистор R5= R9= 1 кОм.

Расчет датчика дождя

Для расчета параметров стабилизатор тока используем документацию по микросхеме HV9910. Согласно рекомендации производителя емкость С1 должна быть больше 100 нФ. Поэтому выбираем конденсатор С1 типа К10-79-50 В-220 нФ±5% МП0 АЯЖР.673511.004 ТУ.

Рассчитаем сопротивление резистора R2 на входе CS микросхемы DA1

Выбираем значение сопротивления резистора из ряда Е24 R2=3,3 Ом

Рассчитаем сопротивление резистора R1 на входе RT микросхемы DA1. Сопротивление резистора R1 находиться исходя из формулы:

(с),

Таким образом, принимаем частоту осциллятора микросхемы DA1 f_OSC=100 кГц и получаем

Выбираем значение сопротивления резистора из ряда Е24 R1=3 кОм

Согласно рекомендации производителя микросхемы HV9910 целесообразно использовать внешний полевой n-типа транзистор с временем включения меньше, чем 25 нс для частоты осциллятора микросхемы f_OSC≤100 кГц и для частоты осциллятора микросхемы f_OSC>100 кГц меньше, чем 15 нс.

Выбираем полевой n-типа полевой транзистор со следующими параметрами:

I_max³11,2 А, U_си.max³14 В, t_вкл³15 нс.

Выбираем отечественный n-типа полевой транзистор типа КП933А

I_си.max=15 А, U_си.max³=45 В, t_вкл=15 нс.

Потребляемая мощность микросхемы

I_IN≈1,0 мА+Q_G×f_OSC=1,0 мА+2,1×10^-10×100000=1,021 мА,

где Q_G – заряд затвора полевого транзистора КП933А.

Найдем значение емкости конденсатора С2.

Определим емкостное сопротивление:

Определим емкость конденсатора С2

Выбираем значение емкости конденсатора из ряда Е24 C16=750 пФ.

Выбираем конденсатор С2 типа К10-79-50 В-750 пФ±5% МП0 АЯЖР.673511.004 ТУ.

Найдем значение индуктивность катушки LD2

Определим индуктивное сопротивление:

так как при напряжении U_max время, когда транзистор VT1 закрыт имеет максимальное значение и поэтому требуется большее индуктивное сопротивление для поддержания постоянного тока.

Найдем индуктивность катушки LD1

.

Выбираем значение индуктивность катушки из ряда Е24 LD1=0,27 мГн.

Выбираем chip-катушку для поверхностного монтажа SWI453232-271.

Рассчитаем сопротивления R3 и R4.

Обратный протекаемый через фотодиод в режиме освещения I=3 мкА, тогда

Выбираем резистор R4 и R3 = 1,8 Мом.

Рассчитаем сопротивления R3 и R4.

Ток протекаемый через входы микросхемы I_out<10 мА,

.

Выбираем резистор R5, R6 и R7 – 5,1 кОм.

РАЗДЕЛ 3

Технологическая часть

3.1 Технология изготовления печатных плат

К печатным платам предъявляются следующие требования: поверхность печатных плат не должна иметь пузырей, вздутий, посторонних включений, сколов, выбоин, трещин и расслоений материала основания, снижающих электрическое сопротивление и прочность изоляции.

Материал основания печатных плат должен быть таким, чтобы при механической обработке (сверление, штамповка, распиловка), не образовывались трещины, расщепления, отслоения и другие неблагоприятные явления, влияющие на эксплуатационные свойства, а также на электрические параметры плат.

Тoлщина печaтной плaты ограничена. Она выбирaется в зaвисимости oт трeбoваний, предъявляемых к конструкции изделия, метода изготовления платы, веса и габаритов устанавливаемых элементов и в подавляющем большинстве случаев не превышает 3 мм. В соответствии с международными требованиями номинальная толщина печатной платы может быть следующая: 0,2; 0,5; 0,8; (1,0); (1,2); 1,6; (2,0); 2,4; 3,2; 6,4 мм (величины, указанные в скобках, допускаются, но не рекомендуются).

Исходным параметром при кoнструировании печатных плат является шаг кooрдинатной сетки.

С помoщью координатной сетки регламентируются основные геометрические размеры печатных плат.

Координатная сетка определяет размещения навесных и печатных элементов на плате, а также требования к технологическому оборудованию, оснастке и контрольной испытательной аппаратуре. В нашей стране принята координатная сетка с основным шагoм 2,5 мм. Допускается координатная сетка с дополнительным шагом 1,25мм и 0,5 мм.

Оснoвные габариты печатных плaт определяются рациональной компоновкой на них навесных радиоэлементов, входящих в функционально законченную схему. При кoмпoновке печaтной плaты стремятся дoстигнуть максимального заполнения её поверхности навесными элементами и размес-

тить их так, чтобы обеспечить кратчайшие связи между ними, выполняемые печатными проводниками. Одновременно следует помнить, что печатная плата выполняет функцию шасси, и нужно ограничивать её габариты с целью достижения заданной прочности.

Преимущество при разработке отдаётся малогабаритным платам, так как крупногабаритные печатные платы имеют малую механическую прочность и сложны в из готовлении.

При определении габарита платы рекомендуется выбирать соотношение размеров сторон: 1:1; 1:2; 2:3; 2:5. Для плат с размером большей стороны до 180 мм в отдельных случаях допускается соотношение сторон до 1:4. Для плат с размером большей стороны до 360 мм соотношение сторон должно быть не менее 1:3. Максимальный размер стороны печатной платы не должен превышать 470 мм. Для плат с большими размерами необходимо предусматривать рёбра жёсткости или дополнительные точки крепления.

С целью максимального использования физического объёма конструкции и упрощения изготовления печатных плат, рекомендуется выбирать прямоугольную форму печатной платы. Чертежи печатных плат выполняются в масштабах 1:1; 2:1; 4:1; 5:1; 10:1.

По краям печатной платы следует оставлять технологическую зону шириной 1,5 – 2 мм., в которой не рекомендуется размещение печатных проводников, переходных, технологических или установочных отверстий.

На печатной плате должен быть предусмотрен ориентирный паз или срезанный левый нижний угол или технологическое базовое отверстие для правильной ориентации печатной платы при изготовлении.

Все внешние и внутренние углы по контуру печатной платы и выемкам должны иметь минимальный радиус закругления 0,5 мм.

Все центры монтажных, пeрeхoдных и крепёжных отверстий печатных плат следует располагать в узлах координатной сетки. Если в конструкции

устанавливаемого элемента имеется два или более выводов (реле, разъёмы, ламповые панели, модули и т.д.) расстoяния мeжду которыми кратны основному шагу координатной сетки, то центры отверстий под эти выводы обязательно располагаются в узлах координатной сетки, а центры отверстий под остальные выводы – согласно чертежу на установку данного элемента.

Если в кoнструкции элемента oтсутствуют вывoды, расстoяние между кoтoрыми кратны oснoвному шaгу кooрдинатной сетки, то в узле сетки располагается центр одного из отверстий, принятого за основное, а центр однoго из остaльных отверстий располагается на вертикальной или горизонтальной линии координатной сетки.

Для прaвильной ориентации микросхем при их установке на печатной плате должны быть предусмотрены ключи, определяющие положение первого вывода.

Отверстия на печатнoй плате следует распoлагать таким образoм, чтoбы наименьшее расстояние между внешним контуром платы и краем отверстия было не менее толщины платы.

Переходным элементом от отверстия, в которое впаивается вывод устанавливаемого элемента, к печатному проводнику является контактная площадка. Площадь контактных площадок следует максимально увеличивать, предусматривая формирование кольцевого пояса вокруг отверстия в месте соединения печатного проводника с контактной площадкой. Увеличение плoщади кoнтaктных плoщадoк предoтвращает oтрыв их в процессе изготовления печатных плат (при выполнении операций травления и лужения) и улучшает качество паяных соединений.

Минимальные размеры контактных площадок определяют, как правило, исходя из номинального диаметра отверстия. Диаметры монтажных и переходных отверстий необходимо выбирать равными: 0,5; 0,8; 1,0; 1,3; 1,5; 1,8; 2,0; 2,4.

Ширина печaтных проводников определяется следующими основными

параметрами:

- допустимoй токовой нагрузкой;

- допустимой температурой нагрева печатного проводника под максимально-допустимой токовой нагрузкой;

- толщиной печатных проводников;

- разрешающей способностью технологии изготовления печатных плат.

При практических расчётах ширины проводников пользуются специальными таблицами зависимости ширины проводника от перегрева (превышение температуры над окружающей средой) и токовой нагрузки для конкретного фольгированного материала.

При определении нoминальных размерoв проводников и зазоров между ними необходимо учитывать технологические допуски на размеры и допускаемые дефекты при изготовлении.

Если при выборе минимальной ширины провoдников руководствуются прежде всего допустимыми токовыми нагрузками на проводник, то при выборе величины зазоров между проводниками необходимо в первую очередь учитывать сопротивление и электрическую прочность изоляции между соседними проводниками. При расчёте зазоров между проводниками считают, что электрическая прочность должна быть не меньше 1 кВ/мм.

При выборе расстояний необходимо учитывать также дополнительные требования, предъявляемые к работе аппаратуры в жестких климатических условиях, а также возможные зaмыкaния в рeзультате возникновения перемычек припоя между соседними проводниками в прoцессе пaйки. Также при расчёте ширины прoвoдников и зазoров между ними неoбхoдимo учитывать ёмкoсть между сoседними проводниками.

Рисунок печатной платы или печатный монтаж – должен быть выполнен рационально, т.е. с максимальным использованием всей плоскости платы.

Печатные проводники и контактные площадки рекомендуется выполнять без резких перегибов и острых углов, так как это затрудняет технологию изготовления (печать, травление, пайку), а также приводит к концентрации напряжений при нагреве и отслаиванию проводников.

С целью сокращения количества узких мест и возможности прокладки проводников по более удобному и короткому пути обычно пользуются специальными таблицами, в которых в зависимости от способа изготовления печатной платы и её размеров заложена информация о минимальном расстоянии между двумя отверстиями для прокладки определённого количества проводников.

Для устранения узких мест рекомендуется прокладывать печатные проводники под навесными радиоэлементами, используя при этом отверстия под не включенные в схему выводы многоконтактных навесных элементов, а также «раздвигать» проводники после выхода из узких мест и доводить их ширину до значений, соответствующих ширине проводников в свободных местах. Протяжённость проводников в узких местах по возможности должна быть ограничена.

Мoнтажные и перехoдные oтверстия, а тaкже метaллизирoванные крепёжные oтверстия должны иметь контактные площадки для oсуществления надёжнoгo присоединения элементов к плате.

Расстояние между краями платы и кромкой или зенковкой монтажных, переходных и крепёжных отверстий рекомендуется выдерживать не менее толщины платы.

Как правило, для расстояния между отверстиями на печатной плате допускаются отклонения 0,2 мм в узких местах и 0,5 мм в свободных местах. На каждой плате рекомендуется предусматривать не менее двух технологических базовых oтверстий, с диаметром не менее 1,3 мм, расположенных в узлах координатной сетки по углам платы, которые в дальнейшем могут быть использованы как крепёжные отверстия, при креплении собранной платы в блоке.

3.2 Технология производства печатных плат

Современные промышленные способы изготовления печатных плат основаны на использовании фольгированных диэлектриков, т.е. на получении токопроводного рисунка схемы методом травления. Разновидности способов сводятся к методу получения рисунка, например, фото способом или трафаретной печатью.

Существуют два основных промышленных способов изготовления печатных плат:

1. Спoсoб травления фольгированного диэлектрика без металлизации oтверстий. Примeняется, главным образом, для изготовления односторонних печатных плат;

2. Способ травления двустороннего фольгированного диэлектрика с электрохимической металлизацией отверстий. Применяется для изготовления двусторонних печатных плат.

Сеточно-химический метод имеет две разновидности: позитивный вариант и негативный вариант

Схемa технoлoгическoгo прoцесса изгoтoвлeния oднoстoрoнних печaтных плaт этими методами представлены на рисунке 3.1 и 3.2 соответственно.

При изготовлении двусторонних печатных плат, главным образом, используется метод фотопечати с последующим травлением, т.е. фотохимический метод. Отверстия же в плате металлизируются электрохимическим методом. Таким образом, при изготовлении двусторонних печатных плат используются два метода – фотохимический и электрохимический, поэтому этот метод получил название комбинированного метода.

В свою очередь комбинированный метод изготовления печатных плат имеет две разновидности:

- позитивный вариант;

- негативный вариант.

Рисунок 3.1 - Схема технологического процесса изготовления односторонних печатных плат травлением фольги (позитивный метод)

Рисунок 3.2 - Схема технологического процесса изготовления односторонних печатных плат травлением фольги ( негативный метод)

3.3 Сеточно-химический способ изготовления печатных плат

Данный способ широко используется при массовом производстве печатных плат из одностороннего фольгированного диэлектрика. Как правило, изготовление плат осуществляется на универсальных механизированных линиях, состоящих из отдельных автоматов и полуавтоматов, последо вательно выполняющих операции технологического процесса.

Весь процесс изготовления плат складывается из следующих основных технологических операций:

1) Раскрой материала и изготовление заготовок плат;

2) Нанесение рисунка схемы кислотостойкой краской;

3) Травление схемы;

4) Удаление защитного слоя краски;

5) Нанесение защитной эпоксидной маски;

6) Горячее лужение мест пайки;

7) Штамповка;

8) Маркировка.

С целью максимальной механизации и автоматизации процесса все печатные платы изготавливаются на одногабаритных технологических заготовках.

В этом случае на технологической заготовке компонуется два – три, а

иногда и более плат, т.е. используется метод групповой обработки. Этот метод позволят повысить производительность, исключить засорение атмосферы помещения стеклотекстолитовой пылью и сократить расход материала.

Из полос материала на прессе штампуются технологические заготовки плат. Заготовки имеют технологический припуск 2…6 мм по контуру. В заготовках одновременно вырубаются технологические базовые отверстия, которые в большинстве случаев в готовых печатных блоках служат крепёжными.

Заготовки плат поступают на автомат сеткографической печати, который кислотостойкой краской наносит рисунок схемы.

Сеткографический станок-автомат имеет два загрузочных бункера, в которые закладывается по триста заготовок плат. Заготовки по одной штуке забираются движущимся двусторонним вакуумным столом, который подаёт их в рабочую позицию нанесения рисунка, т.е. под сетку-трафарет. Как только заготовка встала в рабочую позицию, автоматически осуществляется движение ракеля, который продавливает краску сквозь сетку-трафарет. После этого стол поворачивается, забирая плату из-под сетки-трафарета, вакуум снимается, и плата с нанесённым рисунком по склизу спадает в сушило.

Такой же цикл выполняется на другой стороне стола. Платы поочерёдно забираются из левого и правого бункеров и соответственно сбрасываются после нанесения рисунка в левое и правое терморадиационное сушило. Автомат регулируется на различные размеры плат (заготовок).

Платы с нанесённым рисунком подвергаются травлению, которое выполняется на специальном полуавтоматическом агрегате. Агрегат травления конструктивно представляет собой поточную линию, через которую на жгутовом транспортёре проходят платы. В процессе движения производится их обработка. Травление осуществляется раствором хлорного железа.

На агрегате выполняются следующие операции:

- вытравливание фольги в местах, не защищённых краской;

- удаление остатков травящего раствора с плат методом обдува струёй воздуха;

- промывка плат водой двусторонним дождеванием;

- сушка плат струёй горячего воздуха.

Для интенсификации процесса травления раствор хлорного железа, подаваемый насосом в распылительные форсунки, подогревается паром в специальных баках. Все основные узлы агрегата выполнены из титановых сплавов или неметаллических материалов, стойких в водном растворе хлорного железа.

Далее операция – удаление кислотостойкой защитной краски.

Удалять краску можно различными органическими растворителями: ацетоном, уайт-спиритом, дихлорэтаном, трихлорэтиленом, четырёххлористым углеродом и др. Однако все процессы с перечисленными растворителями связаны с определённой вредностью для организма человека, пожаро- и взрывоопасностью. Поэтому при массовом механизированном или автоматизированном производстве нецелесообразно и небезопасно использовать органические растворители.

В промышленности разработан и применяется способ удаления краски гидропульпой, по принципу гидропескоструйной обработки. Специальный полуавтоматический агрегат производит удаление краски струёй водно-песчаной пульпы, поступающей из сопел специальной гидропушки. После удаления краски платы последовательно попадают в камеру промывки и сушки. Такой способ удаления краски полностью исключает все неприятности указанных химических способов. Кроме этого, одновременно с краской с печатных проводников удаляется окисная плёнка.

После удаления краски платы проходят операцию крацовки с целью удаления всех загрязнений и окислов с поверхности печатных проводников, а также придания плате товарного вида и подготовки её к нанесению эпоксидной маски. Операция крацовки выполняется на специальных полуавтоматических станках.

Далее операция технологического процесса – нанесение термостойкой защитной эпоксидной маски. Эпоксидная маска обеспечивает защиту печатных проводников платы от облуживания и термоудара в процессе групповой пайки, защищает проводники от коррозии и улучшает электроизоляционные свойства печатной платы. Эпоксидная маска наносится методом сеткографии (трафаретной печати), также как наносится рисунок схемы. Обычно это делается на ручных станках. В массовом производстве может выполняться на сеткографическом автомате.

После нанесения эпоксидной маски и полимеризации платы поступают на автоматический агрегат горячего лужения. На этом агрегате платы проходят операции лужения, промывки и сушки. Печатные платы стопкой (рисунком вниз) загружаются в автоматический бункер, из которого специальным толкателем по одной подаются под валки привода. Передвигаясь в торец одна за другой по направляющим, платы проходят последовательно над двумя волнами припоя (сплав типа Розе). Сплав Розе защищает покрытия проводников печатной платы от окисления во время её хранения до момента последующей обработки.

Излишки припоя снимаются ракелем из термостойкой резины и возвращаются в ванну с припоем. Из жестких направляющих (по прохождении ракеля) платы попадают на жгутовый транспортёр, двигаясь по которому последовательно проходят операции промывки горячей водой и сушки горячим воздухом.

Следующей операцией обработки платы является операция вскрытия монтажных отверстий. Эта операция осуществляется методом штамповки на кривошипных прессах. Во избежание сколов и образования ореолов вокруг отверстий удельное давление прижимной платы штампа должно быть не менее 200 кг/см². после вырубки отверстий на платы наносится маркировка методом сеткографии белой краской на эпоксидной основе.

3.4 Комбинированный метод изготовления печатных плат

При изготовлении двусторонних печатных плат в радиотехнической и других отраслях промышленности нашёл широкое применение комбинированный метод. В промышленности достаточно распространены оба варианта этого метода; негативный и позитивный, каждый из которых имеет как свои достоинства, так и недостатки.

При негативном методе экспонирование рисунка схемы производится с фото негатива. После экспонирования выполняется травление рисунка, затем сверление отверстий платы. Металлизация отверстий ведётся в специальных контактирующих приспособлениях.

При позитивном методе экспонирование рисунка схемы производится

с фото позитива. После экспонирования производится сверление и металлизация отверстий. Затем рисунок схемы и металлический слой в отверстиях защищаются слоем гальванического серебра или другого металла, стойкого к травителю для меди, после чего производится травление незащищённой меди.

Негативный вариант изготовления печатных плат всё больше уступает место позитивному, основные преимущества которого заключаются в следующем:

1) исключается возможность срыва контактных площадок при сверлении отверстий;

2) не требуется применение специальных контактирующих приспособлений при металлизации отверстий;

3) снижается вредное действие химических растворов на изоляционное основание и на прочность сцепления фольги с основанием платы.

Технологическая схема процесса изготовления печатных плат комбинированным позитивным методом состоит из следующих операций:

1) обезжиривание поверхности заготовки платы;

2) нанесение светочувствительной эмульсии (фоторезиста);

3) экспонирование рисунка схемы (фотопечать);

4) проявление рисунка;

5) дубление фоторезиста;

6) нанесение защитной плёнки лака;

7) сверление отверстий в плате;

8) электрохимическая металлизация отверстий;

9) гальваническое наращивание защитного металла;

10) удаление защитного слоя фоторезиста;

11) травление рисунка схемы;

12) осветление защитного слоя металла.

Из приведённой схемы процесса видно, что при позитивном варианте

комбинированного метода функции защитного слоя в процессе травления выполняет гальваническое покрытия, тогда как при негативном варианте эту функцию выполняет слой за дубленого фоторезистора.

Схема технологического процесса изготовления двусторонних печатных плат комбинированным позитивным методом представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Схема технологического процесса изготовления двусторонних печатных плат комбинированным позитивным методом

Технологический процесс изготовления печатных плат комбинированным методом дост аточно разработан и в значительной мере оснащён специальным инструментом и необходимым оборудованием.

Для более чёткого представления о процессе рассмотрим, как выполняются отдельные основные операции.

Подготовка поверхности заготовок механическим способом обычно выполняется вручную зачисткой венской известью в смеси с маршаллитом. Процесс зачистки ведётся с помощью хлопчатобумажного тампона.

Химический способ заключается в обезжиривании поверхности в растворе тринатрийфосфата и кальцинированной соды.

Нанесение фоторезиста осуществляется методом окунания или полива заготовки с последующим центрифугированием на стандартных центрифугах. Также существует метод медленного вытягивания заготовки из раствора фоторезиста с последующей сушкой в сушильном шкафу.

Экспонирование рисунка схемы (фотопечать) производится групповым методом в специальных вакуумных рамах с двусторонней засветкой.

Проявляется изображение рисунка схемы вручную с помощью хлопчатобумажного тампона в кювете или под струёй тёплой воды.

Фоторезистивный слой проявляется в тёплой воде. Контролируется проявление окрашиванием эмульсии в растворе метилвиолета. Дубление проявленного слоя производится в растворе хромового ангидрида.

После того как проявлен рисунок на плате, последнюю передают на операцию сверления, предварительно нанеся на нее защитную плёнку лака для предохранения проводников печатн ой платы от химически активных растворов при химической металлизации отверстий в плате.

Сверление отверстий, подлежащих металлизации, весьма ответственная технологическая операция, так как от качества обработки отверстий зависит качество выполнения всех дальнейших химических и гальванических операций, а главное, и качество готовой платы. Для сверления и зенкования отверстий применяются координатно-сверлильные, одно- и многошпиндельные станки с пантографом или программным управлением.

После сверления выполняется операция металлизации отверстий. Качество печатных плат во многом зависит от качества металлизации отверстий. Вначале проводится сенсибилизация и активация поверхности отверстий, подлежащих металлизации, а затем химическая металлизация.

Химическая металлизация проводится в специальных установках, где предусмотрены следующие операции:

- химическое обезжиривание заготовок с последующей промывкой и сушкой воздухом;

- сенсибилизация заготовок в растворе двухлористого олова с последующей промывкой и сушкой тёплым воздухом;

- активация заготовок в растворе хлористого палладия с последующей промывкой в ванне и сушкой тёплым воздухом.

После химической металлизации выполняется операция гальванической металлизации. Эта операция, как правило, выполняется на специальных автоматических линиях.

После того как выполнена операция меднения, необходимо весь рисунок печатной схемы защитить о т травления.

Для защиты рисунка схемы от травления чаще всего применяют гальванические покрытия серебром, палладия или оловоникелем.

Нанесение защитного покрытия производят либо в тех же гальванических автоматах, в которых ведут меднение, либо в отдельно стоящей гальванической ванне. Толщина покрытия должна получиться 10…12 мкм, что достаточно для надёжной защиты схемы в процессе травления.

После нанесения защитного слоя на печатную плату слой светочувствительной эмульсии, выполнив свои функции, становится ненужным. Эмульсия раздубливается и удаляется.

После удаления эмульсии платы поступают на операцию травления ри-

сунка схемы. Если травление происходит на агрегате одностороннего травления, то каждую плату приходится пропускать в агрегате два раза для травления сначала одной, а затем другой стороны. Этого можно избежать, применяя агрегаты двустороннего травления.

В агрегатах подобного типа применена конструкция звёздочного транспортёра, построенного по типу рольганга. Такая конструкция позволяет

расположить форсунки для подачи травящего раствора не только сверху, но и снизу платы, что существенно увеличивает производительность данной операции.

Для травления чаще всего используют раствор хлорного железа при температуре 25…50 ⁰С, время травлен ия, как правило, не превышает 10…15 мин. Однако хлорное железо имеет большой коэффициент подтравливания, поэтому при плотных печатных схемах с узкими печатными проводниками (0,5 мм) применяют другие травящие растворы с более низким коэффициентом подтравливания.

После тщательной промывки от остатков травящего раствора и сушки выполняется операция осветления серебра.

После промывки в горячей воде и сушки платы проходят механическую доработку; затем обработку по контуру и вскрытие отверстий, не подлежащих металлизации. На платы методом сеткографии наносят маркировку. Печатные проводники покрываются слоем консервирующего лака.

Готовые платы проходят стопроцентный визуальный контроль. Электрические параметры проверяются выборочно. Климатические испытания, порядок их проведения и требования выполняют в соответствии с частными техническими условиями.

Вывод по разделу

В данном разделе рассмотрены вопросы технологии изготовления печатных плат для сборки принципиальных электронных схем проектируемых устройств.

Заключение

В дипломном проекте я разработал качественную и конкурентно способную автоматическую систему управления стеклоочистителем для автомобиля LADA «Priora». Датчик дождя активируется при переключении рычага управления стеклоочистителей в режим прерывистой работы. Остальные режимы остаются без изменений. Режимы работы (дождь/снег/стандарт) переключается кнопкой на датчике. Кроме этого имеется четыре уровня чувствительности. В целом работа датчика дождя оправдывает ожидания.

Список литературы

1. Капелинский А.В., Москалев В.В., Подколодный Е. «Электронные и микропроцессорные системы автомобилей и тракторов». - М., 2003.

2. Климов В.А. Анализ факторов, влияющих на надежность и качество электрооборудования автомобилей и тракторов: учеб. пособие для студ. спец. 140607.65.- М., 2008.

3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), изд. 7, 2001 - 2004 г.г.

4. Варварин В. К. Выбор и наладка электрооборудования, Справочное пособие, М., 2013.

5. Дмитриев А.В. Электрооборудование автомобилей, тракторов и комбайнов: Учебное пособие. М.: Транспорт, 2011. 199 с.

6. .Дмитриев М.Н. Практикум по электрооборудованию тракторов, автомобилей, комбайнов. М.: Ника, 2006. 114 с.

7. .Роговцев В.Л., Пузанков А.Г., Олдфильд В.Д. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств: Учебник. М.: Транспорт, 2011. 430с.

8. .Румянцев С.И. Ремонт автомобилей: Учебник. М.: Машиностроение 2001. 230 с.

9. Шестопалов С.К. Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей: Учеб. Для нач. проф. Образования: Учеб. Пособие для сред. Проф. Образования. М.: ПрофОбрИздат, 2011. 544 с.

10. Сарбаев В.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей. ? Ростов н/Д: «Феникс», 2004.

11. Вахламов В.К. Техника автомобильного транспорта. ? М.: «Академия», 2011.

12. Барашков И.В. Бригадная организация технического обслуживания и ремонта автомобилей. - М.: Транспорт, 1998.

13. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электрооборудования автомобилей. Методическое пособие для курсового проектирования/ В.П. Шеховцов — М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2011. - 214с.

14. Правила устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 ПУЭ-7, с изм. И доп., по состоянию на 15 августа 2012.- Новосибирск: Сиб. унив. Изд-во, 2012.-854с.

15. Интернет сайт www.клуб-лада.рф/

16. Интернет сайт www.lkforum.ru/

17. Интернет сайт http://avtolektron.ru/

18. Интернет сайт http://vazgarage.ru/

19. Интернет сайт http://www.auto-bk.ru/

20. Интернет сайт http://autolada.ru/

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 45